PLC在换热站供热控制系统中应用
PLC在换热站供热控制系统中应用沈阳鹭岛电气工程有限责任公司 杨阳1沈阳安新自动化控制有限公司 徐建民2摘 要：本文给出了换热站控制系统的工作原理并就PLC在换热站控制系统中应用进行了阐述。关键词：换热站控制系统 PLCAbstract：This paper presents the working principle of heat exchange station control system，And expounds the PLC application in the heat exchange station control system。Keywords：heat exchange station control system PLC1 引言换热站是指连接于一次网与二次网并装有与用户连接的相关组件、仪表及控制系统的设备。换热站一般由汽水或水水换热器组成的换热系统，循环水泵组成的循环系统，补水泵组成的补水定压系统构成。在控制过程中，换热站主要利用温度传感器、压力传感器、流量计等传感器来采集换热站数据信号，并把这些信号传递给PLC，形成数据信息并上传，同时进行循环水泵、补水泵等的PLC自动控制及远程控制，进而达到换热站无人值守的目的。PLC是调整和保持热媒参数（温度，压力和流量），供热、用热达到安全运行，热量交换，热量分配及系统监控、调节的枢纽。2换热站控制系统工作原理换热站控制系统即为热源提供的蒸汽或热水在换热器中与循环水相混合，被加热的循环水经供水管道输送到用户，再把用过的热水经回水管道通过循环水泵回收到换热器中加热循环使用，利用供、回水温差产生的热量给用户供暖。在换热站自控系统中，一次网流量控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及补水泵转速来实现。换热站的所有控制指令主要由热网指挥调度中心根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及补水泵变频器转速则由站内PLC系统依据各换热站所带热网的实际情况计算得出。换热站控制系统工作原理如图2-1所示。换热站控制系统由3部分组成： （1）测量仪表及变送器。用于对换热站的运行参数进行测量，主要参数包括一二次供回水温度、室外温度、一二次侧供回水流量、一二次供回水压力等。（2）执行机构。对于换热站运行的个调节机构进行电动调节，主要由变频器、循环水泵电机、补水泵电机等组成。 （3）PLC和上位机。用于对换热站运行的自动控制和运行参数进行监测控制、记录、统计、报警、报表打印等。图2-1换热站控制系统工作原理3 PLC在换热站控制系统中应用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）实质上是一种专用于工业控制的计算机，它采用一种可编程的存储器，用于内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟量输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。换热站现场PLC控制站主要功能是对换热站、供热沿线各节点、热用户运行参数（一、二次网温度、压力、流量等）、各种设备运行状态进行实时监控和采集，并根据室外温度的变化对换热站循环泵、补水泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组的自动控制。此外， 换热站中上位机以标准的工业控制计算机作为主要的人机界面，为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器（PLC）构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程，换热站内的PLC为下位机控制。下位机（PLC）采集的现场数据通过网络反馈给上位机，上位机选用的组态软件与数据库结合起来，对所有数据进行存储和分析，并可以配合优化软件进行优先控制，使计算机技术与自控技术更完美的结合起来。3.1一次网回路控制换热站的一次网回路控制，主要是指热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节换热站的一次网热水的流量，保证二次侧有一个恒定的供水温度。控制中心（PLC控制器）根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及换热站反馈的二次网运行数据，计算出换热站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。换热站自控系统根据控制中心下发的指令，控制信号通过网络协议输入到PLC中，从而调节一次网流量调节阀阀门开度，从而实现二次供水温度的恒定。3.2二次网循环泵控制变频器的参数命令通过PLC向变频器发出,传统的换热站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，换热站二次网的流量无法进行调整，从而造成换热站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费，而且大功率的工频泵在起停时也会对电网造成冲击。目前，换热站自控系统中的循环泵普遍使用变频器控制，即对换热站二次侧采用分阶段改变流量的调节方式。把室外温度分成二个阶段，当室外温度低于某个设定值时，循环水泵工频运行；当室外温度高于设定值时，循环水泵以0.75工频运行，此时系统的循环水量也就相应的减小。3.3二次网定压补水控制在热负荷较大的系统中，我们采用补水泵变频控制，对补水系统进行精确的微调。当系统失水时，二次网压力下降，指挥调度中心会给PLC发出一个补水命令，PLC调节变频器参数控制补水泵以一定的转速进行补水，补水泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调整，从而避免补水泵在启动和停止时对二次网系统的冲击。 3.4现场人机界面在现场人机界面上，触摸屏和PLC是通过VPN相连接的，可以通过RTU上的触摸屏控制PLC来任意调节系统所需的各种运行状态，例如：一、二次网供回水温度及温差，变频器最大最小运行频率等，并可随时查阅以往运行记录。根据用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表的形式在屏幕上显示。3.5上位机控制（1）工艺流程图：在画面中通过编程实现模拟显示整个换热站现场进水供水的全过程，并且在换热器本体上实时显示了各路水的温度与压力，以便于操作员能及时准确的掌握本体内的换热情况，对现场设备的故障进行实时诊断。（2）手操器的操作与对现场仪表的监控：手操器有手动和自动两种工作方式，在设备安装调试阶段一般用手动操作方式，进入正常运作时常用自动方式，以实现对一些重要的模拟量数据的精确控制，自动调节程序由PID闭环控制回路完成。 （3）报警记录：对于如流量、压力等一些重要的模拟量输入参数进行实时报警，当处于监控下的任何一个变量超出预先设定的安全值时，报警灯就会立即闪烁，同时通过报警一览表对话框可以检查报警超出的范围以及错误的出处，并对此采取相应的措施。 （4）历史趋势：在此画面中除了实时显示变量的变化趋势，还可以检查过去的过程数据记录，通过对过去历史趋势的比较进而可以对变量未来的发展趋势做进一步的预测。另外，还具有报警或变量记录档案库数据的运行报表。（5）摄像监控：通过摄像及图像采集设备对图像的处理，使操作人员通过视频窗口实时监控现场设备运行状况。在换热站中使用可编程控制器，充分发挥可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。通过换热站自动控制系统的投运，过去主要依靠人工调节的控制手段得到了彻底改善，热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接提高了热网的供热效果。4 结论可编程控制器PLC使整个系统的稳定性有了可靠保障。随着科技进步和自控技术的迅猛发展,对自动化控制的要求也不断提高,加之电子技术、计算机技术与通讯技术的飞速发展为自控的发展不断注入新的活力,因此,新时期的自控技术也正向着更成熟和完善的方向发展。1
