基于可编程控制器的热交换站监控系统*

南　楠，梁海霞，孟凡文（济宁职业技术学院，山东济宁　272037）

基于可编程控制器的热交换站监控系统*

南楠，梁海霞，孟凡文
（济宁职业技术学院，山东济宁272037）

摘要：为了实现热力站数据的采集和供热自动控制，设计出热力站监控系统。采用Rockwell可编程控制器及外围扩展模块进行组态，并设计出硬件连接电路，包括PLC模块电路、供电电路、模拟量处理电路、数字量处理电路、传感器和变频器连接电路。设计出PLC控制程序，实现了热交换站模拟和数字信号采集，并对变频器和电动阀门实施控制。采用昆仑通态MCGS触摸屏与PLC进行数据通讯，实时显示热力站温度、压力、流量、变频器频率等热力参数。

关键词：热交换站；监控系统；可编程控制器；触摸屏

*国家星火计划项目（编号：2012GA740103）

0　前言

在目前城市供热系统中，采用节能新技术新方法，在本地利用自动控制装置自由调节供水压力和供热温度，并能通过远程的方法时时监测与控制，将是集中供热的发展趋势。国外一些发达国家已经使用自动控制实现了变流量温控调节，使得供热最远端也能符合供热要求[1-2]。但所采用的控制装置成本相对较高，不适用我国的自动供热系统的使用要求。我国供热自动控制系统相对比较落后，很多热力站尚未实现无人值守自动运行，实现自控的热力站也存在不能根据温度变化自适应调整阀门和变频参数等功能[3-5]。

本设计中的总体方案如下：通过各类变送器实现采集现场数据，利用AB公司中型可编程控制器[6]Micro 2080实现热交换站数据采集、数据处理和数据通信，并采用国产昆仑通态触摸屏MCGS[7]实时显示热力现场参数，如温度、压力、流量、水箱水位等，并能进行循环泵、补水泵、增压泵和智能阀门的自动调整和远程控制。

1　热力站硬件设计

1.1硬件配置

依据热力子站系统规模，采用AB公司CPU模块1块，此模块带以太网接口和RS232/RS485接口，并配置一定数量的DI、DO。本设计中，根据热力子站供热规模和现场参数采集量确定AI模块、AO模块、DI模块和DO模块数量，每个热力子站配备昆仑通态10吋触摸屏一块。

1.2电路设计

（1）数字量电路设计

图1为数字量输入（DI）连接示意图，来自变频控制柜的输出信号送给PLC的数字量输入通道，当该信号有效时，数字量输入通道触点闭合。数字量输入单元是集成在控制器CPU模块上的，且数量充足，所以无需外部扩展数字量模块。

图1　数字量输入连接图

图2是数字量输出（DO）连接示意图，PLC的数字量输出通道接通时，与之相连的中间继电器线圈得电，继电器常开触点闭合，从而控制变频柜相应触点接通，实现循环泵和补水泵的自动或手动启停控制。

图2　数字量输出连接图

（2）模拟量电路设计

图3是模拟量输入（AI）连接示意图，外部的压力、温度等变送器输出标准的4-20电流信号，将此信号送给PLC的模拟量输入通道，控制器CPU模块不集成AI模块，所以需要外部扩展AI模块，这里采用8通道AI模块2085-IF8三块，最多可采集24路模拟信号，满足单机组供热站使用要求。图4为模拟量输出连接示意图，选用模拟量输出模块2085-OF2三块。模拟量通道输出标准的4～20 mA电流信号，从而实现外部电动阀和变频器频率控制。

图3　模拟量输入连接图

图4　模拟量输出连接图

2　软件设计

2.1模拟信号处理模块

为简化程序设计，并提高程序的可读性，这里采用模块化编程的方法实现模拟量的采集和控制，其本质是实现输入和输出间的线性映射。将变送器输出的信号经过量程换算和数据格式转换，最终该模块输出的是被测的模拟信号实际值，所生成的模拟量处理模块如图5所示，a1、a2即为所测的一次供水压力和一次回水压力。

图5　模拟量输入模块指令

图6为模拟量输出模块指令，其设计与实现过程与AI类似，只是AO在相应通道上输出线性电流信号，分别控制电动阀门的阀度，循环泵频率和补水泵频率。

图6　模拟量输出模块指令

2.2数字信号处理模块

图7为数字量输入指令，这里列举了循环泵工频运行信号和循环泵变频运行信号，只要循环泵工频运行，则常开触点xunhuangongpin得电，通过通信功能会在触摸屏和监控中心进行运行显示。

图7　数字信号指令

3　触摸屏实时显示

采用北京昆仑通态开发的TPC1062Ti触摸屏实现现场监控。可在画面上显示一网二网工艺流程和压力、温度等。并实时观测循环泵、补水泵和增压泵的运行频率。还可在此画面进行循环泵、补水泵和增压泵的启停控制，并能根据供热调整电动阀的开度。采用水位变送器实时采集水位位置，当水位低于设定值时，不允许启动循环泵、补水泵和增压泵。触摸屏显示界面如图8所示。

图8　MCGS触摸屏数据显示

4　结论

以AB可编程控制器Micro2080为控制核心设计供热监控系统，形成以下结论：

（1）设计出供热监控系统总体实现方案，并分别设计出模拟量信号处理电路、数字量信号处理电路和PLC模块连接电路等；

（2）以AB Mirco2080可编程控制器实现模拟和数字信号的采集、现场供热设备的自适应调节和数据传输等；

（3）采用MCGS触摸屏设计出参数显示与控制界面，采用标准通信协议，可视性强，操作简便。

参考文献：

［1］张沈生，孙晓兵，傅卓林.国外供暖方式现状与发展趋势［J］.工业技术经济，2006（07）：131-133.

［2］Frank Mendi，Kurtrlus Boran.Fuzzy controlled central heating system［J］.International Journal of Energy Re⁃search，2002，26（15）：1313-1322.

［3］王毛，李树坤.热工自动化系统的发展动向及前景分析［J］.中国新技术新产品，2010（15）：135.

［4］马琳.我国多热源大型供热管网的研究现状［J］.铁道标准设计，2010（S2）：131-134.

［5］王建平.浅谈多热源供热对城市集中供热的重要意义［J］.城市建设理论研究，2012（14）：168-169.

［6］代爱妮，杨治伟.基于PLC的城市集中供热监控系统的设计［J］.微计算机信息，2012，28（9）：85-87.

［7］陈广庆，刘廷瑞，杨兴华.基于MCGS组态软件的液位串级控制系统［J］.煤矿机械，2007（9）：92-94.

(编辑：向飞)

Monitor and Control System of Heat Exchange Station Based on PLC

NAN Nan，LIANG Hai-xia，MENG Fan-wen
（Ji'ning Polytechnic，Ji'ning272037，China）

Abstract:Monitor and control system of heat exchange station is designed to realize data obtaining and auto-control of the station.Rockwell Programmable Logic Controller and extended modules are used to assemble，and the relevant circuits are designed，including PLC modules circuit，power circuit，analogue signals processing circuit，digital signals processing circuit，sensors circuit and frequency converter circuit.PLC program is designed to realize the obtaining of digital and analogue signals.Frequency converter and electric valve are also controlled by the program.The communication between MCGS screen and PLC is implemented to achieve the display of the station parameters，such as temperature，pressure，liquid flow，converter frequency，etc.

Key words:heat exchange station；monitor and control system；Programmable Logic Controller；touching screen

作者简介：第一南楠，女，1979年生，山东济宁人，硕士，讲师。研究领域：机械制造及其自动化、自动控制。已发表论文6篇。

收稿日期：2015－01－14

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.07.012

文章编号：1009－9492 (2015 ) 07－0039－03

文献标识码：A

中图分类号：TP277