基于PLC和HMI的换热站控制系统设计

李崇甡

摘 要：随着人民生活水平和对生活质量要求的提高，在供热发展领域，集中供热因其节能和环保日渐成为北方居民供热发展的主要趋势。本文是基于某小区回迁改造时对小区实施集中供暖，采用可编程逻辑控制器、变频器、触摸屏、调节阀，实现恒温恒压控制系统。其设计主要原理是基于PLC和HMI的控制方案以及具有PID调节功能的换热站控制系统，有效控制调节阀开度及实现循环泵和补水泵的变频控制从而达到节约能源的目的。

关键词：集中供热；可编程逻辑控制；HMI变频控制

一、换热站系统组成

本项目换热站配电及自控系统组成包括：PLC控制柜、动力柜（变频器）、视频监控设备、热量表、数据采集及远传、网路通讯所需的软硬件、测温、测压传感设备、电调门、线缆、桥架等，其系统组成如图1所示。

图1 换热站系统组成

二、设计目标

（1）实现热源、换热站的联动智能控制和热量的供应平衡及远程智能化控制。（2）实现分时段或根据室外温度变化实时控制并对超压、超温及停电时进行自动保护。（3）实现补水系统自动控制和具有补水箱液位过低时的报警及紧急补水功能。（4）能够进行实时数据采集、更新和存储，并对故障能进行自动判断和实时报警。

三、设计方案

（1）控制思路。控制系统机构：人机界面-PLC-变频器-仪表模式。人机界面采用触摸屏与PLC直接相连，通过配置内置数据，实时改变PID参数；监测循环泵、调节阀、变频器及补水泵等工作实况，显示现场温度、液位信号、压力；内设报警极限值可进行声、光报警，方便调节和控制整个过程。该设计中PLC是控制系统核心，通过设置PID参数进行闭环控制；根据PID运算结果进行D/A变换输出，实现手动或自动调节执行机构（调节阀、变频器）。具有系统故障诊断，判断异常温度、压力、电流等故障信号；实现循环泵及补水泵工频/变频切换控制。变频器实现多个泵的轮换及补水工作，通过变频器调节循环泵与补水泵转速，实现节能调速。一次侧调节阀具备断电自动关阀功能。

该设计中智能自控调节系统和供热管理系统，需要采集和分析处理大量信息，其中通讯传递系统如图2所示。

图2 通讯传递系统

（2）控制策略。换热站控制系统主要包括4个控制回路：1）温度控制回路；2）压力控制回路；3）补水定压控制回路；4）超温保护回路。本系统初步确定的检测参数46个，分别是一次供水压力和回水压力、高区供水压力和回水压力、低区供水压力和回水压力、一次供水温度和回水温度、高区供水温度和回水温度、低区供水温度和回水温度、室外温度、一次回水热量、高区供水热量、低区供水热量、高区电调阀开度、低区电调阀开度、电磁阀开关、液位高度、6台循环泵的电机电流、电机频率、四台补水泵的电机电流、电机频率。各通道测点配置现场测量元件及变送器，其输入信号采用4-20mA 的标准模拟信号。运行中，现场采集的所有运行参数将全部传输至数据中心，供管理人员进行分析处理，以实现对供水压力和回水压力、供水温度和回水温度、室外温度、电调阀开度、电磁阀开关、液位高度、循环泵的电机频率、补水泵的电机频率等进行智能控制。

（3）控制逻辑。控制系统简图如图3所示。

图3 系统简图

结论：该换热站控制系统成功解决了以前供热能源消耗

高、污染严重、效率低下和经常出现“过热”和“欠热”等问题。经过现场调试和验证，运行结果表明该系统稳定性能良好，调节精度较高，且易于控制、节能效果好。

参考文献：

[1] 魏钦志 ，潘广军.GPRS技术用于集中供热[J]，电气时代，2004：23-67