基于PLC的供暖企业监控系统的实现

王宝利

（华油一机（河北）钻井装备有限公司，河北沧州 062650）

0 引言

随着社会经济的不断提高，集中供暖已经成为主要的取暖方式，供暖企业采用集中供暖方式的优势有很多，可以将热源进行集中分配，提高热能的利用率，有利于提升节能效果，并减少环境污染问题。但是在实际应用过程中依然存在着一些问题：①我国大部分城市的供暖费用是采取面积进行收费，收费与用户使用热量的多少并不存在直接关系，很多用户缺乏自主节能意识，导致热能出现浪费的情况，极大限制了供暖企业的健康发展；②目前很多供暖企业所使用的供暖设备陈旧，供暖系统的监测控制仍然处于研发阶段，缺少自动化设备的投入，导致需要大量的人力对供暖系统进行手工操作，并且不能够及时发现供暖系统在运行过程中的安全事故，造成供暖系统很难进入最佳状态，容易造成热源浪费的情况发生。

建立完善的供暖监控系统，可以有效实现节约型社会，这需要全面提高供暖企业的自动控制水平，通过计算机监控系统对各换热站的供热情况进行分析，可以实现热能的有效利用，以最小的能源消耗来实现最佳的热源分配，有效改善我国的生态环境。分析我国集中供暖的实际情况，利用PLC监控系统可以有效实现对供热系统的全面监测，能够有效监视供暖系统中的压差状态，及时调整热源供给，适应热网负荷变化，有效实现对水泵的及时调节，避免人工调节不及时的情况，提高供暖系统的正常运行。

1 供暖系统流程

为实现供暖系统对水压、水温的自动控制，在硬件上需要采用大量的计算机技术，有效避免发生安全事故，增强供暖系统的正常运行，根据供暖企业的实际情况有效利用热能，达到节约水资源的目的。常规的供暖系统主要有补水系统、循环水系统、换热系统和疏水系统组成。

2 系统构成与实现

控制系统主要由操作员站和现场控制站两部分组成，如图1所示。

图1 供暖系统的结构组成

2.1 操作员站

在整个系统运行过程中，操作员站是工业PC机构成，常用的PC机为IPC610机型，该机型的可靠性高，拥有较高抗电压干扰和抗电磁干扰能力，配备工业防磁显示器和专用打印机。在控制系统运行过程中，操作员站的主要作用是对现场进行控制，并且能够显示现场控制站的数据传输和控制，同时接收指示命令，对现场控制站进行控制动作。

2.2 现场控制站

现场控制站主要由PLC组成，PLC的组成部分包括顺序控制模板、数据采集模板和模拟量控制模板：①顺序控制模板的主要功能是完成水泵和电动门的启停开关控制；②数据采集模板主要是对供暖系统现场的水温、压力、流量等数字信息进行收集，并将所采集的数据传送至上位机进行显示；③模拟量控制模板主要负责对现场的模拟信号利用PID控制模板进行信号输出，决定蒸汽阀和水位调节阀的开关位置。

将PLC控制装置安装在控制站机柜内，方便日后维护工作。在该系统过程中主要采取的模块均为插接式，因此在机柜内留有10%的位置作为备用，并对所有的开关量输出点都设置相应的继电器隔离，可以有效保证系统的安全运行。PLC监控系统采用CPU双电机设备和远程双缆结构，可以避免CPU损坏而引起的线路损坏。

2.3 通信方式

PLC控制系统之间的通信主要采用主—从通信的方式，操作员站的PC机为主站，现场控制站为从站，操作员站是整个控制系统中的发起者，需要安排人员进行24 h值班。监控系统中的控制管理功能主要是由操作员站的PLC来完成，能够充分实现对整个系统之间的协调性，当控制系统的通信功能正常时，监控中心对其进行协调管理，来完成供暖系统的全过程监测和保护工作，如图2所示。

3 热网控制方案研究

图2 系统的拓扑结构

热网控制方案主要包括，独立回路控制、最不利压差控制、固定热端总热量控制和均匀控制等4种控制方案，不同的控制方案适用于不同的工作环境。随着我国供暖收费标准的不断改革，很多供暖企业已经从按面积收费逐渐演变成按热量收费。这个演变过程周期较长，可能存在按面积和按热量收费共同存在的局面，因此需要根据这些情况设计不同的方案。

3.1 按面积收费

进行按面积收费时，需要采用均匀供热的方式，来减少供暖系统中水平热力失调，需要对各个热力站点进行回水温度确定，确定电动阀门的开启程度，使各个热力站的回水平均温度基本保持一致，才能够减少水平热力失调现象的发生，此方式在前期的投入成本较低，但是对热量的消耗比较严重。

3.2 按热量收费

按热量收费时需要在用户端安装热量计，通过热量计所显示的数据对用户收费。该方式不能够采用均匀性调节方法，需要利用最不利端压差控制法，供暖系统中的循环泵应当采用变速泵，依据所检测出末端回水压差来调整变速泵的转速，使压差能够维持在所需的数值范围内。该方式的前期投入成本较高，并且需要用户自行购买热量计，因此该方式并没有得到大范围的推广使用。

3.3 存在按面积收费和按热量收费的用户

按面积收费的用户需要采取均匀性调节的方式，保证按热量收费用户的压差控制，确保按热量收费用户能够得到合格的热量供应，该阶段是按面积收费过渡到按热量收费的重要阶段。硬件平台需要考虑不同的控制系统，当控制需求发生变化时，应当及时更新软件控制系统，为后期的拓展提供帮助。

3.4 系统控制的创新点

有如下5个创新点：①PLC作为供暖企业监控系统操作比较简单，能够实现自动化控制与手动控制的切换；②优化调度热源，根据系统监测到的运行数据，预测供暖系统负荷，调节供水温度，向燃烧系统发出供水温度需求，并且保持供水总量不变；③按照热量收费时，供暖系统中的热量负荷可能发生变化，可以利用监控系统对供水流量进行调节；④可以消除供暖系统中水平热力失调问题，利用热网水平失调数据作为系统中定量评价的指标；⑤利用PLC监控系统可以有效降低各换热站的水泵功率，在换热站加装变频器调速装置，可以有效控制水泵的转速，节约电能，增加供暖企业的经济效益。

4 控制系统软件设计

根据供暖企业的实际运行情况进行改造，计算机监测控制管理系统利用PLC进行现场控制管理，利用上位机监控系统可以有效实现操作员站和现场控制设备间的拨号连接，实时监测整个控制现场的参数，对变频调速和电动阀门进行远程控制，实时生成现场画面和数据报表，实现对整个供暖系统的优化控制。

5 结束语

分析供暖企业PLC监控系统可以发现，该系统拥有简单的操作界面，实现了实时数据监测，优化供暖监控系统调度，能够很好地为城市提供供暖服务。利用该控制方案中的变频调速功能，可以更好地节约能源，提高供暖企业的经济效益，确保供暖企业的安全稳定运行。