基于PLC 的换热站控制系统设计

孟亚男 周雪阳 赵文斌

（1.吉林化工学院信息与控制工程学院；2.吉林吉化建修有限公司）

随着经济的持续增长以及城市居民楼房在冬季对供暖需求的不断增大，我国城市换热站也在朝着智能化方向建设。 传统的换热站温度控制基本为人力手动操作，这种调节方式通常具有滞后性、成本高及浪费人力资源等缺点［1］。笔者设计了一个基于PLC 的换热站控制系统， 系统利用S7-200 SMART 编程软件和昆仑通泰触摸屏，采用上、下位机对换热站控制系统的温度、液位及水压等被控参数进行实时监测，从而实现换热站的自动化控制。

1 换热站的作用与工作原理

目前我国城市换热站排布分散，为了提高供热质量同时便于管理，采用集中供热方式供热是最好的选择。 作为一次网和二次网的热交换系统，换热站在供热过程中必不可缺。 如图1 所示，换热站把一次网中热水的热量通过传热装置传到二次网中，再由二次网将热水送给热用户。 二次网中设有补水泵、循环泵、水箱和泄压装置［2］。循环泵的作用是实现二次网水循环，提高供暖质量。 供水流量和压力决定了供暖温度，热用户对流量的自主调节会使整个管网水压失衡，导致管网内压力不足，这时补水泵根据二次网压差对管网进行补水增压操作。 当水箱内压力过大时，泄压阀便会开启泄压。 当水箱液位过低时，外部供水管网将对水箱进行自动补水。

图1 供热系统流程

2 控制方案设计

2.1 二次网供水温度PID 控制

二次网供水温度控制是最重要的环节，本设计采用了PID 控制器来调节。 PID 控制器是应用最广泛的一种自动控制器，由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）3 部分构成［3］。 室外温度的改变， 可能引起二次网供水温度发生改变，当二次网温度偏离设定值时，PID 控制器会自动控制温度调节阀的开度，使一次网热流体流量发生变化，进而使二次网供水温度维持在设定值。

2.2 变频泵的变频控制

换热站变频泵的变频控制以循环泵、补水泵为主控制对象。 在使用过程中，难免会遇到热用户开阀放水使水压降低的情况， 如果补水不及时，就会影响供热质量。 变频技术可以根据回水压力设定值来控制变频器的输出，达到补水的目的［4］。如果供、回水的压差太小则用户感觉不到良好的供暖效果，如果压差过大则会使管网破裂造成安全事故，变频技术很好地解决了这个问题。

2.3 泄压阀控制

换热站二次网中， 循环泵出口压力特别大，为了维持二次网的压力，必须安装泄压装置。 当压力过高或过低时， 泄压阀自动打开或者关闭，为了延长泄压阀的使用寿命，一般泄压阀都会设置上下压力值，减少压力变化所导致的泄压阀频繁打开或关闭。

3 监控系统设计与开发

3.1 硬件选型与组态

确立I/O 点。 部分I/O 点见表1。

表1 部分I/O 点

硬件选型。 根据设计情况， 选择CPUSR20（AC/DC/Replay） 型 号 的CPU， 软 件 版 本 选 择V02.03.01_00.00.00.00。 该型号的CPU 的具体设置如图2 所示。部分盘柜设计。 根据上述的I/O 点表和硬件 选型，设计出如图3 所示的CPU 接线图。

图2 CPU 的具体设置

图3 CPU 接线图

3.2 控制程序的设计

循环泵PID 设定程序如图4 所示，将二次网供回压差、 供回压差设定值、 循环泵频率输入PID0_xh，通过运算后将输出赋值给VW388。为循环泵设定一个频率下限， 经SBR_1 转换后取整，若PID 输出值不小于循环泵频率下限，则直接将PID 输出值VW388 赋值给AQW16 （循环泵频率输出）；相反，如果输出值低于频率下限，则将频率下限赋值给VW388， 完成对循环泵的PID 控制。

图4 循环泵PID 设定程序

3.3 监测系统的开发

采用MCGS 软件开发监测系统 （画面绘制、动画连接、脚本编写），图5 为系统监视界面。 该系统具有操作画面、参数一览、参数设定及故障监视等功能。 在监视界面中，可实时监测被控参数、调节阀开度和设备运行状态，组态环境类似于一套完整的工具软件，用户可设计并建立自己的应用系统；运行环境是根据组态环境构造的工程，按照指定方式运行，并进行一系列操作处理，从而保证换热站系统的稳定性［5，6］。

图5 监视界面

4 结束语

本设计主要应用S7-200 SMART 与MCGS组态软件进行换热站控制系统的设计与开发，通过对换热站控制方式的改变，换热站的热交换效率大幅提高，能源得到了充分利用，同时也减少了人工成本，整个控制系统对于供热企业有至关重要的作用。