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供热站自动控制系统中 PLC 的应用

作者:论文发表网 更新时间:2018-02-01 10:05:39
19.1K 随着我国国民经济的不断发展和人民生活水平的提高,用户对居住环境舒适度的要求也越来越高,节能环保路线已成为众多企业发展的方向。在热力公司集中供热系统中,供热站作为热网系统的首要环节,对供热站的控制效率直接影响供热站耗费能源的多少,同时决定了居民的采暖效果,控制系统的自动化水平也决定了工作人员的劳动强度,提高供热站系统的自动化控制效率,有助于提升供热站的供热质量,提升用户的舒适度、满意度。
1 供热站运行系统组成结构根据实际操作要求,换热站的自控系统由上位机(监控中心)、下位机(现场控制层)和通讯网络三个部分组成。上位机(监控中心)主要针对实际操作人员,由监控工作站、数据采集服务器、工程师工作站、电源、打印设备等组成,主要功能是监测各换热站电气参数并对电气设备的运行状态进行动态监测和自动控制。其工作原理就是通过调度中心和各换热站间的一系列通讯链来对整个供热系统进行数据采集与通讯、顺序控制、时间控制、回路调节及上位监测和管理。下位机(现场控制层)主要包括 PLC、电动执行机构、传感器、变频器等。主要负责实时收集各换热站一、二次网的温度、压力、流量、液位等数据,并对各种电气运行设备的状态进行实时反馈与监控,然后通过各种通讯网络平台的支持,将监测到的换热站数据由网络接口传送到调度监控中心,同时接收调度监控中心发来的调度控制指令;调度监控中心负责接收各现场监控设备传送来的数据,并对数据进行存储、趋势分析、报警、报表打印等,在此基础上,根据实际需要向各现场设备发出调度控制指令,部分换热站还实现了无人值守。通讯网络平台是整个热网监控系统联络的枢纽,各个换热站、热源、管道监控节点通过通讯网络系统形成一个统一的整体[1]。
2 自动控制系统的实现方法供热站自动控制系统中,本地PLC负责采集系统的压力、温度、流量等数据,然后通过与 PLC 的 RS-485 相连接的DTU模块把收集到的数据传送到调度控制中心,控制中心进行数据分析后会根据实际需要下达控制命令,PLC 接收到调度中心的控制命令后就按照指令的要求进行调节阀、变频器的控制;控制中心所需要的各个温度、压力参数通过 PC机进行设定,数据一经设定就可实现无人值守。
2.1 控制系统硬件部分供热系统的控制系统现场采用的是台达PLC中的DVP16ES200R作为其C P U ,它是小型模块化P L C 系统,能达到中等性能要求的应用条件;DVP16ES200R 可编程控制器,其结构设计成了模块化的,各个单独的模块之间可进行多种组合以便于扩展,它包括高速输入、脉冲输出口、内置1个 RS232、2个RS-485 串行通讯接口[2]。
模拟量采集采用的是DVP04AD-E2模块,这个模块是用于采集站内关键点的温度及压力值(共计12对)和流量值2个,压力传感器和现场温度传感器测量范围分别为0~1.6MP、0~150℃,根据不同管径来选择流量传感器的类型,与之对应的输出值都为4~20mA电流值;模拟量输出采用的是 DVP04DA-E2 模块,这个模块负责对现场电动调节阀进行开度调节并对变频器的输出频率进行控制;电动调节阀控制信号为0~10V 对应开席 0-100%;变频器控制信号为0~10V,对应输出频率值 0~50HZ。
变频器采用的FC- 102 系列变频器,根据循环泵功率选择了 F C102P30KT(30KW)型号的变频器;根据补水泵功率选择了FC-102P1K1T(1.1KW)型号的变频器,每一台变频器都可以控制两台电机设备,其中一台电机是正常运行电机,另一台电机是用作备用电机,以免在主电机出现故障或电机进行维护时系统停止运行。
2.2 电机的控制热力公司供热站共有两台变频器和四台电机,一台变频器能够控制两台电机运行,控制继电器 KM1、KM2 负责对两台电机进行切换,设计两台电机是为了方便电机出现故障或电机进行检修时系统还能正常运行。在运行之前要对变频器的主要参数进行设定,一般情况下按照现场电机铭牌要求的参数进行设定,主要有以下几项:电机功率与电压、最高频率、电机电流与转速等;设定完成后再设定控制信号相关参数,包括:频率对应输出信号4-20mA、控制信号输入0-10V 以、电机启动方式等[3]。
2.3 电动执行器的控制供热站内共有三台换热器,采用西门子电动液压阀门执行器(SKB62)对换热器流量大小进行控制,液压阀门执行器作为执行机构,它运行平稳、响应快、能实现高精度的控制。液动执行机构可将油泵、电机、电液伺服阀集于一体,只要接入电源和控制信号就可以工作。 SKB6 2 电动执行器供电电压为AC24V,属于低压安全用电范围,即使出现执行器漏电情况也不会对现场工作人员或居民造成人身伤害;SKB62 执行器的控制信号可选用 0-10V 或4-20MA,反馈信号也可选用 0-10V 或 4-20MA为了能与变频器控制信号相同,在此选用了0-10V 控制和反馈信号。
3 PLC软件部分3.1 PLC应用于温度、压力等参数的采集台达DVP16ES200R PLC设置有三个通讯,COM1是RS232,COM2和COM3 是RS485,采用ModBus ASCII/RTU通讯格式,通讯速率最高可达115200bps,三个通讯口可以同时使用。并且DVP系列PLC可针对ModBusASCII/RTU模式给出专用通讯指令,这样就可以大大简化编写通讯程序时的繁琐步骤,不用像串行数据传送指令 RS那样再进行复杂的校验码计算,也避免了使用复杂的指令格式。COM1 可以通过专用数据线调试现场程序,也可以用触摸屏进行数据通讯。而GPRS-DTU是专门用于将串口数据通过GPRS 网络进行传送的 GPRS无线设备,它同时具有 GPRS 拨号上网以及 TCP/IP数据通信等功能,它可以连接各种使用串口通信的用户设备,而且不需要对用户设备进行改动。
3.2 PLC用于循环水泵在此过程中,PLC主要具备以下几种功能:一、都采用变频启动所有泵而且更换启动泵。二、自动加减泵,一台泵工作时若温度未达设定值,而变频器的输出频率却超出上限,则自动切换启动第二台泵为变频运行;两台泵工作时,若温度达到了要求,而变频器的输出频率低于设定频率,则停变频泵,将工频泵投变频运行。此外系统还可以监测频率、电流、电压、管网压力、温度等数据,并在压力、温度异常及电机出现故障时时报警[4]。
PLC根据室外温度和二次供回水的温度计算给变频器的输入值,然后采用变频调速技术调节水泵的流量,不仅效率高而且节约电能、水能。
4 结语本文对于采用台达 PLC 及台达模拟转换模块实现恒压补水与换热器出水温度的恒温控制进行了介绍,同时介绍了远程监控操作,大大降低了整个控制系统的成本,提高了换热站的工作效率,取得了显著的控制效果。投入使用以来,一直保持着自动运行的状态,值班人员一般只需要设定系统的补水压力和出水的温度,极大的减轻了值班运行人员的工作强度。投入运行结果表明,系统的控制方法自动化、智能化,而且性能优越,功能齐全,使用方便简洁。本系统虽只是针对热力公司供热站所设计的,但是它综合考虑了恒压补水和恒温控制的基本思想,因而具有一定的代表性和广泛适用性,相信通过未来对PLC系统更加深入地进行学习和研究后,可以更加自如地运用到热力公司供热站控制系统中。
参考文献[1] 窦振龙.基于PLC系统的电机故障分析方法探究.黑龙江科技信息,2014(24).[2] 宝力高,孙延风,周柚.小型一体化PLC系统的设计与实现.吉林大学,2013.[3] 崔树桢,华志斌,王建伟.PLC在集中供热首站自动控制系统中的应用.区域供热,2010. 供热站自动控制系统中 PLC 的应用
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