基于PLC的直供混输转热站自控策略的实践与分析.pdf

自 动 化技 术 与 应 用 2 0 1 2 年 第3 1 卷 第6 期 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial App l ic a t i o n s an d Co mm u n i c a t i o ns 基于 P L C的直供混输转热站 自控策略的实践 与分 析 李跃 廷 ，周 卫东 中油公司吉林石化公司矿区服务事业部， 吉林 吉林1 3 2 0 2 1 摘要 随着变频技术、P L G技术和模糊控制技术的发展， 直供式转热站自动控制技术逐渐成熟。结合中油吉林石化供热系统， 本文 提出温度、 压力参数的控制策略。 总结出P I D参数值和模糊控制参数值的经验数据。 剖析了温度控制系统和压力控制系统如 何克服干扰， 达到平衡。 关键词 转热站； 自控策略； 实践与分析 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 2 0 6 0 0 9 0 0 3 T h e A n a ly s is a n d P r a c t ic e o f A u t o ma t ic C o n t r o l S t r a t e g y in t h e ． Tran s f e r r e d He a t S t a t i o n o f Di r e c t Su p p ly a n d Mi x e d T r a n s p o r t a t io n Ba s e d o n P L C LI Yu e t i n g ， ZHOU W e i d o n g CP C c o r p o r a t i o n J i l i n p e t r o c h e mi c a l c o mp a n y l 1 1 i n j n g a r e a s e r v i c e d i v i s i o n ， J l i n 1 3 2 0 2 1 C h i n a Ab s t r a c t Wi t h t he d e v e l o p me n t o f t h e f r e q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y ， P LC t e c h n o l o g y ， a n d t h e f u z z y c o n t r o l t e c h n o l o g y， t he a u t o ma t i c c on t r o l t e c h n o l o g y o f d i r e c t t r a n s f e r r e d h e a t s t a t i o n i s g r a d u a l l y ma t u r e d ． Co mb i n e d wi t h CNP C J i l i n Pe t r o - c h e mi c a l h e a t i n g s y s t e ms ，t h e a n a l ys i s o f t e mp e r a t u r e ， p r e s s u r e p a r a me t e r c o n t r o l s t r a t e g y i s p r e s e n t e d ． Th e e x p e r i - e n c e d d a t a o f t h e PI D para me t e r v a l u e s ， a n d f u z z y c o n t r o l p a r a me t e r v a l u e s are s u mme d u p． Ho w t o o v e r c o me i n t e r f e r - e n c e a n d h o w t o b a l a n c e i n t h e t e mp e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m a n d t h e p r e s s u r e c o n t r o l s ys t e m a r e a n a l y z e d ． Ke y wo r d s t r a ns f e r r e d h e a t s t a t i o n ；a u t o ma t i c c o n t r o l s t r a t e g y； a n a l y s i s a n d p r a c t i c e 1 引言 由于节能减排的需要 ， 集中供热已成为我国城市供 热主流。随着城市住房面积的不断增加 ， 集中供热的面 积也越来越大。集 中供 热一个显著特点是一个热网需 要许多一级和二级泵站 以满足几十万甚至上百万平方 米 的采暖面积的需要。 目前从泵站的运行方式上看大 体可分为间接换热式和直供混输式两种 。与间接换热 式比较， 以前直供混输式由于工艺复杂、全面的 自动控 制很难实现， 在集 中供热中所占比例不大。但近十几年 来随着变频技术、计算机技术、自控技术、网络技术的 收稿 日期 2 01 2 0 3 1 2 发展， 泵站的控制策略 日臻完善， 自动化水平不断提高。 泵站的监控系统也在多数供热企业也建立并投入使用。 一 次投资少 ， 运行费用低的直供混输供热系统发展较 快 。下面结合吉林石化矿区供热系统就直供混输转热 站 自动控制策略进行论述 、剖析 。 2 压 力 自动控 制策略 2 ． 1 工 艺流程 依照下图， 控制的压力参数是供水压力 P 1和回水 压 力 P 2 。 2 ． 2 压力 自控系统组成 f 亍业 应 用 与 交 流 宴 垫 堇 墨 堕 里 至 墨 堂 篁 塑 n d u s t r i a l Ap p l i c a t i o ns an d COmmu nic a t IOn s 图 1 带控制点直供混输转热站工艺流程简图 通过下 图可 以看 出压力控制系统 由压力测量 、 P LC控制 、变频器、电机水泵、工艺对象等组成。 随着变频技术的成熟， 现在供热系统已广泛使用变频器 参与压力 自动控制 。除 P L C控 制器外这几个环 节 ， 机泵 环节因为频率 f 、转数 N、扬程 H 的关系为 f N， N o c H ， 即 f H。是一个二 阶非线性 函数 ， 而其 他环节 都可视为一阶线性 函数。由于测量环节无滞后 ， 故在 P L C控制器上选取 P 比例 、I 积分 、D 微分 参数时， 一 般只选取 P、I 而不选 D。根据经验比例度一般 2 0 ％～ 8 0 ％， 积分时间一般选择 2 ～5 。 图 2 自动控制系统框图[ 2 ] 2 ． 3 压力控制动态过程 参见 图1 ， 图2 P 1 的控制过程 变频泵控 当某一干扰致使 P 1 升高 时，压力测量仪表实时检测并把信号传至P L C， P L C是 控制的核心部件， 它把此信号与给定信号压力信号 P 相 比较此时P1 一 P 0 ， P LC经过P、I 运算一定输出一 个负值 反作用 ， 叠加在原来的信号上 ， 致使 P L C输出减 少 一般以 mA 电流方式输出 ， 变频器接收到减少的信 号也立 即使 供 电回路 频率 F减少 ， 随之 电机的转数 N 下 降 ， 水泵的输 出压力 P 降低 ， 测量 点处的压力 P 1 相应 降 低， 如果仍 P l P 则继续重复上述过程。此时如果 P1 P 则反馈到 P L C进行与上述相反的调节 ， 直至达到 新的平衡 。 P2的控制过程 变频泵控 当某一干扰致使 P 2升高 时， 压力测量仪表实时检测并把信号传至 P LC， P LC是 控制的核心部件， 它把此信号与给定信号压力信号 P 相 比较此时P 2 一 P 0 ， P L C经过P、I 运算一定输出一 个正值 正作用 ， 叠加在原来的信号上， 致使 P L C输出增 加 一般以 mA 电流方式输出 ， 变频器接收到增加的信 号也立即使供电回路频率 F增加， 随之 电机的转数 N上 一升， 测量点处的压力 P 2 相应减小， 如果仍 P 2 P 则继 续重复上述过程。此时如果 P 2P 则反馈到 P LC进 行与上述相反的调节， 直至才达到新的平衡。 2 ． 4 回水压力P 2 用调节阀2 控制 适合设有两 级级泵站 当二级有多个转热站时 ， 为了节能需要 ， 在管网上 专设 中继一级泵站或利用换热一级泵站实现 回水加压 功能。这时二级泵站 转热站 P2的控制就由调节阀 2 来完成。由调节阀控制的动态过程与用泵控制类似 ， 只是 由于阀 的传递 函数特 性 与机泵 不 同 ， P L C的 P、I 需 要 调 整 3 温度 自动控制策略 3 ． 1 温度系统的组成及控制模式 参看图 I ， 转热站里从泵到测温点有一定距离 ， 温度 测量 自身也带有滞后， 所 以从流量 Q的变化到 T l的变 化 曲线实 际是带纯滞 后 的非 线性一 阶特 性 曲线 ， 反应滞 后且缓慢。对这种情况实际操作时一般选用模糊控制 ， 在 P L C中调用标准控制模块。对每个转热站要选好模 糊控制周期 T M c y c l e t i me ， 模块程序回根据偏差值计 算输出的隶属补偿 ， 偏差越小输出的隶属步长越小 ， 反 之则隶属步长越大 。调节阀一般选用等百分 比特性和 线性特性_ 3 】 。对于调节阀安在供水的情况， 在 P L C选择 反作用 ， 对于调节阀安在回水 混水 的情况， 在 P L C选择 正作用。如二者都有， 则同时考虑。温度测量选用 A级 p t 电阻。 图3 温度控制系统框图[ 2 ] 3 ． 2 温度给定值的确定 直供混输转热站的特点之一是来 自电厂的一次水 与来自用户的回水混合后供 出。根据 “ 标准供热曲线” 即室外气温与街区供水温度 T i 及街区回水温度 T2 对 自 动 化 技 术 与 应用 2 0 1 2 年 第3 1 卷 第6 期 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial App l ic a t ion s an d Commu nic a t ion s 应曲线 来确定需要的T G ， 即是 P L C控制器 或其他控 制器 温度控制的给定值 ， 具体实施一般有 以下两种 ” 一 是在 “ 标准供热 曲线”上人工查对 T ， 根据气 温每天制定出几个 T ， 下发或在现场设定 类似定值调 节 。二是把曲线的对应关系编程 即把室外气温分成 1 O段左右 ， 再确定每段对应的 T ， 运行时 自动按此执 行 类似随动调节 ， 如 一i 8 ℃- 2 2 ℃对应 6 5 ℃， 同时兼顾 灵活， 还设计了修正曲线 时间段与修正值的对应曲线 如 i 4时 一1 7时加 2℃， 按此修正则上述的 6 5 ℃就变成 了 6 7 ℃。 针对管网每个转热站所带楼房的具体情 况， 如结 构 、年 限、传统散热还是地 热等 ， 每个转热站的 T 也 不 同 ， 3 ． 3 温度控制动态过程 以调节水1 阀安在电 厂来水侧为例 ， 参见图1图3 当某干扰使供水温度 T 1升高时， 通过温度测量环 节传递到 P L C， P L C比较后一定输出一个负 步长 叠加 在原有的信号上 ， 使输出值降低 反作用 。此信号控制 调节阀关小 ， 从而减少电厂供水流量 ， 使供水温度朝降 低方向发展 ， 由于 TM一般设置 2 8秒， 反应要一定时 间。等 T M秒后， P LC在继续输出， 此时偏差方向应不变 参数选取时应避免过调 但值减小， P LC输出一个比上 次小的负值 步长 叠加在原有的信号上 ， 使输出值进一 步降低。进而通过关阀使温度继续朝降低方向发展。如 此循环， 直致实测温度与 T 相差在 l ℃之内， 系统认为 调整合格。处于平衡状态。当某干扰使供水温度减低 时， 动作过程与上述正好相反。 为了防止调节阀机械故障， 一般在 P L C设定输出上 限和下线。 4 温 度控 制 与压力控制 相互作用 与 平 衡 在一个转热站 中， 既有温度控制系统 ， 也有压力 控制系统。这两个单闭环的系统是相互影响的， 也就 是说 一个系统处于调节时另一个平衡也被打破也要 重新 平衡 。下面 以调节阀安在一次供水上 的温度 系 统 与供水压力 P l为例 ， 去分析两者如何相互作用和 重建 平衡 。 1 当供水温度T 升高时， 供水调节阀势必关小 ， 供 水泵入 口压力势必减少 ， 参见图 1图2图3 那么泵出口 9 2 I T e c } l 1 iq I Ie s o f A I II 。 IT 锄0 n A p p I_瞄6 0 n s 压力减小， P1 也减小。此时压力控制回路启动。由于压 力回路调节周期短 ， 不到 1秒很快就建立了新的平衡 ， 随着阀关 N次， 这样的平衡建立 N次。直到温控系统平 衡 。当温度减低则相反。 2 当供水压力 P1升高时 ， 压力系统启动 ， 泵转 速下降 以求达到新的平衡。与此 同时随着泵入 口一 次供水和二次回水的混合 比例很可能发生变化 ， 造成 T 偏高或偏 低。此时将启动温度控制 系统 ， 过程如 “ 1 ”所述。 5 结束语 如上所述 ， 目前直供混输供热系统的温度控制 ， 调 节阀可 以安在供水上 ， 也可以安在混水水上。当然也选 用两个阀， 一个安在供水一个安在回水。压力控制主要 以变频泵为主 ， 同时还有调节阀控制方式。根据具体情 况采取不同的控制策略 ， 使直供混输系统 自动化水平成 熟与完善。也使直供混输方式 自身的优势发挥出来 ， 发 展 前景 看好 泵站的出口温度控制只是手段 ， 我们的控制的终极 目标是用户的室温 ， 但 由于用户离泵站较远 ， 就系统而 言， 是一个大滞后的控制系统。我们期待用户室温的直 接控制成熟策略早 日到来 参考文献 【 l 】王卫兵． P L C系统通信、扩展与互连技术【 M】 ． 北京 机 械工业出版社， 2 0 0 4 ， 9 ． [ 2 】李鹤龙． 电动调节仪表[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 1 9 8 0． 1 1 ． [ 3 ]夏焕彬． 气动调节仪表[ M】 ． 北京 化学工业出版社 ， 1 9 8 0 ． 6． 作者简介 李跃廷 1 9 6 4 一 ， 男， 工程师， 研究方向 供热过程 自动 化 。