一种基于PLC和组态软件的集中供暖系统设计.pdf

动控制系统与装置 皇 苎 竺 竺 兰兰 Au t o ma t ic Co n t r o l S y s t e ms＆ E q u Jp me n 一 种基于 P L C和组态软件 的集 中供 暖系统设计 冯传均 。王传伟 ，龙江 ，戴文峰 【 1 ． 中国工程物理研究院 流体物理研究所 ， 四川绵阳6 2 1 9 0 0； 2 ． 中国工程物理研究院 脉冲功率科学与技术重点实验室。 四川绵阳6 2 1 9 0 0 3 ． 中国工程物理研究院 工学院电子系， 四川 绵阳6 2 1 9 0 0 摘要针对现在常用的集中供暖系统， 设计了一种由组态软件、 P L C和变频器组成的集中监控系统。通过 P L C编程， 结合传感器技术 和变频器技术的应用， 实现了对集中供暖系统的 自动控制； 设计了监控界面， 实现了过程信息的集中处理和显示， 提供 了预定 曲线或历史曲线的调用功能以及报警信息的查询功能。在现行的集中供暖系统中具有广泛的推广应用价值。 关键词集中供暖系统 ； 监控系统； P L C ； 组态软件 ； 变频器； 实时监控 D OI I O ． 3 9 6 9 ／ j i s s n ． 1 0 0 0- 3 8 8 6 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 3 3 [ 中图分类号]T P 3 9 3 ． 0 3 [ 文献标志码]A [ 文章编号]1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 4 0 6 0 0 9 7 0 3 De s i g n o f a Ce n t r a l iz e d He a t i n g Sy s t e m Ba s e d o n PL C a n d Co n f i g u r a t io n So f t wa r e F E N G C h u a n - j u n ， WA N G C h u a n ． w e i ， L O N G J i a n g ， D A I We n ． f e n g ， 1 ．I n s t i t u t e of F l u i d P h y s i c s o fC A E P， Mi a n y a n g S i c h u a n 6 2 1 9 0 0 ， C h i n a ； 2 ．K e y L a b o r a t o r y o f P u l s e d P o w e r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f C A E P， Mi a n y a n g S i c h u a n 6 2 1 9 0 0， C h i n a ； 3 ．D e p a r t m e n t o fE l e c t r o n i c s o fI n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y of C A E P， Mi a n y a n g S i c h u a n 6 2 1 9 0 0， C h i n a Abs t r ac t I n v i e w o f t h e n or ma l c e n t r a l i z e d he a t i ng s y s t e m， t h i s pa p e r de s i g ns a c e n t r a l i z e d mo n i t o rin g a nd c o nt r o l s y s t e m c o n s i s t i ng o f a c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e ，P L C a n d f r e q u e n c y c o n v e r t e r ．T h i s mo n i t o r i n g s y s t e m ，b a s e d o n P L C p r o g r a mmi n g a n d a p p l i c a t i o n o f s e n s o r t e c h n o l o g y a n d c o n v e rte r t e c h n o l o g y r e ali z e s a u t o ma t i c c o n t r o l o v e r t h e c e n t r ali z e d h e a t i n g s y s t e m． I t a l s o d e s i g n s a mo n i t o ri n g i n t e r f a c e t o r e ali z e c e n t r ali z e d p r o c e s s i n g a n d d i s p l a y o f t h e p roc e s s i n f o r ma t i o n a n d p r o v i d e c a l l f u n c t i o n o f p r e s e t C H I V e o r h i s t o r i c al c u IVe a s w e l l a s t h e i n q u i r y f u n c t i o n o f a l a r m i n f o r ma t i o n ．Th e mo n i t o ri n g s y s t e m i s wo rth y o f e x t e n s i v e a p p l i c a t i o n i n t h e e x i s t i n g c e n t r a l i z e d h e a t i n g s y s t e ms ． Ke y wo r d s c e n t r a l i z e d h e a t i n g s y s t e m ； mo n i t o ri n g a n d c o n t r o l s y s t e m ； P L C； c o n f i gu r a t i o n s o f t wa r e； f r e q u e n c y c o n v e rt e r ；r e al- t i me mo n i t o r i n g 0 引 言 集中供暖系统是城市基础设施之一。随着城市化建设的加 快 ， 人E l 的高速增长和人民生活水平的提高 ， 人们的住房面积不 断扩大 ， 对集中供暖的需求也不断增大。然而部分供暖设备控制 系统仍采用继电器接触器的方式控制， 存在线路复杂、 可靠性低 的缺点 ； 循环泵和补漏泵采用开环、 恒速控制， 存在供暖质量差， 资源浪费的缺点； 供暖设备分散 、 管理不集中， 自动控制功能不完 善 ， 存在人力资源浪费、 监控效率低的缺点 J 。为了克服以上缺 点 ， 确保供暖系统安全 、 稳定、 可靠、 经济运行 ， 提高供暖系统管理 效率 ， 控制运行成本， 实现供暖系统现代化管理水平， 对供暖系统 进行集 中监控和量化管理是当前的发展趋势。所设计 的集 中供 暖监控系统主要由组态软件、 P L C 、 变频器和传感器组成， 实现对 供暖系统的远程集中监控， 具有控制方便、 安全可靠、 高效节能的 优 点。 1 系统组成 与功 能 1 ． 1 集中供暖监控 系统组成 集中供暖系统由水处理、 蒸汽锅炉、 热交换器、 供暖管网四个 大部分组成 。供暖监控系统对集中供暖系统各个环节的状态 定稿 日期 2 0 1 40 21 2 信息进行采集和调节， 总共采集开关量信号 2路 、 模拟信号 8路 ， 输出开关量 控制 信号 1 1路、 模拟量 调节 信号 4路， 其组成 结构示意图如图 1 所示。为了增加系统的可靠性， 提高系统的安 全性， 关键信号采用 2路输入输出。涉及到安全性的信号主要是 蒸汽温度 模拟量采集 、 锅炉状态信号 开关量采集 、 锅炉加热 启停 开关量输出控制 。 1 ． 2 集中供暖监控 系统功能 1 供暖管网循环水量控制 检测管网压力和流量 ， 更换或 补充二次供暖管网的软化水。通过数据处理判断管网有无突发 泄露， 如果有突发泄露 ， 系统提示并报警 ， 并进行应急处理。供暖 过程中不可避免的损耗和微漏现象， 利用补漏泵进行补漏， 保证 管网水量充足。 2 水处理设备控制 将 自来水进行软化处理， 除掉水 中的 杂质和阳离子， 避免在锅炉、 热交换器、 二次供暖管网中产生水 垢。合理控制水处理设备的运行 ， 保证锅炉和二次供暖管网的用 水， 提高供暖效率及设备使用寿命。 3 供暖系统蒸汽温度控制 监测锅炉的蒸汽温度和运行 状态等信号， 控制锅炉的加热启停， 以保证锅炉的蒸汽产量 或蒸 汽压 力 。 电气 自动化} 2 0 1 4年第 3 6卷 第 6期 自 动控 制系统 与装 置 Au t o ma t ic Co n t r o I S y s t e ms＆ E qu i p me n 4 供 暖 系统终 端 温度 控制 控 制热交换器一次侧 蒸汽 的流量 和二次 侧供 暖管 网热水 的流速 实现供 暖终端 温度的控制， 根据试运行的经验， 设定 控制参数和模式， 可采取控制二次侧 供暖管网热水的温度或者流速的方式 调节供 暖终端温度 “J 。 5 远程监控功能 集 中监控水 处理 设 备 、 蒸 汽锅 炉 、 热 交换 器 、 二 次 供暖管网的运行状态， 根据反馈信息， 进行正常调节或者应急处置。 2 集中供暖监控系统 硬件设计 2 ． 1 P L C及扩展模块的选用 整个系统采用了类似于 D C S的层 次结构 ， 即以工控机为监测站， 监视 系统的运行 ； 以P L C作为控制站， 控制 现场设备 ， 并配 以手动操作 目录。为 了实现 系统 的 控制 需 求 ， 控 制 系统 硬 件主要由计算机 工控 P c机 、 可编程 序控制器 P L C 、 变频器及水位 、 温 度、 压力 、 流量传感器和智能变送器等 构成 。P L C选 用 欧姆 龙 C P 1 I -I系列 的 可 编 程 控 制 器O MR O N C P 1 H XA4 0DR A 图 1 集 中供暖监控 系统组成结构 示意图 选用的P L C自带 C P U单元 4 0点 ， 可容纳开关量 2 4输人 1 6输出， 输出为继电器输出， 模拟量 4人 2出， 可扩展性卓越 ， 最 多可连接七个扩展单元。为了满足输入输出信号的要求， 把开关 量再拓展8路输入通道， 模拟量再拓展 5路输入通道、 2路输出通 道。1 ／ 0拓展单元选用 C P 1 W 一2 0 E D R 1 ， 1 2人 8出， 可以满足设 计要求； 模拟量输入扩展单元选用 2个 C P 1 WA D 0 4 1 ， 共有 8路 输入， 分辨率 1 ／ 6 0 0 0； 模拟量输出扩展单元选用 C P 1 W D A 0 4 1 ， 9 8 Ele c t r i c a I Au t oma t i o n 图 2 集中供 暖监控 系统 P L C主流程图 具有 4路输出， 分辨率 1 ／ 6 0 0 0 。拓展后， I ／ O可容纳 3 6入 2 4出、 模拟量可容纳 1 2入 6出， 能够满足系统控制需求 ， 并有冗余 备份 。 2 ． 2 变频器的选择 根据循环泵 的额定 功率 ， 变频器选用西 门子三相 变频器 6 S E 6 4 2 0一I A D 2 7 5 C A 0型。P L C拓展单元的 D ／ A模块可以输 出0～1 0 V或4 m A～ 2 0 m A的模拟信号， 与变频器的模拟量输人