南　楠，梁海霞，孟凡文（濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)寧　272037）

基于可編程控制器的熱交換站監(jiān)控系統(tǒng)*

南楠，梁海霞，孟凡文
（濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)寧272037）

摘要：為了實(shí)現(xiàn)熱力站數(shù)據(jù)的采集和供熱自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)出熱力站監(jiān)控系統(tǒng)。采用Rockwell可編程控制器及外圍擴(kuò)展模塊進(jìn)行組態(tài)，并設(shè)計(jì)出硬件連接電路，包括PLC模塊電路、供電電路、模擬量處理電路、數(shù)字量處理電路、傳感器和變頻器連接電路。設(shè)計(jì)出PLC控制程序，實(shí)現(xiàn)了熱交換站模擬和數(shù)字信號(hào)采集，并對(duì)變頻器和電動(dòng)閥門實(shí)施控制。采用昆侖通態(tài)MCGS觸摸屏與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)顯示熱力站溫度、壓力、流量、變頻器頻率等熱力參數(shù)。

關(guān)鍵詞：熱交換站；監(jiān)控系統(tǒng)；可編程控制器；觸摸屏

*國(guó)家星火計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2012GA740103）

0　前言

在目前城市供熱系統(tǒng)中，采用節(jié)能新技術(shù)新方法，在本地利用自動(dòng)控制裝置自由調(diào)節(jié)供水壓力和供熱溫度，并能通過遠(yuǎn)程的方法時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，將是集中供熱的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)使用自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了變流量溫控調(diào)節(jié)，使得供熱最遠(yuǎn)端也能符合供熱要求[1-2]。但所采用的控制裝置成本相對(duì)較高，不適用我國(guó)的自動(dòng)供熱系統(tǒng)的使用要求。我國(guó)供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)相對(duì)比較落后，很多熱力站尚未實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自控的熱力站也存在不能根據(jù)溫度變化自適應(yīng)調(diào)整閥門和變頻參數(shù)等功能[3-5]。

本設(shè)計(jì)中的總體方案如下：通過各類變送器實(shí)現(xiàn)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用AB公司中型可編程控制器[6]Micro 2080實(shí)現(xiàn)熱交換站數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信，并采用國(guó)產(chǎn)昆侖通態(tài)觸摸屏MCGS[7]實(shí)時(shí)顯示熱力現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、水箱水位等，并能進(jìn)行循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、增壓泵和智能閥門的自動(dòng)調(diào)整和遠(yuǎn)程控制。

1　熱力站硬件設(shè)計(jì)

1.1硬件配置

依據(jù)熱力子站系統(tǒng)規(guī)模，采用AB公司CPU模塊1塊，此模塊帶以太網(wǎng)接口和RS232/RS485接口，并配置一定數(shù)量的DI、DO。本設(shè)計(jì)中，根據(jù)熱力子站供熱規(guī)模和現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)采集量確定AI模塊、AO模塊、DI模塊和DO模塊數(shù)量，每個(gè)熱力子站配備昆侖通態(tài)10吋觸摸屏一塊。

1.2電路設(shè)計(jì)

（1）數(shù)字量電路設(shè)計(jì)

圖1為數(shù)字量輸入（DI）連接示意圖，來自變頻控制柜的輸出信號(hào)送給PLC的數(shù)字量輸入通道，當(dāng)該信號(hào)有效時(shí)，數(shù)字量輸入通道觸點(diǎn)閉合。數(shù)字量輸入單元是集成在控制器CPU模塊上的，且數(shù)量充足，所以無需外部擴(kuò)展數(shù)字量模塊。

圖1　數(shù)字量輸入連接圖

圖2是數(shù)字量輸出（DO）連接示意圖，PLC的數(shù)字量輸出通道接通時(shí)，與之相連的中間繼電器線圈得電，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，從而控制變頻柜相應(yīng)觸點(diǎn)接通，實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵和補(bǔ)水泵的自動(dòng)或手動(dòng)啟?？刂?。

圖2　數(shù)字量輸出連接圖

（2）模擬量電路設(shè)計(jì)

圖3是模擬量輸入（AI）連接示意圖，外部的壓力、溫度等變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20電流信號(hào)，將此信號(hào)送給PLC的模擬量輸入通道，控制器CPU模塊不集成AI模塊，所以需要外部擴(kuò)展AI模塊，這里采用8通道AI模塊2085-IF8三塊，最多可采集24路模擬信號(hào)，滿足單機(jī)組供熱站使用要求。圖4為模擬量輸出連接示意圖，選用模擬量輸出模塊2085-OF2三塊。模擬量通道輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20 mA電流信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)外部電動(dòng)閥和變頻器頻率控制。

圖3　模擬量輸入連接圖

圖4　模擬量輸出連接圖

2　軟件設(shè)計(jì)

2.1模擬信號(hào)處理模塊

為簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，并提高程序的可讀性，這里采用模塊化編程的方法實(shí)現(xiàn)模擬量的采集和控制，其本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)輸入和輸出間的線性映射。將變送器輸出的信號(hào)經(jīng)過量程換算和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，最終該模塊輸出的是被測(cè)的模擬信號(hào)實(shí)際值，所生成的模擬量處理模塊如圖5所示，a1、a2即為所測(cè)的一次供水壓力和一次回水壓力。

圖5　模擬量輸入模塊指令

圖6為模擬量輸出模塊指令，其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程與AI類似，只是AO在相應(yīng)通道上輸出線性電流信號(hào)，分別控制電動(dòng)閥門的閥度，循環(huán)泵頻率和補(bǔ)水泵頻率。

圖6　模擬量輸出模塊指令

2.2數(shù)字信號(hào)處理模塊

圖7為數(shù)字量輸入指令，這里列舉了循環(huán)泵工頻運(yùn)行信號(hào)和循環(huán)泵變頻運(yùn)行信號(hào)，只要循環(huán)泵工頻運(yùn)行，則常開觸點(diǎn)xunhuangongpin得電，通過通信功能會(huì)在觸摸屏和監(jiān)控中心進(jìn)行運(yùn)行顯示。

圖7　數(shù)字信號(hào)指令

3　觸摸屏實(shí)時(shí)顯示

采用北京昆侖通態(tài)開發(fā)的TPC1062Ti觸摸屏實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?？稍诋嬅嫔巷@示一網(wǎng)二網(wǎng)工藝流程和壓力、溫度等。并實(shí)時(shí)觀測(cè)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵和增壓泵的運(yùn)行頻率。還可在此畫面進(jìn)行循環(huán)泵、補(bǔ)水泵和增壓泵的啟停控制，并能根據(jù)供熱調(diào)整電動(dòng)閥的開度。采用水位變送器實(shí)時(shí)采集水位位置，當(dāng)水位低于設(shè)定值時(shí)，不允許啟動(dòng)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵和增壓泵。觸摸屏顯示界面如圖8所示。

圖8　MCGS觸摸屏數(shù)據(jù)顯示

4　結(jié)論

以AB可編程控制器Micro2080為控制核心設(shè)計(jì)供熱監(jiān)控系統(tǒng)，形成以下結(jié)論：

（1）設(shè)計(jì)出供熱監(jiān)控系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)方案，并分別設(shè)計(jì)出模擬量信號(hào)處理電路、數(shù)字量信號(hào)處理電路和PLC模塊連接電路等；

（2）以AB Mirco2080可編程控制器實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字信號(hào)的采集、現(xiàn)場(chǎng)供熱設(shè)備的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?/p>

（3）采用MCGS觸摸屏設(shè)計(jì)出參數(shù)顯示與控制界面，采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，可視性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)便。

參考文獻(xiàn)：

［1］張沈生，孫曉兵，傅卓林.國(guó)外供暖方式現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2006（07）：131-133.

［2］Frank Mendi，Kurtrlus Boran.Fuzzy controlled central heating system［J］.International Journal of Energy Re?search，2002，26（15）：1313-1322.

［3］王毛，李樹坤.熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)向及前景分析［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（15）：135.

［4］馬琳.我國(guó)多熱源大型供熱管網(wǎng)的研究現(xiàn)狀［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010（S2）：131-134.

［5］王建平.淺談多熱源供熱對(duì)城市集中供熱的重要意義［J］.城市建設(shè)理論研究，2012（14）：168-169.

［6］代愛妮，楊治偉.基于PLC的城市集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2012，28（9）：85-87.

［7］陳廣慶，劉廷瑞，楊興華.基于MCGS組態(tài)軟件的液位串級(jí)控制系統(tǒng)［J］.煤礦機(jī)械，2007（9）：92-94.

(編輯：向飛)

Monitor and Control System of Heat Exchange Station Based on PLC

NAN Nan，LIANG Hai-xia，MENG Fan-wen
（Ji'ning Polytechnic，Ji'ning272037，China）

Abstract:Monitor and control system of heat exchange station is designed to realize data obtaining and auto-control of the station.Rockwell Programmable Logic Controller and extended modules are used to assemble，and the relevant circuits are designed，including PLC modules circuit，power circuit，analogue signals processing circuit，digital signals processing circuit，sensors circuit and frequency converter circuit.PLC program is designed to realize the obtaining of digital and analogue signals.Frequency converter and electric valve are also controlled by the program.The communication between MCGS screen and PLC is implemented to achieve the display of the station parameters，such as temperature，pressure，liquid flow，converter frequency，etc.

Key words:heat exchange station；monitor and control system；Programmable Logic Controller；touching screen

作者簡(jiǎn)介：第一南楠，女，1979年生，山東濟(jì)寧人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：機(jī)械制造及其自動(dòng)化、自動(dòng)控制。已發(fā)表論文6篇。

收稿日期：2015－01－14

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2015.07.012

文章編號(hào)：1009－9492 (2015 ) 07－0039－03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP277