换热站中PLC控制结合变频器的应用

　　摘要：大连大发供热公司作为大连市第二大供热企业，现有集中供热面积1700万m2，由2个热源单位供热，分别是发电公司、泰山热电公司，另有四座事故备用锅炉房，共有2个中继泵站、270余个换热站，承担着大连市约15万户的供暖。集中供热由二个热源分别供给，二个热源的主干管已联成环状，主干管之间设隔离门，运行方式目前为双热源独立运行。该项目从2012年6月开始实施，现以对80余个换热站进行改造，原有换热站在循环泵及补水泵系统增加了变频器，并增加流量、温度、压力传感器，以西门子公司生产的PLC（可编程控制器）作为主控设备。
　　
　　1、工作原理
　　
　　1.1变频器工作原理
　　
　　主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
　　
　　1.2PLC工作原理
　　
　　PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
　　
　　PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式：⑴每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新；⑵输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入；⑶一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新；⑷元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。⑸扫描周期的长短由三条决定：①CPU执行指令的速度；②指本身占有的时间；③指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。⑹由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
　　
　　2、配置组成
　　
　　2.1系统组成
　　
　　该系统由可编程控制器（PLC）、输出继电器以及触摸屏监控画面组成。
　　
　　2.2硬件组成
　　
　　以西门子公司生产的可编程控制器（PLC）为主控设备，本系统硬件型号如下：
　　
　　电源模块：6ES7307-1EA01-0AA0
　　
　　CPU模块：6ES7314-1AG14-0AB0
　　
　　以太网通讯模块：6GK7343-1CX10-0XE0
　　
　　开关量输入：6ES7321-1BH02-4AA1
　　
　　开关量输出：6ES7322-1BH01-4AA1
　　
　　模拟量输入：6ES7331-1KF02-4AB1（8通道）
　　
　　模拟量输出：6ES7332-5HF00-4AB1（8通道）
　　
　　输出继电器：欧姆龙DC24V
　　
　　2.3软件组成
　　
　　系统的软件是由编程软件STEP7，组态软件wincccomfort。本系统触摸屏画面是用西门子公司的wincccomfort画成，系统主要由以下画面组成：主画面、一次网参数总览、二次网参数总览、循环泵补水泵操作、调节阀控制、系统画面、清零操作、巡检记录、内部参数。
　　
　　3、功能介绍
　　
　　3.1变频器功能
　　
　　传统的换热站内二次网循环泵都是以孔板或者阀门调节来控制泵出口流量及压力，对设备损耗、电能的浪费以及人力要求很高。对外部流量的调节造成很大的困扰。
　　
　　变频器的使用可以选择根据外部要求进行简易调节，通过设置频率达到控制循环泵的转速，进而达到控制泵出口流量及频率或者通过压差控制方式控制泵的出力，达到节能（节电）的效果。
　　
　　传统的换热站内二次网补水泵的控制方式都是以压力指针判断泵的启停，频繁的操作造成设备的损耗及人力的浪费。变频器对补水泵的使用是以恒压控制方式控制，当补水压力即循环泵入口压力低时进行补水，恢复需要压力时停泵。以大连大发供热公司一年的采暖期为比较，使用变频前与使用后作为比较，节约电能20%—40%。
　　
　　3.2PLC功能
　　
　　PLC系统主要针对换热站相关设备进行设备控制，数据采集控制，及监视等。换热站系统控制设备一般有：循环泵、补水泵，以及调节流量的调节阀等。显示温度、压力、流量等各种参数。
　　
　　远程控制循环泵以及补水泵的启停、手动控制调节阀的开度、自动定压补水、调节阀自动定温调节开度、循环泵自动定温调节频率、考察看站人员的工作情况。PLC的选用可以实现工艺控制的自动化，由CPU、输入/输出模块接收测量信号（如温度，压力，流量等转化来的电信号）、远程扫描模块、中间继电器、光电转换模块等组成，通过软件编程（梯形图或语言命令），利用网络（以太网或局域网等）实现对执行元件（如阀门的开闭，马达的启停，调速等）的控制来达到供热平衡的目的。
　　
　　4、结束语
　　
　　变频器结合PLC在换热站的应用，在集中供热行业已经形成一种趋势，并且日趋完善。这种自动控制系统的应用，在节约电能、降低运行成本的同时，依靠其简易、稳定的运行已经慢慢为广大供热企业所接受。