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文：中達電通股份有限公司 趙成亮
【摘要】本文主要介紹換熱站監控係統的組成、功能及實現方法。
【Abstract】This article introduces the composition,function and the method of heat exchange station's monitoring system.
【關鍵詞】SA2係列PLC；B07觸摸屏；組態王；變頻器；換熱站；一次網；二次網
【Keywords】PLC;HMI;inverter;heat exchange station
換熱站是供熱係統中的重要組成部分，本文以東北某小區換熱站為例介紹了換熱站監控係統的組成、功能及實現方法。本案例采用的控製係統為台達PLC，yicijiehechumopingjinxingxianchangshujucaiji。yuanchengshangweijishiyongzutaiwangruanjianjinxingdajian，tongguohuanrezhanyukongzhishizhijiandeyitaiwangtongxunlianjie，shishijiankonggongregongkuang，binggenjuxianchangqingkuangjishitiaojiehuanrezhancanshu，tigaohuanrezhandezidonghuachengdu，jiangdiyunxingchengben，zengqiangkekaoxing。
傳chuan統tong換huan熱re站zhan大da多duo采cai用yong人ren工gong監jian控kong，一yi方fang麵mian浪lang費fei人ren力li，另ling一yi方fang麵mian在zai出chu現xian事shi故gu隱yin患huan時shi操cao作zuo人ren員yuan難nan以yi發fa現xian，易yi造zao成cheng熱re力li失shi衡heng，影ying響xiang供gong熱re效xiao果guo，還hai會hui造zao成cheng能neng源yuan的de極ji大da浪lang費fei。如ru在zai換huan熱re站zhan中zhong引yin入ruPLC、觸(chu)摸(mo)屏(ping)及(ji)上(shang)位(wei)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)等(deng)自(zi)控(kong)設(she)備(bei)，可(ke)對(dui)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)，不(bu)僅(jin)大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)，降(jiang)低(di)了(le)故(gu)障(zhang)發(fa)生(sheng)率(lv)，還(hai)使(shi)控(kong)製(zhi)過(guo)程(cheng)更(geng)加(jia)直(zhi)觀(guan)、調節和控製更加方便。
1 換熱站
換熱站自控係統按設備類型分，可分為溫度及壓力變送器、流量計電動調節閥、循環泵及補水泵；按控製回路分，則可分為一次管網流量控製回路和二次管網控製回路。
1.1 一次管網回路控製
換huan熱re站zhan的de一yi次ci管guan網wang回hui路lu控kong製zhi，主zhu要yao是shi熱re負fu荷he控kong製zhi。通tong過guo控kong製zhi調tiao節jie一yi次ci管guan網wang回hui路lu上shang的de電dian動dong調tiao節jie閥fa，來lai調tiao節jie流liu過guo換huan熱re站zhan的de一yi次ci管guan網wang熱re水shui的de流liu量liang，從cong而er實shi現xian對dui二er次ci管guan網wang出chu水shui溫wen度du的de控kong製zhi。
1.2 二次管網循環泵控製
換(huan)熱(re)站(zhan)係(xi)統(tong)二(er)次(ci)管(guan)網(wang)循(xun)環(huan)泵(beng)是(shi)通(tong)過(guo)變(bian)頻(pin)器(qi)來(lai)調(tiao)節(jie)控(kong)製(zhi)的(de)。一(yi)般(ban)循(xun)環(huan)泵(beng)采(cai)用(yong)供(gong)回(hui)水(shui)溫(wen)差(cha)結(jie)合(he)供(gong)回(hui)水(shui)壓(ya)差(cha)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)。控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)，設(she)定(ding)一(yi)個(ge)供(gong)回(hui)水(shui)壓(ya)差(cha)目(mu)標(biao)值(zhi)以(yi)滿(man)足(zu)二(er)次(ci)管(guan)網(wang)的(de)供(gong)暖(nuan)水(shui)循(xun)環(huan)。在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)，PLC係(xi)統(tong)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)供(gong)回(hui)水(shui)溫(wen)差(cha)來(lai)對(dui)循(xun)環(huan)泵(beng)進(jin)行(xing)修(xiu)正(zheng)。當(dang)二(er)次(ci)管(guan)網(wang)供(gong)回(hui)水(shui)溫(wen)差(cha)偏(pian)大(da)時(shi)，則(ze)提(ti)高(gao)循(xun)環(huan)泵(beng)轉(zhuan)速(su)，加(jia)大(da)二(er)次(ci)網(wang)的(de)流(liu)量(liang)，提(ti)高(gao)二(er)次(ci)管(guan)網(wang)的(de)回(hui)水(shui)溫(wen)度(du)，以(yi)改(gai)善(shan)供(gong)熱(re)效(xiao)果(guo)；dangerciguanwanggonghuishuiwenchaguoxiaoshi，xushidangjiangdixunhuanbengzhuansu，jianxiaoerciguanwangdeliuliang，shixianxiaoliuliangdawenchadeyunxingmoshi。zhezhongxunhuanbengdekongzhifangshikeyiqidaojieyuediannengjirenengdexiaoguo。
1.3 二次管網定壓補水控製
二(er)次(ci)管(guan)網(wang)的(de)補(bu)水(shui)控(kong)製(zhi)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)定(ding)壓(ya)控(kong)製(zhi)。當(dang)係(xi)統(tong)失(shi)水(shui)時(shi)，二(er)次(ci)管(guan)網(wang)壓(ya)力(li)下(xia)降(jiang)，係(xi)統(tong)會(hui)通(tong)過(guo)變(bian)頻(pin)器(qi)控(kong)製(zhi)補(bu)水(shui)泵(beng)以(yi)一(yi)定(ding)的(de)轉(zhuan)速(su)進(jin)行(xing)補(bu)水(shui)，補(bu)水(shui)泵(beng)的(de)轉(zhuan)速(su)根(gen)據(ju)當(dang)前(qian)壓(ya)力(li)與(yu)目(mu)標(biao)壓(ya)力(li)的(de)差(cha)值(zhi)均(jun)勻(yun)調(tiao)速(su)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)補(bu)水(shui)泵(beng)在(zai)啟(qi)動(dong)和(he)停(ting)止(zhi)時(shi)對(dui)二(er)次(ci)管(guan)網(wang)係(xi)統(tong)的(de)衝(chong)擊(ji)。
2 係統設計
該東北小區換熱站以就地控製為核心，將現場的溫度、壓力、熱量、流量、液位、閥門開度、泵的起停狀態等信號傳輸到控製器，由其進行采集和控製，再通過以太網通訊的方式，與上位機保持實時連接。
2.1 現場儀表和執行機構
換熱站儀表和執行機構清單如表1所示。
表1 儀表和執行機構清單
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序號 |
名稱 |
個數 |
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1 |
鉑電阻傳感器 |
5 |
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2 |
壓力變送器 |
4 |
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3 |
熱量表 |
1 |
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4 |
流量計 |
1 |
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5 |
液位傳感器 |
1 |
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6 |
調節閥 |
1 |
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7 |
泄壓閥 |
1 |
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8 |
補水泵變頻器 |
1 |
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9 |
循環泵變頻器 |
1 |
2.2 硬件構成
針對東北某小區換熱站現場控製需求，台達PLC及觸摸屏產品列表如表2。
表2 PLC及觸摸屏產品列表
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序號 |
名稱 |
型號 |
規格 |
數量 |
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1 |
觸摸屏 |
DOP-B07S515 |
7寸65536真彩，3串口 |
1 |
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2 |
CPU |
DVP12SA211R |
自帶8DI/4DO |
1 |
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3 |
以太網 |
DVPEN01-SL |
TCP/IP以太網模塊 |
1 |
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4 |
開關量輸入 |
DVP08SM11N |
8DI開關量輸入 |
1 |
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5 |
開關量輸出 |
DVP08SN11R |
8DO開關量輸出（繼電器） |
1 |
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6 |
模擬量輸入 |
DVP04AD-S |
4路AI，分辨率14位 |
3 |
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7 |
鉑電阻輸入 |
DVP04PT-S |
4路PT100，分辨率14位（0.1℃） |
2 |
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8 |
模擬量輸出 |
DVP04DA-S |
4路AO，12位 |
1 |
2.3 PLC可編程控製器
係統方案中主機CPU采用台達第二代PLC-DVP12SA2，該款PLC具有16k程序容量，自帶3個串行通訊口（1個RS232，2個RS485），最大擴展數字量為480點，右側可擴展8個特殊模塊（包括AD、DA、PT、TC等），並且支持左側高速擴展，可連接以太網模塊及現場總線模塊；同時，SA2提供豐富的應用指令（包括PID手自動無擾切換、氣候補償曲線等）。
其中，12SA2是控製係統的核心，在換熱站中其完成的主要功能如下：
（1） 采集溫度、壓力、流量、液位、調節閥開度及變頻器反鐀等仿真信號，並將其轉換為數字信號，送至觸摸屏及上位端；
（2） 根據二次網供水溫度和室外溫度通過調節閥調節一次網供水流量，保證采暖效果；
（3） 根據二次網回水壓力調節補水泵電機轉速，從而穩定管網壓力；
（4） 根據二次網供回水壓差控製循環泵，維持壓差穩定；
（5） 當供水壓力超過規定值時，打開泄壓電磁閥泄壓；
（6） 做相關報警功能，當水箱水位高於或低於上下限時，發出報警。
PLC部分程序如圖1所示：
圖1 PLC部分程序示意圖
PID手自動無擾切換：SA2係列PID指令支持手自動無擾切換功能，使熱網運行更加穩定。當PID指令由自動模式切換到手動模式時（PID控製方式為K8），PID自動輸出將停止運算，此時以手動輸出值為準；當控製模式由手動切回自動時，PID指令會自動將前一個輸出值接續控製下去（不重新做累積積分）。PID手自動無擾切換部分程序如圖2：
圖2 PID手自動無擾切換程序
氣候補償曲線功能：在zai熱re網wang行xing業ye中zhong，如ru能neng讓rang控kong製zhi溫wen度du根gen據ju室shi外wai溫wen度du進jin行xing相xiang應ying的de改gai變bian，將jiang有you利li於yu供gong熱re量liang的de調tiao節jie，從cong而er實shi現xian節jie能neng。台tai達da公gong司si根gen據ju熱re網wang行xing業ye而er專zhuan門men開kai發fa的de氣qi候hou補bu償chang曲qu線xianDTM指令滿足了上述需求。編程者在設置完室外溫度與控製溫度數組（最多50組）後，DTM指令會根據室外實際溫度值自動調整控製溫度值。
圖3為氣候補償曲線示意圖。其中，橫軸為室外溫度，縱軸為控製溫度。
圖4為東北某小區PLC氣候補償曲線程序。
圖3 氣候補償曲線示意圖
圖4 氣候補償曲線程序
2.4 HMI觸摸屏
係統采用台達DOP-B07S515具有65536色TFT顯示，支持三組串（RS232/RS485/RS422）。具有強大的通訊功能，同時開孔尺寸與5寸屏相同，在有限的空間內提供了最大的顯示區域。
B07S515觸摸屏與PLC通過台達Q-LINK協議相連，通訊速率比常規通訊快百分之三十。通過配置觸摸屏數據，可以改變PID設定值及參數，監控調節閥、循環泵和補水泵變頻器運行工況，顯示現場溫度、壓力、流量、液ye位wei等deng信xin號hao，內nei設she報bao警jing極ji限xian值zhi及ji報bao警jing記ji錄lu畫hua麵mian，同tong時shi可ke將jiang當dang前qian和he曆li史shi數shu據ju以yi報bao表biao或huo曲qu線xian的de方fang式shi在zai屏ping上shang顯xian示shi出chu來lai，方fang便bian調tiao節jie和he控kong製zhi整zheng個ge工gong作zuo過guo程cheng。
B07S515觸摸屏通過RS485方式還與昌輝熱表通訊，可以將熱網的瞬時熱量、累積流量和累積熱量實時顯示出來。圖5及圖6為觸摸屏部分程序畫麵示意圖。
圖5 換熱站工藝畫麵
圖6 參數設定畫麵
2.5 上位機與PLC通訊
係統上位機采用組態王係統（6.53版本），組態王是一個開放的工業監控軟件，組態王通過EN01網絡模塊與SA2主機相連，實時記錄並控製換熱站現場數據。
組態王設置按如下步驟：
(1) 在組態王工程項目裏，選擇“設備”，新建一個“設備配置向導”，在“PLC”的選項中，選擇莫迪康ModbusTCP下的“TCP”，如圖7所示。
(2) 按照配置向導向下進行，隨意選擇一個COM口號（隻要不與計算機衝突即可），如圖8所示。
(3) 向下進行，輸入設備地址，組態王關於Modbus TCP連接方式的地址格式為IP[:Port] Address（IP:設備IP地址，Port:設備地址端口，默認為502，Address:設備地址），該係統中實際地址設置為192.168.1.5：502 01，如圖8；
(4) 向下繼續進行，直到完成即可；
(5) 組態王為標準Modbus協議，隻需將SA2係列PLC的Modbus地址與其相加便可進行變量控製。
圖7 設備選擇示意圖
圖8 地址設置示意圖
此外，EN01-SL設置，則通過DCISoft軟件配置EN01-SL網絡模塊，隻需將IP地址設為192.168.1.5，啟運Modbus TCP功能，便可使SA2係列PLC與上位機正常通訊。
2.6 變頻器
現場使用ABB公司的ACS510係列變頻器兩台，帶動循環水泵與補水泵變頻運行，實現節能調速。
15kW變頻器帶動兩台循環泵運行（一用一備），3kW變頻器帶動一台補水泵。
2.7 其他
該係統控製方案擴展性強，同時可連接GPRS無線模塊，還可通過串行通訊或現場總線方式連接分布式IO，滿足客戶各種擴容需求。
3 結束語
基於台達PLChechumopingweikongzhihexindedongbeimouxiaoquhuanrezhanxitongtouyunsangeyueyunxingwending，jienengxiaoguomingxian，fangbianlexianchangrenyuandejiankongyutiaoshi，zaikehuchuqudelelianghaofanxiang。suizheguojiaduihuanbaoyuelaiyuezhongshihenengyuandekuifa，jiyuPLC為核心的集中供熱係統在北方發展潛力巨大，希望本文能對我司自動化產品在熱網行業的推廣起到一定積極的意義。
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