孫永民

（哈爾濱市華能集中供熱有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

目前國內集中供熱系統(tǒng)來看，大多數(shù)供暖系統(tǒng)無自動控制，多為人工調節(jié)。這種調節(jié)方式增加了勞動強度，調節(jié)不及時，供熱質量差，熱量浪費大。為了避免不必要的熱量浪費，實現(xiàn)供熱供熱系統(tǒng)安全經濟運行，實現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)的最佳控制。采用了PLC 自控系統(tǒng)，電機控制采用變頻器控制系統(tǒng)，達到最大程度的節(jié)能。

1 集中供熱系統(tǒng)實行變頻器與PLC的必要性

實行集中供熱是合理利用能源、提高能源利用率、減少環(huán)境污染、促進生產、改善人民生活、加速城市現(xiàn)代化建設的有效措施和重要途徑。集中供熱已成為我國北方冬季供熱的一種主要形式，并且在別的地區(qū)也得到了越來越廣泛的應用。但與一些工業(yè)發(fā)達的國家相比，整個供熱系統(tǒng)的熱能利用效率、設備的品種和質量、運行管理和自控水平等方面，仍存在不少差距。由于循環(huán)泵或補水泵在供熱系統(tǒng)中承擔著補充失水和對系統(tǒng)進行定壓的任務，系統(tǒng)具有肩動頻繁的特點。因此，對電網形成巨大的沖擊，從而容易造成管路止回閥的損失，而且還容易造成保護裝置的誤動作，影響其它設備的正常運行。而變頻調速控制水泵的電機從零速以無級變速向使用轉速過渡，運行較平穩(wěn)，對電網不會造成沖擊，因此，延長了電機的使用壽命。同時，由于電動機的運行噪聲與其轉速有關，即轉速越高，噪聲越大。使用變頻調速裝置使轉速和噪聲明顯降低，改善了工作環(huán)境。目前，在集中供熱系統(tǒng)中，為了保持經濟運行，同時保證供熱質量，變頻器結合PLC 控制系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)中，對于節(jié)能及系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在著必要的重要性。

2 變頻器結合PLC 控制系統(tǒng)設計

供熱工程控制系統(tǒng)由西門子300PLC、變頻器、變頻調速電動機、壓力傳感器、溫度傳感器以及流量計等組成。

2.1 變頻器控制原理

變頻器首先將三相交流電壓整流為直流電壓，然后再將直流電壓轉換成幅值和頻率均可變的交流電壓。因此，電動機輸入的電壓和頻率均可變，從而使三相標準交流電動機實現(xiàn)無級變速功能。

整流器：三相橋式整流器將交流電壓整流為直流電壓。中間電路：使中問電路電壓保持平滑，降低反饋到主電源的諧波電流。逆變器：將直流電壓轉換成幅值和頻率均可變的交流電壓?？刂瓶ǎ嚎刂瓶ㄉ嫌锌刂颇孀兤鳟a生脈沖序列的微處理器，通過它可以將直流電壓轉換成幅值和頻率均可變的交流電壓；提供控制變頻器的各種控制信號；監(jiān)視變頻器的工作狀態(tài)，提供保護功能。

2.2 模塊結構型PLC

所謂模塊，就是按照功能將電路進行分類，通常是每一種功能制成一塊電路板，稱為模板或板卡，每塊模板置于工程塑料外殼內，成為獨立的單元，如CPU 單元、輸人單元、輸出單元、特殊I／O 單元、通信單元以及供電單元等等。各單元插在帶有總線的CPU 底板上，構成CPU 機架；對于無底板的模塊結構型PLC，則是通過各個單元側面的連接器，構成CPU 機架。如果CPU 機架(或稱主機架)的I／O 點數(shù)不夠用，或者需要增加新的特殊單元，可以增加擴展I／O 機架，擴展 I／O 機架由供電單元、I／O 接口單元(僅無底版型需要)、擴展 I／O 底版(僅有底板型需要)、I／O單元以及特殊I／O 單元組成。模塊結構型PLC的特點是組態(tài)靈活、擴展方便以及維護簡單。模塊結構型PLC 如圖1 所示。

圖1

2.3 PLC 程序設計

采用西門子300PLC 作為調節(jié)閥的控制器，在一次網中，需要通過室外溫度來調節(jié)調節(jié)閥，從而控制二次供水溫度。而室外溫度是時時變化的，所以采用根據不同的溫度范圍調用不同的調節(jié)。

閥開度，從而實現(xiàn)智能控制，分為32 組開度值，即：專家控制策略。首先室外溫度采用PT100的溫度傳感器，輸出0～10v的直流電壓，傳送給西門子300的模擬量輸入模塊，經過程序設計，根據溫度的不同，調出不同調節(jié)閥開度，通過模擬量輸出模塊輸出4～20 mA的直流信號，調節(jié)閥接到不同的電流值，則對開度進行調節(jié)，從而保證了二次供水的溫度。在整個控制系統(tǒng)中，可編程邏輯控制器其實起到了數(shù)據采集的作用，將溫度變送器和壓力變送器以及電磁流量計的數(shù)值采集上來，再根據這些數(shù)值進行相應的運算，將結果傳送給相應的設備，起到智能調節(jié)作用。

2.4 變頻器對循環(huán)泵的控制設計

現(xiàn)有循環(huán)泵系統(tǒng)的流量與壓差是靠閥門和旁通壓差閥調節(jié)來完成，因此，不可避免地存在較大載流損失。為了解決這個問題，需使水泵隨著負載的變化而調節(jié)水流量并關閉旁通，又因為水泵采用的是自藕減壓或星一三角起動方式，電機的起動電流為額定電流3～4 倍，一臺30KW的電動機其啟動電流將達到200A 左右，在如此大的電流沖擊下，接觸器的使用壽命將大大下降，同時啟動時的機械沖擊和停泵時的水錘現(xiàn)象，容易對機械散件(如軸承，閥門與管道)等造成破壞，從而增加了維修工作量及配件費用，費時費力。變頻節(jié)能技術和PID 控制電路的應用普及，使循環(huán)泵實現(xiàn)軟啟動及自動"啟動、停止、輪換、變量調節(jié)、自動故障中文顯示及予測"等功能，改變原來由人工控制的模式，大大提高設備的自動化程度和大大地減少了電機的啟動電流，使循環(huán)水泵最大限度地提高節(jié)能效果。

2.5 變頻器控制分析

由于30KW的水泵功率較小，因此采用一拖二控制方式，自動時根據回水溫度的變化，實現(xiàn)泵的自動投切，投切順序為：先投先切。若一臺泵能持續(xù)滿足實際的工況要求，變頻器自動計時，實現(xiàn)定時倒泵，保證各水泵的機械磨損一樣，延長泵的使用壽命。自動變頻時，變頻器根據冷卻水回水控制冷卻水循環(huán)泵，實現(xiàn)恒流量運行并保證最低流量，節(jié)約此前因超壓流經節(jié)流閥的水泵耗能。

3 結束語

變頻器結合PLC 系統(tǒng)這一項自動化技術的采用，大大降低了能耗。這項自動控制技術的采用利于提高企業(yè)科學管理水平，有利于供熱系統(tǒng)的安全經濟穩(wěn)定運行，有利于企業(yè)挖潛改造，提簡經濟效益，存利于改變環(huán)境節(jié)省勞動力，這項技術對推動經濟的發(fā)展起到了積極的作用。

[1]任鋼鋒，李娟.PLC 技術在帶式輸送機自動控制系統(tǒng)中的應用 [J].昆明冶金高等專科學校學報，2009.

[2]石宏偉.集中供熱系統(tǒng)的自控.煤氣與熱力2001(2).

[3]吳亞青.楊克武.高國平通過變頻技術改變流量運行模式的節(jié)能實踐 .區(qū)域供熱.2006(5).

[4]葉樹人.邢城集中供熱供冷系統(tǒng)發(fā)展的探討.煤氣與熱力.2001(3).