薛鳳山 隋麗梅

摘 要：針對(duì)辦公樓建筑間歇供熱特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套基于PLC和觸摸屏的供熱控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)進(jìn)換熱器蒸汽流量控制實(shí)現(xiàn)對(duì)辦公樓溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)觸摸屏內(nèi)置定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)供熱時(shí)間的自由管理。

關(guān)鍵詞：供熱；PLC；觸摸屏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.114

辦公樓建筑的供熱特點(diǎn)為時(shí)間上具有間歇性，表現(xiàn)為白天工作時(shí)間需要供熱，夜晚、節(jié)假日等非工作時(shí)間不需供熱。傳統(tǒng)的辦公樓供熱方式為全天候供熱，非工作時(shí)間段的供熱造成資源浪費(fèi)，增加成本，不符合環(huán)保、節(jié)能要求。為減少資料浪費(fèi)，降低供熱成本，設(shè)計(jì)一套基于PLC和觸摸屏的供熱控制系統(tǒng)，PLC選用西門子200系列CPU222CN產(chǎn)控制器，觸摸屏選用威綸通TK6100產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)供熱的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)和供熱時(shí)間的自由設(shè)定。

1 控制流程及設(shè)備概述

該套辦公樓供熱系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)換熱站和控制系統(tǒng)兩部分。換熱站基本工作流程是，供熱管道送來(lái)的蒸汽在換熱器內(nèi)對(duì)補(bǔ)水泵送來(lái)的循環(huán)水加熱，兩臺(tái)供熱循環(huán)泵將熱水送至辦公樓供熱管道，進(jìn)入供熱空調(diào)系統(tǒng)。在進(jìn)換熱站前的蒸汽管道上設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)供熱系統(tǒng)回水溫度控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制。供熱系統(tǒng)設(shè)有一臺(tái)補(bǔ)水泵，可以手動(dòng)控制泵的啟停，給供熱系統(tǒng)補(bǔ)水。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件配置首先要確定PLC模塊類型和數(shù)量，根據(jù)該供熱系統(tǒng)的控制要求和設(shè)備類型數(shù)量，統(tǒng)計(jì)需要的I/O點(diǎn)數(shù)量如下：

（1）模擬量輸入（AI）信號(hào)，熱電阻溫度傳感器的電阻信號(hào)經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)直接接入AI模塊，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位反饋信號(hào)2個(gè)，共計(jì)3個(gè)。

（2）模擬量輸出（AO）點(diǎn)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制輸出2個(gè)，共計(jì)2個(gè)。

（3）數(shù)字量輸入（DI）點(diǎn)，循環(huán)泵A開(kāi)狀態(tài)1個(gè)，循環(huán)泵A關(guān)狀態(tài)1個(gè)，循環(huán)泵B開(kāi)狀態(tài)1個(gè)，循環(huán)泵關(guān)狀態(tài)1個(gè)，補(bǔ)水泵開(kāi)狀態(tài)1個(gè)，補(bǔ)水泵關(guān)狀態(tài)1個(gè)，共計(jì)6個(gè)。

（4）數(shù)字量輸出（DO）點(diǎn)，循環(huán)泵啟停2個(gè)，補(bǔ)水泵啟停1個(gè)，共計(jì)3個(gè)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)量，不考慮備用及后期擴(kuò)展，選用西門子CPU222CN控制器，擴(kuò)展模塊選擇EM231 4AI一塊、EM232 2AO1塊，觸摸屏選用威綸通TK6100產(chǎn)品。PLC與觸摸屏直接采用PPI協(xié)議，進(jìn)行通信?？紤]數(shù)字量輸入信號(hào)和數(shù)字量輸出信號(hào)與循環(huán)泵和補(bǔ)水泵電氣信號(hào)相關(guān)，為防止電氣柜電壓、電流信號(hào)誤入控制系統(tǒng)損壞PLC模塊，選用24VDC中間繼電器進(jìn)行隔離。對(duì)于數(shù)字量輸入信號(hào)，電氣柜狀態(tài)信號(hào)串24VDC電壓后驅(qū)動(dòng)中間繼電器線圈，繼電器觸點(diǎn)輸出接入PLC系統(tǒng)DI通道；對(duì)于數(shù)字量輸出信號(hào)，PLC系統(tǒng)DO通道接中間繼電器線圈，繼電器輸出觸點(diǎn)接電氣柜控制回路。對(duì)熱電阻傳感器，輸出三線制電阻信號(hào)通過(guò)溫度變送器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，進(jìn)PLC系統(tǒng)AI通道。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)軟件包括PLC控制程序和觸摸屏操作界面設(shè)計(jì)兩部分。

3.1 PLC軟件設(shè)計(jì)

西門子S7-200 PLC 編程軟件為 STEP 7 MicroWIN SP9，該軟件支持STL、LAD和FBD編程語(yǔ)言，本項(xiàng)目選用LAD語(yǔ)言編程。PLC軟件設(shè)計(jì)包括參數(shù)設(shè)置和程序組態(tài)兩部分工作。

參數(shù)設(shè)置包括通訊參數(shù)設(shè)置、程序保持寄存器地址區(qū)間設(shè)置和PID中斷調(diào)用參數(shù)設(shè)置等。通訊參數(shù)包括PLC站地址、通訊波特率等內(nèi)容，觸摸屏通訊參數(shù)設(shè)置要與PLC設(shè)置保持一致。設(shè)置程序保持寄存區(qū)的目的是防止PLC斷電后控制參數(shù)丟失，掉電保持的參數(shù)包括溫度高限值、低限值，溫度設(shè)定值、PID控制比例、微分和積分參數(shù)等。PID中斷調(diào)用參數(shù)設(shè)置包括起始地址、溫度給定值范圍、輸入輸出偏移量等內(nèi)容，其中溫度給定值范圍要和溫度過(guò)程值的量程范圍一致，取值為0到200；輸入輸出偏移量設(shè)定為20%，與4-20mA電流信號(hào)相對(duì)應(yīng)。

PLC控制程序采用模塊化設(shè)計(jì)理念，根據(jù)功能劃分為不同的子程序功能，主要包括參數(shù)初始化、模擬量數(shù)據(jù)采集及工程量轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)閥的PID程序控制、循環(huán)泵控制、補(bǔ)水泵控制和報(bào)警聯(lián)鎖控制等。

3.2 觸摸屏軟件設(shè)計(jì)

觸摸屏編程選用EB8000組態(tài)軟件，該軟件圖元庫(kù)資源豐富，可建立各種直觀生動(dòng)的操作界面。

觸摸屏軟件設(shè)計(jì)主要包括：

（1）工藝流程顯示，顯示供熱系統(tǒng)蒸汽、熱水的流向，顯示調(diào)節(jié)閥、水泵實(shí)時(shí)狀態(tài)等信息；（2）設(shè)備聯(lián)鎖設(shè)定，通過(guò)聯(lián)鎖切換按鈕可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài)的切換，泵聯(lián)鎖狀態(tài)切換；（3）泵的啟?？刂?，聯(lián)鎖解除狀態(tài)下可手動(dòng)開(kāi)泵、關(guān)泵；（4）定時(shí)時(shí)間排程設(shè)定，共設(shè)置8組時(shí)間排程，完全滿足實(shí)際使用需求；（5）PID參數(shù)設(shè)置，根據(jù)實(shí)際工況摸索出符合控制要求的比例、積分、微分值；（6）用戶管理，對(duì)使用用戶實(shí)行分級(jí)管理，設(shè)定不同的權(quán)限，對(duì)定時(shí)時(shí)間的設(shè)定需要管理權(quán)限才能更改，對(duì)PID參數(shù)的修改需要工程師權(quán)限；（7）溫度參數(shù)趨勢(shì)畫面，實(shí)時(shí)顯示溫度變化趨勢(shì)，直觀形象。

4 結(jié)論

在辦公樓供熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，充分利用PLC和觸摸屏提供系統(tǒng)資源，減少了硬件開(kāi)關(guān)、按鈕的使用，降低了PLC中I/O點(diǎn)數(shù)量；利用觸摸屏內(nèi)置排程功能，實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制輸出，降低了PLC程序中編程工作量，提高程序運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)：

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