孟亞男 姜鳳樹 趙文斌

(1.吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.吉林吉化建修有限公司，吉林 吉林 132021)

1 智能換熱機(jī)組的工藝流程

一次網(wǎng)重要換熱機(jī)組和二次網(wǎng)構(gòu)成了換熱站，是供熱過程中的熱交換系統(tǒng)，一次網(wǎng)中設(shè)有調(diào)節(jié)閥，用來控制一次網(wǎng)供水流量。二次側(cè)出口處則安裝了溫度傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)溫并反饋到調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)流量，二次網(wǎng)供水溫度得以控制。通過循環(huán)水泵將介質(zhì)輸送到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)維持一定的運(yùn)行壓力，同時(shí)通過補(bǔ)水泵將系統(tǒng)中的水量損失進(jìn)行補(bǔ)充。為了滿足用戶需求，根據(jù)室外溫度傳感器檢測(cè)的溫度信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制二次網(wǎng)的出口溫度。

圖1 換熱機(jī)的工藝流程圖

2 智能換熱站的控制要求

要想智能換熱機(jī)組實(shí)現(xiàn)存在的價(jià)值，必須根據(jù)用戶需要供熱和平穩(wěn)、安全的運(yùn)行。按用戶需求供熱是指，當(dāng)熱用戶的需求發(fā)生變化時(shí)，二次側(cè)供水溫度根據(jù)用戶的設(shè)定值發(fā)生變化，將信號(hào)發(fā)送到cpu進(jìn)行處理，以控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。平穩(wěn)、安全的運(yùn)行是指，在滿足熱用戶的供熱需求的同時(shí)，可以提高供熱質(zhì)量，保證換熱站能夠節(jié)能、穩(wěn)定地供熱。

3 智能換熱站主要控制策略

由于管道的老化會(huì)影響水溫、管道壓力及其流量，這些因素都會(huì)影響供暖的質(zhì)量，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫、管道壓力和流量，反饋到PID控制器進(jìn)行分析，然后對(duì)一次網(wǎng)側(cè)的調(diào)節(jié)閥及二次網(wǎng)側(cè)循環(huán)泵和補(bǔ)水泵做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以滿足用戶對(duì)供暖的要求。

3.1 二次網(wǎng)供水溫度的調(diào)節(jié)

因?yàn)楫?dāng)?shù)氐臏囟葧?huì)影響供水溫度，所以需要找出供水溫度在室溫影響下隨時(shí)間的變化。同時(shí)還需要考慮到當(dāng)?shù)貧鈮汉驮O(shè)備老化的因素，通過大量實(shí)踐已得出了二次網(wǎng)的溫度的設(shè)定值，與所測(cè)得的溫度作比較，送入到PID控制器使得調(diào)節(jié)器做出相應(yīng)的調(diào)整，通過控制流量的方式達(dá)到控制溫度。

3.2 二次網(wǎng)供回水壓差控制

想要進(jìn)行二次供、回水溫度控制必須保證二次供、回水的壓力差。為了防止流量過大，通常二次供、回水溫度決定了二次供、回水的壓力差，壓差回路控制如圖2所示。

圖2 二次供、回水壓差控制回路框圖

我們必須在熱交換站的二次側(cè)安裝循環(huán)泵，以將熱水從熱交換站輸送到熱用戶。在壓力調(diào)節(jié)器的選擇上，一般采用常規(guī)PID調(diào)節(jié)，并將變頻調(diào)速的技術(shù)采用于循環(huán)泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)上，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的作用。如果沒有恒定的壓力差，則不能滿足給水和回水的流量，從而不能將熱量傳遞給用戶。為了保持二次網(wǎng)管的供水和回水之間的壓力差穩(wěn)定，將加熱需求的設(shè)定值與傳感器檢測(cè)到的二次網(wǎng)絡(luò)的供水和回水之間的壓力差信號(hào)進(jìn)行比較，得出誤差信號(hào)作為壓力調(diào)節(jié)器的輸入值，經(jīng)過PID控制器處理，運(yùn)行變頻器改變循環(huán)水泵的頻率，從而控制循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，使得壓力值與設(shè)定值相近。

3.3 二次網(wǎng)回水定壓控制

要想控制好二次供、回水溫度，需要保證二次網(wǎng)恒壓點(diǎn)壓差，由于一些不可抗力的因素，熱水管會(huì)出現(xiàn)漏水和熱水管腐蝕，導(dǎo)致管內(nèi)的水壓會(huì)隨著時(shí)間慢慢變化，所以換熱站不能平穩(wěn)的運(yùn)行，需要及時(shí)調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)。圖3為壓力控制回路。

圖3 二次供、回水壓力差控制回路

這就需要通過傳感器實(shí)時(shí)測(cè)出水壓，與用戶所需要的值進(jìn)行比較，將誤差輸入到PID控制器調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速，使得管內(nèi)水壓保持穩(wěn)定。

4 PLC 軟件設(shè)計(jì)

PLC控制軟件部分主要針對(duì)換熱站現(xiàn)場(chǎng)物理量的檢測(cè)以及控制功能的輸出，另外也包括一些系統(tǒng)自診斷功能，報(bào)警點(diǎn)的輸入和聲光報(bào)警輸出等。PLC軟件是由STEP7開發(fā)。在STEP7的程序結(jié)構(gòu)中，將程序的各組成部分稱為邏輯塊。邏輯塊分為組織塊OB、功能塊FB、數(shù)據(jù)塊DB、系統(tǒng)功能塊SFB、系統(tǒng)功能SFC、系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊SDB。PLC軟件程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。首先系統(tǒng)上電，執(zhí)行OB100啟動(dòng)組織塊。OB100主要完成系統(tǒng)參數(shù)的初始化，寫入變送量程的上下限，這里調(diào)用了功能塊FB4。OB100的程序圖4所示。

圖4 OB100的程序段

此程序段為FB4封裝的一段程序。相應(yīng)的FB4的程序如圖5所示。上文所述即為OB塊調(diào)用FB的過程。其次循環(huán)執(zhí)行OB。在本次設(shè)計(jì)中，OB1主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、報(bào)警處理、控制輸出；調(diào)用功能塊FB1，F(xiàn)B5，F(xiàn)B6。

圖5 FB4的程序

當(dāng)PLC接收來自操作信號(hào)，由手動(dòng)控制轉(zhuǎn)為PLC自動(dòng)控制時(shí)，PLC啟動(dòng)OB35。OB35為PLC自動(dòng)控制運(yùn)行功能部分，完成現(xiàn)場(chǎng)回水壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。OB35調(diào)用FB41標(biāo)準(zhǔn)PID模塊。上述程序即為PLC運(yùn)行時(shí)的基本程序。最后當(dāng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，則傳入相應(yīng)的錯(cuò)誤處理組織塊。組織模塊未載入進(jìn)入處理模塊OB85；機(jī)架故障進(jìn)入處理模塊OB86；程序錯(cuò)誤進(jìn)入處理模塊OB121；模塊I/O錯(cuò)誤進(jìn)入處理模塊OB122。這些出錯(cuò)處理模塊的程序?yàn)橐粋€(gè)空操作，以防止程序跑飛。

5 結(jié)語

通過自己所掌握的知識(shí)和所查詢到的資料，設(shè)計(jì)一款基于PLC的智能換熱機(jī)組以達(dá)到無人值守可以有效達(dá)到供熱要求，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以調(diào)節(jié)閥門控制進(jìn)出水情況，以達(dá)到預(yù)定的溫度。同時(shí)，工作人員可以通過用戶的實(shí)際要求，來調(diào)整溫度，減少了資源的浪費(fèi)，提高效率，可以更加靈活地滿足人們的需要。