小區(qū)熱力站的控制系統(tǒng)設(shè)計芻議

李愛麗

(新疆兵團高級技工學(xué)校，新疆 烏魯木齊 830074）

在熱力站的底層設(shè)備中，由于一次側(cè)有熱源本身的壓力差能使其循環(huán)流動，這樣一來就無需加動力裝置，只需要控制調(diào)節(jié)閥的開度即可以調(diào)節(jié)其流量；與一次側(cè)不同，二次側(cè)需要增加循環(huán)泵來提供低溫水流動的壓力，由于實際供水壓力的波動很大，為了保證供水壓力的同時減少電能的消耗，所以這里使用兩臺變頻器來調(diào)節(jié)二次側(cè)的循環(huán)泵工作狀態(tài)；另外，根據(jù)小區(qū)供熱系統(tǒng)的經(jīng)驗，二次側(cè)管網(wǎng)中的低溫水極有可能在小區(qū)用戶中損失，所以需要增加補水泵對二次側(cè)管網(wǎng)進行補水。

一、熱力站控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能

熱力站的控制系統(tǒng)是整個小區(qū)集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，負責(zé)供熱系統(tǒng)全部管網(wǎng)的工作狀況，并將換熱裝置的所有信號和報警信息發(fā)送至監(jiān)控中心，同時接收監(jiān)控中心的參數(shù)設(shè)定值數(shù)據(jù)，及時改變小區(qū)的供熱狀態(tài)。

熱力站的控制器選擇了西門子S7-200 PLC，其中CPU型號為226 CN，該CPU具有24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點，可擴展7個模塊，最大具有35路模擬量I/O或248路數(shù)字量I/O，具有PID控制器，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，有MPI通訊協(xié)議、PPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力；本小區(qū)控制系統(tǒng)根據(jù)統(tǒng)計的模擬量I/O點數(shù)與數(shù)字量I/O點數(shù)，擴展的模塊包括3個EM235 CN（4路模擬量輸入/1路模擬量輸出）、2個EM232（2路模擬量輸出）；由于熱力站與控制中心之間選擇了無線通信的方式，所以另外還有GPRS通信模塊SINAUT MD720-3和與之配套的天線。

整個控制部分的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，其中CPU 226 CN的功能是在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上掃描控制程序并輸出控制信號，同時與本地計算機和無線通信模塊進行連接（Port1口連接本地計算機，實現(xiàn)管理人員的集中監(jiān)控，而Port0口連接GPRS無線模塊MD720-3，實現(xiàn)與中心控制室的信息傳遞）；5個擴展模塊通過排線與CPU模塊相連，主要功能是采集底層設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和發(fā)出程序的處理結(jié)果即控制信號。

底層設(shè)備可以分為傳感器和執(zhí)行器，傳感器包括室外溫度傳感器、管道溫度傳感器、壓力傳感器、流量計等，其信號形式均為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號；執(zhí)行器包括循環(huán)泵、補水泵、電動調(diào)節(jié)閥等。這里需要說明的是，為了達到閉環(huán)調(diào)節(jié)壓力的要求，循環(huán)泵與補水泵的工作狀態(tài)是通過西門子的MM440變頻器調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)的方式為模擬量信號（0-10V）控制。

二、編程軟件及程序結(jié)構(gòu)的組成

1、編程軟件的介紹

在文中，我們使用S7-200 PLC的編程軟件STEP7--Micro/WIN，該軟件是西門子公司專為S7-200系列PLC研制開發(fā)的，借助于Windows的應(yīng)用軟件，其功能之強大，既能應(yīng)客戶需求開發(fā)控制程序并使用，又能在線實時監(jiān)控客戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，是S7-200 PLC客戶十分重要的開發(fā)工具。

2、S7-200的編程結(jié)構(gòu)

S7-200 PLC的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。

三、可編程控制器中的PID指令使用1、PID 算法

PID（Proportional+Integral+Derivative的簡稱）是一種控制算法，在工業(yè)控制的很多方面（包括流量、溫度等慢變化過程或者位置、速度等快變化過程中）都能得到比較好的控制效果。

PID控制算法一般由比例項+積分項+微分項組成，但在實際編程時可靈活使用，根據(jù)系統(tǒng)的具體要求我們可以只選擇比例項，或者選擇比例+積分項，或者選擇比例+積分+微分項，積分項的作用是消除系統(tǒng)靜差，微分項可以改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，微分項有緩和輸出值劇烈變化的效果。

使用S7-200 PLC中的PID指令，首先要先選定采樣周期T、比例增益Kp、積分增益Ki和微分增益KD等控制參數(shù)。在這些控制參數(shù)中，比較容易獲取的參數(shù)是采樣周期時間和比例增益，相對較難獲取的參數(shù)是積分增益和微分增益，這些參數(shù)往往要在調(diào)試中得到。一般我們使用經(jīng)驗法和公式法來得到這些參數(shù)，即便是這樣，為了能得到最好的控制效果，我們還是需要在應(yīng)用中進行驗證和完善。

2、PLC中的PID指令

PID運算指令是根據(jù)表格（TBL）中的輸入和設(shè)置信息對LOOP指定的回路執(zhí)行PID環(huán)路計算的指令。由于需要進行PID閉環(huán)控制的應(yīng)用比較多，所以S7-200中同時可設(shè)置8個PID控制回路，用戶只需輸入和配置回路的參數(shù)信息，就可以立刻完成PID運算的任務(wù)。

當(dāng)EN端口執(zhí)行條件存在時候，就可進行PID運算。指令的兩個操作數(shù)TBL和LOOP，TBL是回路表的起始地址，一個PID回路占用32個字節(jié)，LOOP是回路號，可以是0～7，但不可以重復(fù)使用。

一個PID環(huán)路有兩個輸入變量、定點和進程變量。定點通常為固定數(shù)值，例如管網(wǎng)流動水的溫度設(shè)置；進程變量是與環(huán)路輸出相關(guān)的數(shù)值，因此可測量環(huán)路輸出對受控系統(tǒng)的影響。

[1]張宇晨.集中供熱熱水管網(wǎng)水力計算與運行調(diào)節(jié)[D].山東建筑大學(xué)，2008.

[2]SIMATIC S7-200 PLC手冊[M].西門子公司，2003.

[3]廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2007:88-89，161-17.

[4]鄒伯敏.自動控制理論[M].機械工業(yè)出版社，2007，260-275.