郭明華

[摘要]文章闡述了PLC的發(fā)展史及實際中各方面的使用情況，著重介紹了采用先進的自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)建立的一套可靠穩(wěn)定的換熱站自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將提高換熱站的運行管理水平，提高對全管網(wǎng)的調(diào)控能力，同時達到節(jié)能降耗的目的，使得換熱站能夠更加安全、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟地運行。

[關(guān)鍵詞]PLC；換熱站；節(jié)能降耗

[DOI]1013939/jcnkizgsc201550051

1PLC的發(fā)展史

世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成大量組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的過程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。

20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適用于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前，可保編程控制器在進行制造、石油化工、冶金、鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。

我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器，接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己可以生產(chǎn)中小型可編程控制器，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將由更廣闊的應用天地。

2PLC的應用

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及維護娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。

21開關(guān)量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

22模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，可使編程控制器用于模擬量控制。

23運動控制

PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制結(jié)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

24過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法，大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

25數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。

26通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設備間的通信。隨著計算機控制設備的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新進生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

3換熱站PLC設計及應用

我國北方地區(qū)的冬季漫長而寒冷，暖氣、地熱等供暖方式成為人民冬季室內(nèi)御寒的主要手段。對于一個供熱系統(tǒng)來講，既要根據(jù)室外溫度的變化調(diào)節(jié)二次供水溫度，又要保證終端用戶的室內(nèi)變化不超出某一范圍（18±2℃，最低不低于16℃），才能使終端用戶有一個舒適的生活、工作環(huán)境，也能最大限度地節(jié)約能源。同時為實現(xiàn)換熱站在無人值守的情況下，中控室能遠程調(diào)度換熱站的參數(shù)，保證熱網(wǎng)的熱力平衡，設計實現(xiàn)熱力站自動化控制系統(tǒng)勢在必行。

31熱力系統(tǒng)簡介

換熱站采用技術(shù)成熟、運行可靠的換熱機組作為工藝部分的主要設備。其結(jié)構(gòu)為在綜合底盤上安裝板式換熱器一臺，熱網(wǎng)循環(huán)水泵二臺（一用一備）、補水泵二臺（一用一備）、電氣控制柜一臺、調(diào)節(jié)閥一臺及配套的其他閥門和相應的連接工藝管道管件。電氣控制柜內(nèi)安裝熱網(wǎng)循環(huán)水泵、補水泵變頻器各一臺。均采用一拖二或相互切換運行方式。

水作為熱能的載體，由熱源廠經(jīng)管網(wǎng)系統(tǒng)輸送到換熱站（機組），經(jīng)換熱器通過二次管網(wǎng)將熱能帶給用戶。換熱機組自動控制的最終目的是使換熱站（（機組）供出的熱量與用戶實際需要的熱量相同（不考慮熱損失時））。

32控制過程分析

熱用戶室內(nèi)溫度是控制系統(tǒng)的目標參數(shù)，主要取決于換熱器的效率和二次網(wǎng)的綜合供熱能力。在這兩個因素不變的前提下，熱用戶室內(nèi)平均溫度取決于二次網(wǎng)的綜合供熱能力。在這兩個因素不變的前提下，熱用戶室內(nèi)平均溫度取決于二次網(wǎng)的供回水平均溫度和當時的室外溫度。我們把室外溫度范圍劃分成幾段，在不同的溫度段內(nèi)我們提供改變一次網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的開度來控制二次網(wǎng)的供水平均溫度。根據(jù)控制分級執(zhí)行的原則，該系統(tǒng)可以分成以下幾部分：

（1）熱力站就地監(jiān)控系統(tǒng)：以PLC控制器為核心，現(xiàn)場的溫度、壓力、熱量、流量、液位、閥門開度、泵的啟停狀態(tài)等信號傳輸?shù)娇刂破鳎善溥M行A/D轉(zhuǎn)換并作出判斷和處理，實現(xiàn)現(xiàn)場的就地控制。

（2）現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機構(gòu)：包括溫度、壓力、熱量、流量、液位等傳感器和變頻器、閥門執(zhí)行器等執(zhí)行機構(gòu)。

（3）通訊系統(tǒng)：以有線電話網(wǎng)（ADSL）為傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)熱網(wǎng)熱源調(diào)度中心與熱力站就地監(jiān)控系統(tǒng)的通訊。以雙絞線（以太網(wǎng)）為傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)中控室與公司辦公管理系統(tǒng)的通訊。

33方案

換熱站控制基本原理就是隨著熱用戶溫度和回水壓力的變化，自動化控制調(diào)節(jié)閥開度和循環(huán)泵、補水泵轉(zhuǎn)速，達到恒溫恒壓的控制要求，同時對系統(tǒng)進行連鎖保護。

（1）二次供水溫度的調(diào)節(jié)。根據(jù)本地的氣候條件以及供熱對象的特性，給出一條室外溫度及自然時間與二次供水溫度之間的對應曲線，按此曲線自動設定供水溫度；按照設定好的供水溫度設定值進行恒溫控制。

二次供水溫度控制回路圖其主要功能是通過二次供熱系統(tǒng)的溫度檢測、分析，算出最佳的供水溫度，通過調(diào)節(jié)一次管網(wǎng)流量，使二次供水溫度接近于它的設定值。這樣在供熱系統(tǒng)滿足用戶需求量的前提下，保證最佳工況。

（2）循環(huán)泵控制。循環(huán)泵開啟的多少和大小由回水溫度設定值與二次回水溫度的差值來決定。當二次回水溫度低于回水溫度設定值時，需要增大循環(huán)泵的開啟量；反之，則減小。回水溫度設定值是根據(jù)室外天氣來確定，當天氣冷時，回水溫度設定值應該小些，這樣可以使大量熱量充分留在用戶里。程序本身定義了回水溫度設定值與室外溫度的關(guān)系曲線，操作員可以在人機界面上直接定義回水溫度設定值。

（3）補水定壓控制。通過回水管網(wǎng)上壓變器反饋值與內(nèi)部設定值比較，使輸出到補水泵電機的頻率相應變化，而出水壓力則始終維持在設定值附近，避免了管網(wǎng)因出水壓力過大而破裂的危險。

自動控制完成對換熱機組的自動檢測、控制、順序控制、自動保護、有計劃的調(diào)控熱工參數(shù)，使熱力站機組供熱過程在給定工況下穩(wěn)定運行。

34結(jié)論

通過對該城市熱網(wǎng)自動控制系統(tǒng)的投運，熱網(wǎng)過去主要依靠人工調(diào)節(jié)的控制手段得到徹底改善，一次網(wǎng)運行得到合理控制，失調(diào)現(xiàn)象得到有效的解決，消除熱網(wǎng)中各站冷熱不均的現(xiàn)象。按需供熱節(jié)能降耗，改變不合理的小溫差大流量運行方式，既保證遠端客戶的供熱需要，又避免近端用戶的過熱現(xiàn)象，直接給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益的提高。隨著供熱事業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，有效的開展自控手段將大大增強供熱運行的管理能力。做到?jīng)Q策有依據(jù)，管理有證可查，大大提高供暖公司生產(chǎn)管理、人員管理和設備維護的水平。

4結(jié)論

今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡的各方面能力都已大幅度提高，成為工業(yè)控制領域的主要控制設備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。隨著PLC、DCS相互滲透，二者的界限日趨模糊的時候，PLC將從傳統(tǒng)的應用于離散的制造業(yè)向應用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展。

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