换热机自控方案
摘要：本文介绍了基于腾控T-910型号PLC在换热机组自动控制系统中的应用方案，设计了供热站自动控制方法。分析了控制系统的组成结构、工作过程和PLC梯形图控制流程及触摸屏人机界面设计。该系统性、能可靠、操作方便、自动化程度高、有较高应用价值。
关键词：PLC 换热机组 供热
1 系统简介
为改善生产环境，某供热公司投资建成一无人换热站。该换热站主要由一台汽水换热器组成的换热系统，两台台循环水泵组成的循环水系统及两台补水泵组成的补水系统来构成。根据生产工艺设计要求，换热首站的自控系统采用典型的两级监控方式。上位机以标准的工业控制计算机（IPC）作为主要的人机界面，为生产管理级；下位机由可编程控制器T-910构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。
鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了使用腾控可编程控制器（PLC）T-910与变频器控制相结合的换热系统，达到了自动控制的目的，且能在最大程度上提高系统的性价比以及节能。
2 系统设计特点
本方案介绍了可编程控制器T-910在换热站自控系统中的应用，可编程控制器除了用于对现场仪表的数据采集和处理以外，还用来完成对现场的自动化设备的控制。本系统中基于软件和硬件的执行情况将在文中作进一步的详细阐述。
（1）在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数。需要通过可编程控制器对这些参数进行实时采集和处理。
（2）根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供水温度之间的对应曲线。控制器可以通过这条曲线根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽流量进行控制，已达到对二次供水温度的控制。此设计的特点在于能够通过室外温度对二次供水的温度进行控制，以达到节省能源，提高供热质量的目的。另外在控制器中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。
（3）通过采用压力传感器、控制器以及变频器来实现对二次供水压力的控制，由于可编程控制器的灵活性，可以实现变频器的低频限制，以避免变频器、水泵长时间在低频运行，从而保护电机及变频器。当一台补水泵无法通过变频补水达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行补水。最终实现更加智能化的恒压补水控制。
3 系统选型
为了满足上面提到的换热首站自控系统的设计要求，我们选用北京腾控科技有限公司的可编程控制器T-910为数据采集和过程控制，来实现换热首站自控系统的各项功能。
T-910可编程逻辑控制器是我公司T-900系列PLC其中一款产品，使用最大频率72MHz的ARM工业级CPU，外扩32M SDRAM和4M FLASH，嵌入式操作系统，1M用户程序存储区和100K用户数据存储区。编程软件使用KW MULTIPROG，通过以太网下载程序，另有3路RS232/485接口。T-910集成12路DI、8路DO、8路AI、2路AO、2路高速脉冲计数、24VDC VOUT于一体。单台模块即可灵活应用于各种小型工业自动控制场合。
3.1 可编程控制器T-910

可编程控制器T-910规格表
型 号 T-910
用户程序存储器 1M BYTE
用户数据存储器 100K BYTE
数字量输入 第一组：8路，光耦隔离，24DC
第二组：2/4（2路高速计数可配置为DI），12VDC
数字量输出 8路，光耦隔离，
模拟量输入 8路，分辨率16位，
模拟量输出 2路，分辨率12位
以太网接口 RJ45接口 10M/100M
串 口 一路RS232，三路RS232/485
实时时钟 有
看门狗 有
电 源 额定电压220VAC，额定电流40mA/220VAC(DO，AO，24VOUT均满载时)
工作温度 -40ºC至85 ºC
板子尺寸 169x134x63mm
3.2 系统结构及原理
3.1.1 系统原理及框图
对调节系统确保进汽和供水的温度、压力准确稳定，使换热温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。具体调节控制单元如下：
①换热器二次供水温度调节控制回路：主要功能是通过T-910控制换热器一次蒸汽管网入口蒸汽调节阀实现换热器二次侧热水出口温度的自动控制。
②换热器冷凝水水位调节控制回路：主要功能是通过T-910控制换热器冷凝水排水调节阀实现换热器冷凝水水位的自动控制。
③补水流量调节控制回路：主要功能是通过T-910控制补水流量调节阀实现二次回水压力的定压自动控制。
④二次供水压力调节控制回路：主要功能是通过T-910控制循环水泵变频器转速实现二次供水压力的定压自动控制。
控制特性
变频器最小转速为额定转速的20%(10Hz)。
控制偏差为±0.625%(±0.01MPa)
待系统运行稳定后将补水泵调节回路设为自动控制。
⑤二次回水压力自动控制回路：主要功能是通过T-910控制疏水水泵变频器转速实现二次回水压力自动定压控制。
控制特性:
当二次回水压力低于0.46MPa时自动启动变频器对系统进行补水,当压力达到额定值时变频器稳定在某转速恒定运行,系统稳定后可手动停止变频器运行。
为避免变频器在达到额定压力时出现转速波动的情况,控制死区宽度设置为1.6×±0.625%=±0.01MPa,即当测量压力与设定压力出现±0.01MPa误差时,变频器转速恒定不变。
变频器最小转速为额定转速的20%(10Hz)。
待系统运行稳定后将补水泵调节回路设为自动控制。

换热机组自控系统结构图
3.2.2 T-910接线简要说明
在该设计方案中，我们使用可编程控制器的AI0、AI1、AI2、AI3这四路模拟量输入来分别采集一次侧回路的水压、流量、温度和水位，AI4到AI7来分别采集二次侧回路的水压、流量和温度。采用可编程控制器的模拟量输出AQ1来接变频器。采用可编程控制的开关量输出来控制各个阀门的开阖状态，目前有换热器有三个调节阀 ：一次蒸汽管网入口蒸汽调节阀、换热器冷凝水排水调节阀、控制补水流量调节阀。这三个调节阀都可以通过可编程控制器T-910的开关量输出来控制开阖状态，以达到调节阀门的控制目的（具体接线方式请参照以下T-910接线图）。
（1）数字量输入接线

（2）数字量输出接线

（3）模拟量输入接线

（4）模拟量输出接线

因此，在本设计方案中，参照3.1中T-910的参数说明我们可以看到，可编程控制器T-910完全满足该系统的要求，可以使该系统具有高性价比和高效能的运作。
总之，采用该型号PLC控制的换热系统能够保证该小区的足量供热，同时很大程度上降低了维修的劳动强度和延长了设备的使用寿命，实现了真正的自动控制，节能效果显著。因此，从节能和改善供热条件上有着重大的使用价值。
4 软件组态过程与效果

工控组态软件是一个集成的人机界面和监控管理软件系统，它真实的将工厂控制软件集成到自动化过程中。人机界面系统作为基础自动化系统重要组成部分，用于控制系统的各种数据的设定、显示、故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。通过自动化控制系统接收过程控制器和操作人员通过HMI输入的数据进行处理，处理后再将过程数据信息、机组状态信息和各种测量值以符号、数值、曲线、图表及历史记录的形式在HMI画面上显示。最终实现了在HMI操作站（上位机）上以最少的设备数量提供最大可能的信息，帮助操作人员和设备维护人员快速准确的了解系统当前状态及其相关信息的设计目标。