基于可编程控制器的热交换站监控系统.pdf

DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 1 2 基于可编程控制器的热交换站监控系统 南楠 ，梁海霞 ，孟凡 文 济宁职业技术学院， 山东济宁 2 7 2 0 3 7 摘要为了实现热力站数据的采集和供热 自 动控制 ， 设计出热力站监控系统。采用R o c k w e U 可编程控制器及外围扩展模块进行 组态，并设计出硬件连接电路 ，包括P L C 模块电路、供电电路、模拟量处理电路、数字量处理电路、传感器和变频器连接电 路。设计出P L C 控制程序，实现了热交换站模拟和数字信号采集，并对变频器和电动阀门实施控制。采用昆仑通态M C G S 摸 屏与 P L C进行数据通讯 ，实时显示热力站温度 、压力 、流量 、变频器频率等热力参数 。 关键词热交换站；监控系统；可编程控制器；触摸屏 中图分类号 T P 2 7 7 文献标 识码A 文章编 号 1 0 0 99 4 9 2f 2 0 1 5O 70 0 3 9一O 3 M o n i t o r a n d Co n t r o l S y s t e m o f He a t Ex c h a n g e S t a t i o n Ba s e d o n PLC NAN Na n． LI ANG Ha i -x i a． MENG Fa n -we n J i n i n g P o l y t e c h n i c ， J i n i n g 2 7 2 0 3 7 ，C h i n a Ab s t r ac t Mo n i t o r a n d c o n t r o l s y s t e m o f h e a t e x c h a n g e s t a t i o n i s d e s i g n e d t o r e a l i z e d a t a o b t a i n i n g a n d a u t o c o n t r o l o f t h e s t a t i o n ． Ro c kwe l l P r o g r a mma b l e Lo g i c Co n t r o l l e r a n d e x t e n d e d mo d u l e s a r e u s e d t o a s s e mb l e ， a n d t h e r e l e v a n t c i r c u i t s a r e d e s i g n e d， i n c l u d i n g PL C mo d u l e s c i r c u i t ，p o we r c i r c u i t ， a n a l o g u e s i g n a l s p r o c e s s i n g c i r c ui t ，d i g i t a l s i g n a l s p r o c e s s i n g c i r c u i t ， s e n s o r s c i r c u i t a n d f r e q u e n c y c o n v e r t e r c i r c u i t ． PLC pr o gra m i s d e s i g n e d t o r e a l i z e t h e o bt a i n i n g o f di g i t a l a n d a n a l o g u e s i g n a l s ． Fr e q u e n c y c o n v e r t e r a n d e l e c t r i c v a l v e a r e a l s o c o n t r o l l e d b y t h e p r o gr a m．Th e c o mmun i c a t i o n b e t we e n M C GS s c r e e n a n d P LC i s i mp l e me nt e d t o a c h i e v e t h e d i s p l a y o ft h e s t a t i o n p a r a me t e r s ， s u c h a st e mp e r a t u r e， p r e s s u r e， l i q u i dflo w， c o n v e rte r f r e q u e n c y， e t c ． Ke y wo r d s h e a t e x c h a n g e s t a t i o n；mo n i t o r a n d c o n t r o l s y s t e m；Pr o g r a mma b l e L o g i c Co n t r o l l e r ； t o u c h i n g s c r e e n 0 前言 在 目前城市供热系统中，采用节能新技术新 方法，在本地利用自动控制装置自由调节供水压 力和供热温度 ，并 能通过远程的方法时时监测与 控制，将是集中供热的发展趋势。国外一些发达 国家 已经使用 自动控制实现了变流量温控调节 ， 使得供热最远端也能符合供热要求 ～ 。但所采用 的控制装置成本相对较高 ，不适用我 国的 自 动供热系统 的使用要求 。我 国供热 自动控制 系 统 相 对 比较 落 后 ，很 多 热 力 站 尚未 实 现 无 人值守 自动运行 ，实现 自控 的热力站也存在 不 能 根 据 温 度 变 化 自适 应 调 整 阀 门和 变 频 参 数等 功 能p ] 。 本设计 中的总体方案如下 通过各类变送器 国家星火计划项 目 编号 2 0 1 2 G A 7 4 0 1 0 3 收稿 日期 2 0 1 50 1 1 4 实现采集现场数据，利用A B 公司中型可编程控制 器[6 1M i c r o 2 0 8 0 实现热交换站数据采集、数据处理 和数据通信，并采用国产昆仑通态触摸屏M C G S 实时显示热力 现场参 数 ，如温度 、压力 、流量 、 水箱水位等 ，并能进行循环泵 、补水泵 、增压泵 和智能阀门的 自动调整和远程控制。 1 热力站硬件设计 1 ． 1 硬件配置 依据热力子站系统规模 ，采用A B公司C P U 模块 1 块 ，此模块 带 以太 网接 口和 R S 2 3 2 ／ R S 4 8 5 接 口，并配置一定数量的 D I 、D O。本设计 中，根 据热力子站供热规模和现场参数采集量确定 A I 模 块 、A O模块 、D I 模块和 D O模块数量 ，每个热力 子站配备昆仑通态 1 0 时触摸屏一块 。 自动化 1 ． 2电路 设计 1 数字量 电路设计 图 1 为数字量输入 D I 连接示意 图 ，来 自 变频控制柜的输 出信号送 给P L C的数字量输入通 道，当该信号有效时，数字量输入通道触点闭 合 。数字量输入单元是集成在控制器 C P U模块上 的，且数量充足 ，所以无需外部扩展数字量模块。 2 0 8 0 - L C 5 0 ．．4 8 Q B B B L O C KI 图 l 数字量输入连接图 图2 是数字 量输 出 D O连接示意 图 ，P L C 的数字量输 出通道接通时 ，与之相连的中间继 电 器线 圈得 电，继 电器常开触点闭合 ，从而控制变 频柜相应触点接通 ，实现循环泵和补水泵 的 自动 或手动启停控制。 图2 数字量输出连接图 l 循环泵工 频启动信号 2 循环采变频崩 动信号 l 补水泵工频启动信号 2 补水泵变 频扁动信写 2 模拟量 电路设计 图 3 是模 拟量输入 A I 连接示意 图，外部 的压力 、温 度等变送器输 出标 准的 4 ～ 2 0电流信 号 ，将 此信号送给 P L C的模拟量输入通道 ，控制 器 C P U模块不集成A I 模块 ，所 以需要外部扩展AI 模块 ，这里采用 8 通道 A I 模块 2 0 8 5 ～ I F 8三块 ，最 多可采集2 4 路模拟信号，满足单机组供热站使用 要 求 。图4为模 拟量输 出连接示意图 ，选用模拟 量输 出模块 2 0 8 5 一 O F 2 j块 。模拟量通道输 出标 准的42 0 mA电流信号 ，从而实现外部 电动 阀和 变频器频率控制。 一 次供水压力 S X3 】 Al l 1 S X3 2 AI l 2 S X3 3 AI 1 3 一 次回水压力 S X3 4 AI 1 4 S X3 5 AI 1 5 二次供水压力s x 3 6 AI l 6 S X3 7 AI I 7 二次回水压力 S X 3 8 Al l 8 Mo d u l e NO AI 1 C Hl C H 2 C H 3 CH 4 l 2 0 8 5 I F 8 B L OC Ki 图 3 模拟量输入连接 图 2 循环泵变频频率 输 2 补水泵变频频率输出 4模拟量输出连接图 2 软件设计 2 ． 1 模拟信号处理模块 为简化程序设计 ，并提高程序 的可读性 ，这 里采用模块化编程 的方法实现模拟量的采集和控 制 ，其本质是实现输入和输 出问的线性 映射 。将 变送器输出的信号经过量程换算和数据格式转 r Ⅲ 1 _ In ] } J 4 0 } J ㈣ ～ 一 ～ 一 一 一 ～ 一 嘲 ～ 一 竺 nl ㈣ 一 一 一 ㈨ 一 一 ⋯ ～ ⋯ ～ ～ 一 ～ 咖 ～