蓝普锋PLC应用于无人值守换热站监控系统

摘要：在供热系统中，换热站利用集中供应的热源（热水或蒸汽）作为热媒，利用循环热水管网向对应目标区域进行供热。通过不同类型传感器采集换热站内系统运行数据，将信号传递到蓝普锋PLC进行采集控制，通过触摸屏显示和设定PLC运行参数，PLC根据采集数据自动运行，以及结合智能算法实现对执行机构的控制调节，进而实现对二次网供、回水温度、压力等参数的自动控制，提高换热站运行稳定可靠性，最终实现无人值守。换热站内PLC控制系统，通过以太网、4G、串口、无线射频等通讯方式，将运行数据上传至区域热网调度中心。蓝普锋上位机组态软件通过大量数据分析，可以辅助管理员远程对区域热网进行调度和换热站运行管理，实现无人值守换热站远程监控维护。

       行业关键字：无人值守、换热站、供热、热网

       技术关键字：多个扩展、多个通讯接口、多路模拟量、环境潮湿、高温

资料提供：本文涉及方案已在用户现场实施，技术方案先进，运行稳定。欢迎联系蓝普锋深入探讨、交流。

一、行业背景

随着国民经济的不断进步和居民生活水平逐步提高，集中供热因其节能、环保等显著优势日渐成为众多小区供热发展的主要趋势。在传统供热模式下，为满足供热需求，二次换热站内设备运行参数多为人工调节。由于室外温度和供热需求的不断变化，需要频繁的进行人工调节才能保障二次供水温度满足基本需求。人工调节只能够根据经验值进行控制和参数设定，进而达到粗调节，不能很好的保证用户室内温度维持稳定，并且热网运营成本高、能效低。

随着热网建设成本和运行成本的增加，供热行业一直在探索开发能充分适应热负荷不断变化的换热站自动高效的调节运行方式，同时能够实现换热站稳定可靠运行和无人值守，达到较好的供热效果和经济运行的目的。随着自动化技术的不断发展，近几年新建及改造换热站都采用较先进的无人值守换热站自动控制技术，在换热站的管理、维护、节能、安全性等方面有了很大的提升，实现换热站自动化、智能化、信息化，成为换热站控制发展的必然趋势。

基于蓝普锋PLC的无人值守换热站监控系统，既可以实现换热站稳定可靠运行和无人值守，同时可以远程监控换热站实时工况数据，实现换热站远程维护、调度管理。蓝普锋PLC单CPU本体自带多个通讯接口，扩展模块带载能力强，特别是扩展模拟量可达200点，模拟量采集控制精度高，广泛应用于无人值守换热站自动控制系统。

二、系统介绍

换热站，又称二次换热站，是热网系统的核心环节，它将一次侧蒸汽或高温水中的热量，传递给可以直接进入用户末端的采暖热水。换热站一般是由换热器组成的换热系统，循环水泵组成的循环系统，补水泵组成的补水系统以及PLC和控制柜组成的控制系统四部分组成。区域热网调度中心负责监控管理区域热源（如锅炉房）和换热站等，通过上位机监控系统对区域内热源和换热站进行远程监控和管理。无人值守换热站在控制过程中，一般是由PLC对换热站内运行参数进行采集，如一次侧、二次侧的供回水温度、压力，以及室外温度、累计热量、瞬时流量、三相电参数等，对循环泵、补水泵等进行变频、工频控制，通过以太网、4G、串口、无线射频等将运行状态和参数上传至热网调度中心，用于调度分析。

       2.1 控制系统总体方案设计：

无人值守换热站监控系统是一个多层次的复杂控制系统，首先需要实现换热站的自动控制和无人值守，其次是将换热站的运行参数和状态上传至区域调度中心，进行统一管理和调度。

PLC必须保证换热站内系统稳定可靠运行，可以根据室外温度传感器测量的室外温度或者用户设定温度对一次侧流量进行控制，以达到对二次供水温度进行控制，提高供热质量的目的。PLC通过供水压力传感器和循环水泵变频器来实现对二次供水压力的控制，通过回水压力传感器和补水泵变频器来实现对二次回水压力的控制。

换热站的运行程序独立存在于其控制系统PLC内，能够脱离上位机监控管理软件而独立运行，其运行可以通过中央控制室上位机监控管理系统来观察并实施调整。换热站实现无人值守的同时，利用通讯方式将运行状态数据传给监控管理系统供参考，同时接受监控管理软件远程进行参数调整。

系统控制方案设计如下图1所示。

图1  区域供热控制系统图

       2.2 某无人值守换热站PLC典型配置表

       2.3 自动控制主要功能

       （1）二次网供水温度控制：PLC通过采集一次侧管网供回水压力、温度，与环境温度、一次侧供回水目标温度、压力建立数学模型，如恒温模型、动态温度模型等，采用智能PID算法控制一次侧调节阀开度，控制二次侧供水温度。

       （2）二次网供水压力控制：PLC通过采集二次侧管网供回水压力、温度，与环境温度、二次侧供回水目标温度、压力建立数学模型，如定压模型、压差模型等，采用智能PID算法控制二次侧循环泵频率和工变频切换，调节二次侧供水压力或供回水压差。

       （3）二次网回水压力控制：二次网回水压力的大小通过补水泵控制。当压力的实际值与设定值不同，PLC通过PID运算调节变频器调节补水泵的工作频率，改变二次网回水压力的实际值，使其与设定值相同。某典型换热站系统监控画面如图2所示：

图2  换热站监控界面

       （4）根据本地的气候条件以及供热对象的特征，设定多条室外温度与二次供水温度之间的对应曲线。PLC可以依据该条曲线，根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供水流量进行控制，进行室外温度补偿控制，以达到对二次供水温度进行控制、节省能源、提高供热质量的目的。某典型换热站现场曲线设定，如图3所示：

图3  曲线设定界面

       （5）在系统中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。自控系统通过加入时间日程表的控制，实现一天当中不同时刻对应不同的温度。

       （6）PLC通过多路通讯接口，采集现场智能仪表数据，如三项多功能电表、热表、水表等，自动计量每个换热站的补水量、用电量，以及系统的产热量，用于评估系统的效率；了解系统的损耗、运行成本等数据。上位机系统统计运行能耗，并通过曲线、报表等，辅助管理者进行节能调度。

       （7）PLC控制系统通过GPRS DTU进行数据远传，通过公网，能将现场运行状态、数据、智能仪表数据通过GPRS上传至集中管理中心进行运维管理调度。平台采用先进的信息化、自动化、物联网等技术实现能源消耗的可视化、可量化和智能化分析；实现对各个热力站内各类用能的分项、分区、分户及关键设备的数据采集、监测，能耗诊断、设备能效分析、指标管理等功能，通过平台提供的数据开展精细化的能耗管控，优化设备运行，降低能耗。

       （8）辅助保护功能：当系统压力低于设定下限值时，循环水泵自动停止，以避免循环泵空载运行；当循环泵停止运行时，一次侧热媒温控阀自动关闭。系统将对运行状态超限、设备运行故障和欠压漏水等故障进声光报警。

       （9）其他控制策略：如泄压阀控制，根据系统回水压力控制。当回水压力大于设定回水压力泄压上限值时，打开电磁泄压阀对循环水系统进行泄压，当系统回水压力低于设定回水压力泄压下限值时，关闭电磁阀。

基于蓝普锋PLC的无人值守换热站监控系统使用简单方便，大量应用于换热站现场，能够在环境潮湿、密闭高温的换热站现场长时间稳定可靠运行。

三、PLC典型应用现场

   （1）北京热力

   （2）天津热力

   （3）长春热力

四、现场图片

图4  某现场PLC控制柜内图