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2020年11月 西安32套换热站PLC改造

全自动无人值守供暖系统

· 概述  

智能换热机组控制系统通过监测室外温度、一次侧、二次侧管网的压力、温度来控制一次侧调节阀开度,二次侧循环泵、补水泵转速和运行泵数量等,达到集中供热良好品质的社会效果与热力站低成本运行、经济运行的目的,并结合中国换热实际工况,进行二次开发,为不同需求的用户提供最佳方案。

智能换热器机组功能:智能化控制,控制功能齐全,控制精度高,运行稳定可靠。机组根据环境温度、一次及二次管网温度、压力等参数来调节热源及热水供给量,在系统运行中对热能、电能有明显的节约效果。系统组件可靠性高,系统压力、温度或流量自动控制,智能化、自动化程度高、易于操作。可远程监视与控制即所谓的SCADA系统。也可进行手动与自动的相互切换。无人值守型机组还可实现现场无需值班人员,由远程直接监控。机组布局合理,结构紧凑,占地面积小,节省基建投资,安装、维护方便,适用于各种供热场合和供热要求。

 

· 本地自动控制方案

    根据室外温度变化和设定的经验调节曲线,进行温度补偿,自动控制一次侧电动调节阀,控制二次侧供水温度,对应热负荷变化,实现节能舒适运行。

· 现场全自动无人值守控制方案

    通过一次网电动调节阀控制二次网供水温度,并可进行室外温度补偿功能,根据二次网供回水压差或温差作为反馈信号,循环泵采用变频控制,二次网实现变流量控制,因此换热机组可在“大温差,小流量”节能状态下运行。根据二次网回水压力作为反馈的信号,补水泵采用变频补水;补水箱液位传感器可自动控制水箱液位,而且具有低液位保护功能;二次回水管路可加装泄压电磁阀,如二次回水压力超过设定值,电磁阀自动开启进行泄压至安全值后自动关闭;机组开机后可按预先设定好程序自动运行,管理人员只需定时对机组进行巡查。

· 远程监控自动无人职守控制方案(SCADA)

选择这种控制方式的换热机组除了具备以上控制功能外,还具有远程通讯功能,可选择不同的通讯方式:有线(ADSL、宽带通讯等)或无线(GPRS等),并支持广泛的通讯协议(Modbus,TCP/IP协议等)。通过上述通讯模式,可以把换热机组一次侧和二次侧温度、压力、流量,室外温度和室内温度,循环泵和补水泵的运行状态和运行频率,电动调节阀开度等机组参数实时的上传到中央管理站,或与楼宇自控系统(BAS)进行连接,对换热机组的运行状况进行在线监测,并具有供水温度超高报警,回水压力过低报警,水箱液位过低报警,供水压力超压报警,超压自动泄压,断电自动保护和联动等功能。通过监控中心上位机与现场控制器的双向通讯,管理人员可对机组控制参数进行优化设定,保证换热机组始终处于最佳状态,一切尽可掌握。

说明:

鲲航科技从事供热事业以来做出了一些经验总结,现在说明如下:

对于无人值守换热站用中小型PLC已经足够,可以完成调节阀PID闭环控制,循环泵PID自动控制,补水泵PID自动控制,现场温度,压力采集等等。也可以用RS485总线控制设备运行。每一个换热站需要一个PLC控制,如果需要远程监控,及SCADA系统的话,可以走工业以太网TCP/IP协议,RS485总线Modbus协议,或者GPRS直接无线传输到监控室,实现对每一个换热站数据采集与控制。

 

具体技术经验总结:

1. 一次网调节阀的控制

一次管网来的热源经过电动调节阀,在经过换热器可以实现热水循环,对于调节阀的控制是本系统非常重要的一点,因为它直接关系到用户的采暖问题。调节阀开度变小,二次管网的热量就减小,相反,调节阀开度变大,二次管网的热量就会增加。

所以,通过改变调节阀的大小可以改变用户的供暖质量。即改变一次网的“量”调节实现二次网的“质”调节。

我在实际项目设计中对于调节阀PID控制只做了PI调节,这样也很好的实现了调节阀的闭环控制系统。即用户温度低的时候,调节阀开度自动的增加,温度较高的时候,调节阀开度自动的减小,体现了节能,环保的作用。在现场调试中遇到了一个现象,先简要说明如下,希望可以吸收经验,避免发生类似的情况。

之前在二次管网温度没有达到设定值得时候,调节阀应该继续增加,但是,奇怪的是调节阀不但没有开大,反而不动或者关闭。程序没有问题,后来发现,原带调节阀的工作压力太小,当调节阀开大的时候,压力增加,所以调节阀承受不了那么大的压力,才出现这种现象。

2. 传感器总结

换热站上面一般有5个温度,4个压力需要显示。需要做控制的有一次供回水温度,二次供水温度,二次供水压力,二次回水压力。如果需要温度补偿,可以用室外温度做个线性函数,通过PLC编程,或者上位机组态软件编程,实现分段函数温度控制功能。传感器从管道到PLC配电柜的引线,最好用屏蔽线做信号线,而且引线的时候不要和动力线在一个线槽里面,不然会影响数据传输,信号不稳定,干扰控制系统,带来不必要的麻烦。

3. 循环泵的控制

循环泵在本系统中的作用非常重要,它提供整个系统的水循环,实现二次供水压力的平衡,和补水泵配合使用达到用户采热的可靠性与稳定性。

循环泵的控制,出于对节能,自动功能的考虑,采用变频器做循环泵的控制。而对水泵的频率控制,启停控制就需要PLC做相应的数字量控制,和模拟量控制。如果为了减少成本,可以用RS485总线控制,这样既可以实现相应的功能,也可以节省硬件成本,比如CPU模拟量模块,等等。但是,硬件相对简单,软件就相应的复杂一些。

现场做项目的时候遇到过这样一个情况:在用485总线走Modbus协议采集变频器频率,电流,电量的时候,数值惊人的扩到到几倍甚至是10倍。后来找原因是因为变频器功率很大,132KW,再就是接地不好,良好的接地是信号传输,或者总线控制的根本,所以信号线必须要有屏蔽层。

4. 补水泵的控制

补水泵是二次回水压力的保证,也间接是二次供水压力的保证。补水泵扬程比循环泵大,流量较循环泵小。可以说补水泵在整个系统中很“偷懒”,因为补水泵在保证二次回水压力达到以后,可以“睡眠”。即停止转动,这样可以节能环保,避免不必要的电量损耗。

5. 报警控制

报警在整个系统的作用也非常大,二次供水温度高限报警来控制调节阀,二次供水压力高限报警控制循环泵,补水泵。二次回水低限报警控制循环泵,等等,当然在做到系统稳定以后,只要程序较完美,这些报警1年中估计也不会发生,除非程序问题和设备损坏。

6. 远程监控(SCADA)系统

如果换热站较多,十几个,或者几十个。这样可以采用上位机来做监控系统,对下面的所有分站做数据采集与监视控制。RS485网络常用,工业以太网也可以考虑,个人认为无线GPRS是最好的选择。只要有手机信号的地方,所有的数据采集与控制都不是问题。这样可以节省大量的人工布线工作量,成本也不高。所以说,无线传输是现在也是将来工业控制的发展趋势。

 

现在大部分的GPRS模块都支持组态软件,有相应的驱动即可。如果有必要,报警的状况可以用短信的方式通知换热站负责人,这样可以随时,随地观察现场情况。如果手机是智能手机,如Windows Mobile操作系统,这样可以开发一套软件安装在手机里面,像手机QQ似的软件,直接通过手机,观察现场的温度,压力等运行状况。

7. 系统整体总结

整个电气系统设计,软件设计和硬件设计都要完美的结合。硬件设计中,要注意同一台的水泵工频和变频不能同时运行,动力线和信号线要分线槽布线。变频器和PLC最好不在一个配电柜里面,要分开安装在两个配电柜里。主线路接线要接牢靠,不然在运行中会因为接线虚产生导线发热,发烫等现象。对于PLC的选择最好要选择大品牌,比如西门子S7200和施耐德M218都是不错的选择,性能稳定,功能强大,变频器ABB,丹佛斯,施耐德均可胜任。

无人值守换热系统,是未来供热行业发展的趋势,节省人力,电力,方便,快捷,实现全自动控制。

无人值守换热站让每个居民这个冬天不怕冷!