可编程控制器在换热站自控系统中的应用.docx

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1、可编程控制器在换热站自控系统中的应用在市委、市政府及集团公司的支持下，积极开展热电联产工程，知足了青岛市集中供热布局的大调整、大开展，及2020年奥运会青岛赛区的要求。同时，也使整个青岛市区大气环境质量和市民生活品质得到了大幅度的进步。作为集中供热系统的主要组成局部换热首站，是热源输出的重要关口。2004年10月在华电青岛发电有限公司建成了青岛市市内最大的无人值守换热首站，供热面积达70万平方米，成为了青岛市自动化程度及投入率最高的换热首站之一。2换热首站自控系统的设计要求该换热首站主要由三台汽水换热器组成的换热系统、四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。根据消费工艺设

2、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HMI，为消费治理级，完成对下位机的监控、消费操纵治理等，主要面向操纵人员；下位机由可编程控制器PLC构成，为根底测控级，完成消费现场的数据收集及经过控制等，面向消费经过。1在消费经过中，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PLC对这些参数进展实时收集和处理。2换热首站的自动控制，即实现整个进汽和供水经过的全自动控制，进展故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数并控制设备运行状态。3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

3、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展控制，已到达对二次供水温度的控制。此设计的特点在于可以通过室外温度对二次供水的温度进展控制，以到达节省能源，进步供热质量的目的。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。4自控系统通过参加时间日程表的控制，实现一天当中不同时刻对应不同的温度。5通过采用西门子的压力传感器、控制器以及变频器来实现对二次供水压力的控制，由于控制器可编程的灵敏性，可以实现变频器的低频限制，以防止变频器、水泵长时间在低频运行，进而保护电机及变频器。当一台补水泵无法通过变频补水到达所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进展补水。

4、最终实现更加智能化的恒压补水控制。6对调节系统可采用手操器控制，确保进汽和供水的温度、压力准确稳定，使换热温度到达用户的要求，并对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。以1#换热器为例，详细调节控制单元如下：1#换热器二次供水温度调节控制回路主要功能:通过控制1#换热器一次蒸汽管网入口蒸汽调节阀CV-101A实现1#换热器二次侧热水出口温度的自动控制。控制回路名称:TIC-101A经过变量:TI-202A1#换热器二次供水温度控制输出:CV-101A1#换热器一次蒸汽调节阀调节信号1#换热器冷凝水水位调节控制回路主要功能:通过控制1#换热器冷凝水排水调节阀CV-301A实现1#换热器冷凝水水位

5、的自动控制。控制回路名称:LIC-301A经过变量:LI-301A,1#换热器冷凝水水位控制输出:CV-301A1#换热器冷凝水排水调节阀调节信号补水流量调节控制回路主要功能:通过控制补水流量调节阀CV-302实现二次回水压力的定压自动控制。控制回路名称:FIC-302经过变量:PI-204次回水压力/泵入口控制输出:CV-302二次回水补水流量调节阀调节信号二次供水压力调节控制回路主要功能:通过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。控制偏向为0.625%0.01MPa待系统运行稳定后将1#/2#补水泵调节回路设为自动控制。控

6、制回路名称:BPQ2经过变量:PI-203二次供水压力/换热器出口总管控制输出:2BPQ-F1#/2#循环水泵变频器转速调节信号二次回水压力自动控制回路主要功能:通过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展补水,当压力到达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顿变频器运行。为防止变频器在到达额定压力时出现转速波动的情况,控制死区宽度设置为1.60.625%=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

7、1#/2#补水泵调节回路设为自动控制。控制回路名称:BPQ1经过变量:PI-204二次回水压力/滤污器出口控制输出:1BPQ-F1#/2#疏水泵变频器转速调节信号7该换热首站监控系统共需处理72个数字量输入点、64个数字量输出点、48个模拟量输入点和10个模拟量输出点。8可使运行操纵人员通过上位机中的视频窗口实时监控现场设备运行状况。按照上述设计要求，整个换热首站自控系统可具有良好的自适应才能，完全可以实现无人值守、高效节能的设计目的。3系统选型及特点为了知足上面提到的换热首站自控系统的设计要求，我们选用西门子公司SIMATICS7-300可编程控制器PLC和研华公司IPC-610工控机IPC

8、构成的自控系统，再配以先进的WinCC监控软件，来实现换热首站自控系统的各项功能。当前可编程控制器PLC是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为电气控制系统中应用最为广泛的核心位置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或者定时的闭环控制功能，并且抗干扰才能强、可靠性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不连续运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，可方便各级连接。S7-300采用模块化构造、合适密集安装，模块化构造设计使得各种单独的模块之间可进展广泛组合以用于扩展。在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、通讯处理器CP等模块，并且可以通过接口

9、模块实现多个机架的扩展工作方式。根据要求本系统所选用的硬件产品，如下所示：1工业控制计算机IPCADVANTECHIPC-610，Pentium2.8GHz处理器，512M内存，80G硬盘；2中央处理单元CPUCPU314，24V供电，48KB工作内存，DI/DO最大1024点，AI/AO最大256点；3信号模块SMSM321，数字量输入模块3块；SM322，数字量输出模块2块；SM331，模拟量输入模块6块；SM332，模拟量输出模块2块；4通讯处理器CPRS485中继器2块；5负载电源模块PSPS370，电源模块1块。6接口模块IMIM365，接口模块2块。网络拓扑构造图如下：华电青岛发电

10、有限公司70万换热首站自控系统网络构造图4软件组态经过与效果工控组态软件WinCCWindowsControlCenter是一个集成的人机界面HMI和监控治理系统，它是西门子公司在经过自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能相结合的产物，是世界上第一个集成的人机界面HMI软件系统。它真实的将工厂控制软件集成到自动化经过中。HMI人机界面系统作为根底自动化系统重要组成局部，用于控制系统的各种数据的设定、显示、故障报警，以及相应操纵和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。换热首站HMI系统信息以友好方式与用户交互。通过自动化控制系统接收经过计算机PCS和操纵人员通过HMI输入的数据进展处

11、理，处理后再将经过数据信息、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操纵站上位机上以最少的设备数目提供最大可能的信息，帮助操纵人员和设备维护人员快速准确的理解系统当前状态及其相关信息的设计目的。在上位机上用WinCC软件设计了标准的人机界面，主要包括以下几个方面的内容：1工艺流程图：在画面中通过编程实现模拟显示整个换热站现场进汽供水的全经过，并且在换热器本体上实时显示了各路汽、水的温度与压力，以便于操纵者能及时准确的把握本体内的换热情况，可以对现场设备的故障进展实时诊断。2手操器的操纵与对现场仪表的监控：手操器有手动和自动两种工作方

12、式，在设备安装调试阶段一般用手动操纵方式，进入正常运作时常用自动方式，以实现对一些重要的模拟量数据的准确控制，自动调节程序由PID闭环控制回路完成。3报警记录：对于如进汽流量、供水压力等一些重要的模拟量输入参数进展实时报警，当处于监控下的任何一个变量超出预先设定的平安值时，报警灯就会立即闪烁，同时通过报警一览表对话框可以检查报警超出的范围以及错误的出处，并对此采取相应的措施。4历史趋势：在此画面中除了实时显示变量的变化趋势，操纵员还可以检查过去的经过数据记录，通过对过去历史趋势的比拟进而可以对变量将来的开展趋势做进一步的预测。另外，还具有报警或者变量记录档案库数据的运行报表。5摄像监控：通过摄像及图像收集设备对图像的处理，使操纵人员通过视频窗口实时监控现场设备运行状况。本文讨论了基于可编程控制器的换热站自控系统的设计与实现，充分发挥了可编程控制器配置灵敏、控制可靠、编程方便和可现场调试的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。该控制系统已在最近的采暖期中得到实际应用,为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。0