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| 山东科技大学供暖换热站全自动控制电控系统技术方案 |
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新闻出处：中国工控网 发布时间：2007-11-15
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一、 总述
换热站设备，现在在我国的供暖系统中广泛的应用，但在控制部分已经由过去的人工控制发展到今天的自动控制。当然现在大多数实际应用系统中，仍然是手动与自动并存。随着计算机、变频器、可编程控制器（PLC）、智能控制技术及总线技术的发展，是实现全自动控制成为了可能。
智能控制理论是人们把传统控制理论与模糊逻辑、神经网络、遗传算法等人工智能技术相结合，再利用人类的控制知识而形成的。它在实际中的应用是控制的更加简单灵活。总线技术的发展使实现计算机控制成为了可能。随着电力电子技术和微机控制技术的飞速发展，现代交流变频调速技术在电机控制系统中的应用也越来越广，交流调速传动系统在很大程度上取代了直流调速系统而上升为电气调速传动的主流。特别是在中、小容量范围内，通用变频器具有调速范围宽、调速精度高、动态相应快、运行效率高、功率因数高、操作方便、易与其他设备接口等优点，所以在现在电气控制技术中占有非常重要的地位。变频器的发展与普及应用提高了现代工业的自动化水平，提高了产品质量和劳动生产率，节约了能源及原材料，降低了生产成本，其社会经济效益十分显著。
国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器(PLC)的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。它在工控领域中占有主要的地位，有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
人们在需要查询信息时，往往无所适从，迫切需要有一种快捷、简便、实用的信息查询工具。为了顺应这一时代特点，研制生产出来了摸屏触。使用者不必事先接受专业训练，仅需以手指触摸屏幕,即能操纵计算机，方便、快捷地查询想要的信息或资料，简单、直观地实现人与复杂机器的交流。目前，触摸屏系统已广泛应用于 交易市场、工商、税务、银行、证券、邮政、电信、商场、宾馆、机场、车站、展览馆、体育馆、歌厅、图书馆等公共 场所，有效地提高了窗口服务业的档次和服务效率。是高新技术成果的崭新体现，是计算机技术、触控技术、多媒体技术、机械制造技术多学科综合协调、优化的结果。
二、 系统原理
（一） 自动控制
温度控制部分
本系统中，我们采用供暖温度自动调节功能，即根据室外温度变化，能自动调节给定温度。这可以用一个室外的传感器（TC1），来采集并把它送到PLC。
我们在负载一定时，循环水的温度是通过给定温度与出水温度的变化来调节入汽的流量。在该部分我们用一个温度传感器（TC2）来测量出水温度，并把这个温度之送入PLC，它与给定温度通过PID算法来控制电动阀门的开度，从而控制入汽的流量。
当负载发生变化时，我们是通过控制循环水流过换热站的流速来实现的。用一个温度传感器（TC3）来测量回水温度，并把该温度传给PLC，它与出水温度通过PID算法，来控制变频器（A1）。从而控制循环水泵达到控制水流过换热站的速度的目的。
补水部分
由于在现实生活中，存在从供暖管中放水的现象，所以我们要设定一个补水部分，以保证管内的水量已定。
我们的补水是利用补水泵从储水池中把水送入循环系统。补水控制是通过出水压力与循环水泵的转速来控制智能模糊控制模块达到对泵的控制。
实现方法：应压力传感器（PC）测量循环水泵下面的出水压力，和利用温度传感器（TC1）测出回水的温度并送入PLC用来控制智能模糊控制模块，然后控制变频器，从而控制补水泵的开启。
原理图如附录1所示。
（二） 手动控制
系统在启动时，我们不能用自动控制，所以设置一个手动控制功能。当我们采用手动控制时，我们是电动调节阀处于全开状态，PLC不再起控制作用而相当于一个接口。入汽流量我们有手动控制阀门来控制。设定值、循环水泵的转速可以在触摸屏上来设定。
（三） 报警与保护
补水失灵报警：再补水过程中，我们设定一个时间延迟程序，如果在实际中补水泵在这个时间内仍未工作，即循环水泵的转速和出水压力都未发生变化，我们就要报警。同时，使系统自动停机。
循环水压力过低报警：如果我们设定一个压力下限值（该值在编程时设定），如果采集的循环水压力低于该值，我们就通过程序让其报警。同时强制停机。
超负荷报警：我们设定一个出水温度与入水温度的最大差值（该值在编程时设定），如果我们采集的两值之差大于该值时，我们就认为系统超载，就让其报警。同时停机，以方便检查。
停电报警：当系统断电时，设定报警，同时使电动阀关闭，停止送汽。
当然，我们对于以上报警都设定为声、光报警。
（四） 触摸屏显示
在该系统中我们采用触摸屏来实现系统的实时观测。并且可以在手动时设定系统的各个参数，报警显示等功能。我们设定了六个界面，主界面、手动参数设定界面、实时数据界面、历史数据界面、曲线界面（包括实时曲线和历史曲线）、报警界面。
图1 主界面
图2 实时数据界面
图3 历史数据界面
图4 报警界面
图5 手动参数设定界面
图6 曲线界面
三、 元件配置
变频器配置
在本系统中我们选用ABB公司的ACS600变频器，3块。ACS600变频器具有很宽的功率范围（2.2—3000kw）可以满足本设计的要求75kw和3kw，优良的速度控制和转矩控制，并具有完整的保护功能以及灵活的编程能力。
其重要特性如下：
◆ 无与伦比的电机速度及转矩控制。
◆ 电机辨识运行（ID RUN）及速度自我微调功能。
◆ 内置 PID控制器，降低了您的投资成本。
◆ 工具软件对传动的全方位支持: Drives Size选型软件，Drives Builder工程设计软件，Drives Window传动调试软件, Drives Link利用Windows监视传动，Drives Support服务专家。
◆ ACS 600 SingleDrive能在几毫秒内测出电机的实际转速和状态，所以在任何状态下都能立即起动，无起动延时。
◆ 零转速下，不需速度反馈就能提供电机满转矩。
◆ ACS 600 SingleDrive能够提供可控且平稳的最大起动转矩。可达到200%的额定转矩。
◆ 不需特殊硬件的磁通制动模式可以提供最大的制动力矩。
◆ 在磁通优化模式下，电机磁通自动适应于不同的负载以提高效率同时降低电机的噪音，变频器和电机的总效率可提高 1%-10%。
◆ 具有标量控制（SCALAR CONTROL）和 IR补偿功能。
◆ DTC 直接转矩控制，从零速开始不使用电机轴上的脉冲码盘反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。
◆ 开环转矩阶跃上升时间小于 5毫秒，而不带速度传感器的磁通矢量控制变频器的开环转矩阶跃上升时间却多于100毫秒，ACS 600变频器是无与伦比的。
电动调节阀配置
电动调节阀我们选用西门子的VVF592。
该电动调解阀的额定冲程20mm的法兰二通阀PN25，适用于开路或闭路中的低压热水，生活热水，高压热水，热油，饱和或过热蒸汽，介质温度：1-220。其口径：DN50-DN150。
手动阀配置
手动调解阀我们采用上海良工品牌的铸钢涡轮蝶阀。
传感器配置
在系统中我们用到了三种传感器，温度传感器、压力传感器和速度传感器。
温度传感器：我们采用 PT100,它是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃ 至 650℃ 的范围。可以满足我们的要求。
压力传感器：我们采用西门子的-SITRANAS P Z系列是测量绝压和表压的单量程紧凑型压力变送器。
基本特点：
· 精度<=0.5%
· 长期的稳定性<=0.3%/12月
· 连接件和外壳为高等级不锈钢材质1.4571
· 陶瓷传感器，高等级不锈钢膜片
· 测量范围1～400bar
PLC配置
本系统采用了西门子公司的S7—200PLC，由于它的模块化设计为适应具体的应用提供了极大的灵活性，便于扩展功能，有效的提高了系统的经济性。
S7-200的主要特有：
· 快速的中央处理运算能力
· 极丰富的编程指令集
· 响应快速的数字量和模拟量输入/输出通道
· 操作便捷，易于掌握
· 强大的通讯能力
· 丰富的扩展模块
S7-200 CPU集成了丰富的内置功能
· 高速计数器输入
· 短暂脉冲捕捉功能
· 高速脉冲输出
· I/O硬件中断事件
· 特殊功能相关的中断功能
· PID控制，PID自整定功能
· 支持多种生产工艺配方
· 数据记录
此外，S7-200还支持一下功能：
· 用户自定义的库指令，便于模块化程序
· 完善的密码和知识产权保护功能
· 在RUN（运行）状态下的线编程能力
· 直接读/写实际I/O
· 可调整的数字量和模拟量的输入滤波
· 定义数字量和模拟量在STOP（停止）时的状态
· 多种数据保护设置
· 一个可由用户定义的LED状态指示灯
CPU选用：1块CPU224扩展模块选用：1块测温测量扩展模块EM2317C（热电偶输入块），4输入
1块EM231（模拟输入），4输入
2块EM232（模拟量输出模块），2通道电压/电流输出导轨一个。
通讯接口
本系统采用RS485串行总线接口标准。它采用一对差分电路，差分电路的最大优点是抑制噪声、不受节点间接地电平差异的影响。而且它的价格比较便宜，能够很方便的添加到任何一个系统中，还支持比RS-232更长的距离、更快的速度以及更多的节点。
配电器
由于CPU的电源为24DC，所以我们要用一个配电器，是220V的交流电压变为24DC的直流电压。
智能模糊模块
这里如果采用普通的控制技术来控制补水泵，波动太大，会使系统的寿命缩短。所以我们采用了智能模糊控制补水泵，这样可以使系统的寿命延长，并且稳定性更好。
四、 接线图
本系统中，我们设室外温度变量为AI0, 设出水温度变量为AI1, 设回水温度变量为AI2, 设回水压力变量为AI3,4个模拟输入量；设控制电动调解阀的输出为AO0, 控制循环水泵的输出为AO1, 控制补水泵的输出为AO2。
五、 安装、调试及维护指导
系统安装
按接线图连接各电气元器件，并检查无误后通电、调试。
调试
根据系统运行的情况，来调试各个参数，如PID参数，智能控制模块中的各参数等。
维护指导
补水泵失灵时，可能是变频器失灵，也可能是参数设定有误或者智能模块有问题，还可能是补水泵坏了。我们可以先检查一下系统参数是否有变动，若有，改正；若没有看一下智能模块和变频器是否工作，若不工作则更换设备；若工作则可能是补水泵坏了，更换后再调试。若以上几项都正常，那就是传感器失灵，查一下它的输出信号。看哪一个出现问题，更换。
循环泵失灵时，可能是变频器失灵，也可能是参数设定有误或者智能模块有问题。我们可以先检查一下系统参数是否有变动，若有，改正；若没有看一下智能模块和变频器是否工作，若不工作则更换设备；若工作则可能是泵坏了，更换后再调试。若以上几项都正常，那就是热传感器失灵，查一下它的输出信号。有出现问题，更换。
出水温度过热时，可能是因为参数设定有误，或者是电动调解阀出现了满开饱和。
超负荷时，看是否有漏水，检查。若没有我们就要考虑换用各大的热交换器。
循环水压力过小时，可能是超载，按超载检查。
电动阀开度过大时，一般情况下是我们的参数设定有误，检查修改。
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