周口西門子專業授權代理商

變頻器及PLC系統在熱力站控制中的應用

一、前言

在城市集中供熱系統中，熱力站作為熱網系統面對系統熱用戶最后一級調節單元，熱力站的控制效果直接決定熱用戶的采暖效果。太原市熱力公司所轄城市熱網包含400余座熱力站，供熱面積覆蓋太原市總采暖面積的60%，所有熱力站均采用間連型熱力換熱站。

在間連熱網熱力站中，二次網供回水壓力、溫度及流量均是影響供熱效果的重要因素，而二次網各供參數的調節主要是依靠對二次網循環泵及泵的控制。傳統的熱力站控制中，循環泵與泵一般都采用工頻泵，系統在設計選型時已經決定了系統二次網的主要參數，但是相對的，系統的適應性、擴展性及各參數的精確調整均受到較大限制。

太原熱力公司自99年起，開始逐步對太原集中供的各個熱力站進行自動控制化改造。對于原有的熱力站，統一增加自控儀表、PLC及變頻設備；對于新建的熱力站，在設計時即在工藝系統基礎上引入自控設備。自控系統輔助將熱力站的控制精確化，結合熱網中控室全網平衡系統及通訊網絡系統，進行全網均勻調節，達到較好的控制效果。本文著重介紹自控系統及變頻器在熱力站控制中的應用。

二、熱力站自控系統構成

間連型熱力站自控系統按設備類型分，可分為：溫度、壓力變送器，流量計，電動調節閥，循環泵及泵；按控制回路分，則可分為：一次網流量控制回路、二次網循環控制回路、二次網定壓回路。

在熱力站自控系統中，一次網流量控制回路主要通過調節一次回水調節閥來實現。二次網的調節回路則是通過調節二次網循環泵及泵轉速來實現。一次網的控制指令主要由熱網調度中心根據全網平衡算法下發，而二次網循環泵及泵變頻器轉速則由站內PLC系統依據各熱力站所帶熱網的實際情況計算得出。

熱力站自控系統結構如下圖。

圖1 典型熱力站系統結構圖

三、系統控制思想

在集中供熱工程中由于各用戶的建筑面積、暖氣片能及房屋保溫質量各不相同，很難確定一組典型的室內溫度作為直接被控量，而供、回水的平均溫度從整體上反映了各用戶暖氣片的平均溫度，因此一般的供熱系統都是根據室外環境溫度及不同的供熱時段來控制供、回水平均溫度的方法來間接控制用戶室溫。

在太原各熱網控制中，由于在進行熱力站自控改造的同時，對熱網調度系統也進行了調整。目前太原各個熱力分公司熱網調度中心都加設了全網平衡系統，調度中心通過與個熱力站進行通訊，獲取熱網數據，并根據室外溫度情況對全網熱力站的供熱效果進行均勻調整。

各熱力站從控制中心獲取對應的二次網供回水平均溫度，站內系統將獨立控制回路分為二次網供回水平均溫度控制回路和一次網流量控制回路，根據平均溫度的偏差確定一次網流量的設定值，然后調節閥門開度使流量達到設定值。

站內的控制系統還根據熱力站的實際情況對二次網循環泵及泵進行調速，

系統根據二次網供、回水平均溫度的溫差，通過變頻器自動調節循環泵的轉速，實現對系統總流量和溫度的調節。使循環水泵按照實際負荷輸出功率，減少不必要的電能損失，實現小流量大溫差的運行模式。通過此舉，可以及時地把流量、揚程調整到需要的數值上，多余的電能消耗，從而達到良好的節能效果。通常熱力系統會設計兩臺變頻泵，這不僅是為了系統備用，也是為了防止系統**調。如果負荷不夠，則泵的轉速加大，達到100％時還不滿足要求，則啟動*二臺泵。同時系統還可以根據運行時間自動切換各循環泵，也提供低水壓保護和連鎖功能。

控制系統的二網供、回水壓力是熱網安全運行的重要參數。供水壓力過高可能造成熱水管道及用戶暖氣片的破裂；供、回水壓力過低，使得部分熱用戶無法的到足夠熱量。恒壓控制的較佳方案是對泵進行變頻調速控制，但考慮此處對壓力的穩定性要求并不高，只要壓力不**出某一范圍即可，所以也可以采用開關控制方案。

一 引言

由于建筑行業的迅猛發展，對于各種型號的磚構件需求量日益加大。用于建筑業的磚構件原材料粘土日益減少，而且土地回生能力很弱，原先制磚對土地支持消耗巨大；并且實心紅磚產品型號單一，難以滿足各種場合的應用要求。

砌塊成型機可采用砂、石、粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾礦渣、陶粒、膨脹珍珠巖等工業廢料加工成各種新型墻體材料。生產出的磚、空心砌塊不用燒結，節約國家土地，煤炭，無污染，能提高工程速度，減輕樓體重量，空心，隔音保暖，冬暖夏涼，抗風化，原來來源豐富，質量好且生產工藝簡便，投資少，適應性廣，前景廣闊等優點。

磚機設備上已經大量使用了電氣自動化設備，很多設備都由原先的手動生產發展到全自動生產，不但提高了設備的技術含量，而且提高了自動化生產的工作效率。

二、工藝介紹

砌塊成型機的工藝主要由四個部分構成：

1）、液壓系統：

液壓系統的主要功能在于控制模具的模頭、模箱的升降。使用液壓系統可以有效的平穩加壓，避免設備有太大的沖擊力。

2）、主機：

主機的整個機架焊接而成，其中模具采用線切割加工工藝制造，保砌塊磚光滑無毛刺，尺寸精準，對于振動電機，目前行業中部分客戶使用普通電機，還有一些客戶使用的是變頻器來帶載電機，有效的提高了由于頻繁起停造成的電機燒毀的情況。提高了系統的可靠性。

3）、出磚輸送帶：

出磚部分主要功能是將成品磚送離砌塊機。在出磚部分還有掃灰電機，它的主要作用是清理成品磚上的廢料，當磚頭涼干后就不會有廢料粘面而且保持磚頭的清潔。

4）、模具

根據客戶的不同需求，可以搭配有多種的模具，選用不同的模具可以生產出不同要求的砌塊形磚，適合各種場合的應用。

三、技術方案

3.1、方案框圖

a）、該技術方案采用HMI＋PLC＋MDI的方式。

b）、目前的砌塊成型機PLC的點數是控制在60點即可。采用艾默生EC10系列 60點主模塊，不需要擴展模塊，剛好滿足客戶需求。

c）、變頻器該客戶選用某品牌的通用型變頻器。主要做調速使用。

d）、HMI該客戶選用閩臺威倫的產品。

e）、觸摸屏和PLC進行連接，PLC控制變頻器的頻率更改和頻率設定，PLC和變頻器通訊采用標準的MODBUS協議。該變頻器控制生產電機運行頻率，以達到調節生產效率。

PLC控制器在中央空調上的應用

4 控制方法

4.1

對于冷凍水系統，其出水溫度取決于蒸發器的設定值，而回水溫度取決于蒸發器接收的熱量，中央空調冷凍水出水溫度與冷凍水的回水溫度設計較大溫差為：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），現采用在蒸發器出水管和回水管上裝有檢測其溫度的變送器、PID溫差調節器和變頻器組成閉環控制系統，通過冷凍水溫差（如：△T=5℃）控制，即可使冷凍水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。

4.2

對于冷凍水系統，由于低溫冷凍水的溫度取決于冷卻塔的工作情況，我們只需控制高溫冷凍水（ 冷凝器出水）的溫度，即可控制溫差。現采用溫差變送器、 PID 調節器和變頻器組成閉環控制系統，冷凝器出水的溫度控制在 T2 （ 如： 37℃），使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。

5 系統的設計和應用總結

由于整個實驗室正在逐步籌劃和建設的過程中，許多設計還處于探討之中，眾多功能還未付諸實施。

現在本文就系統改造實現情況作簡單介紹：本文的系統調試應分為兩步，設備電氣控制系統調試和中心網絡系統調試。我們就已完成的設備電氣控制系統設計、調試及使用情況作一下說明：針對實驗室的要求：要求電氣系統運行穩定，感溫精確度高，維護方便壽命長，并能聯網進行管理。除此之外在實際使用中由于壓縮機的啟動方式采用星三角方式啟動，屬于硬啟動，這種啟動方式對接觸器的質量要求比較嚴格，特別是對接觸器的滅弧處理等要求很嚴格。通過我的使用經驗，在這些方面ABB做的很好，而且ABB的接觸器在更換時比較方便，它的頂蓋可以拆卸，更換時不需要拆下接觸器底座，直接卸下頂蓋更換線圈即可。

當然此系統設計達到了使用要求，它不僅具備基本邏輯控制功能，還具有聯網通信功能和管理功能等。另外相對與老的控制系統，它工作穩定、故障率低，并能進行系統自動報警，操作及維護十分簡便，維修綜合成本（待機時間等）大大降低。

6 結束語

在智能化中央空調冷凍系統中，采用PLC控制系統是切實可行的，中央空調冷凍系統用PLC控制可以有效地**其工作穩定、可靠，便于維護，且性能價格比高。 同時以PLC為核心的高可靠的監控系統實現了對空調主機的控制及兩臺主機之間的協調控制，具有**、可靠、經濟、靈活等顯著特點。