【正文】 ........................................................................................................... 30 4. 燃?xì)馄仩t控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 ..................... 31 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 ..................................................................................................... 31 PLC 機型選擇 ................................................................................................ 31 傳感器的選擇 ................................................................................................ 32 觸摸屏選擇 .................................................................................................... 34 主電路設(shè)計 .................................................................................................... 34 控制電路設(shè)計 ................................................................................................ 34 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 ..................................................................................................... 34 控制系統(tǒng)的軟 件流程圖 .................................................................................. 35 控制系統(tǒng)的 PLC 程序 .................................................................................... 38 本章小結(jié) ..................................................................................................................... 38 結(jié)論 39 參考文獻(xiàn) .................................................. 40 基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 2 致謝 41 附錄 錯誤 !未定義書簽。 基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 3 1. 緒論 集中供暖的發(fā)展概述 集中供暖是在十九 世紀(jì)末期，伴隨經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在集中供暖技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它利用熱水或蒸汽作為熱媒，由集中的熱源向一個城市或較大區(qū)域供應(yīng)熱能。集中供暖不僅為城市提供穩(wěn)定、可靠的熱源，改善人民生活，而且與傳統(tǒng)的分散供熱相比，能節(jié)約能源和減少污染，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。 國外集中供暖 發(fā)展概況 集中供暖方式始于 1877年，當(dāng)時在美國紐約，建立了第一個區(qū)域鍋爐房向附近 14家用戶供熱。 20世紀(jì)初期，一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，開始利用發(fā)電廠內(nèi)汽輪機的排氣，供給生產(chǎn)和生活用熱，其后逐漸成為現(xiàn)代化的熱電廠 。在上世紀(jì)中，特別是二次世界大戰(zhàn)以后，西方一些發(fā)達(dá)國家的城鎮(zhèn) 集中供暖事業(yè)得到迅速發(fā)展。 原蘇聯(lián)和東歐國家的集中供暖事業(yè)長期以來是實行以積極發(fā)展熱電廠為主的發(fā)展政策。原蘇聯(lián)集中供暖規(guī)模，居世界首位。 1980年原蘇聯(lián)熱電廠的總裝機容量為 9600萬 KW。國工業(yè)與民用的年總供熱兩中， 70%由集中供暖方式提供。全國熱電廠總年供暖量約為 55億 GJ。莫斯科 的集中供暖系統(tǒng)是世界上規(guī)模最大的供暖系統(tǒng)。據(jù) 1980年資料，市區(qū)有 14座熱電廠，供暖機組 78臺，總?cè)萘繛?585萬千瓦，供暖能力達(dá)45200GJ/h。熱網(wǎng)干線長達(dá) 3000多千米向 500多個工業(yè)企業(yè)和四萬多座建筑供暖，其城市集中供暖普及率接近 100%。 地處寒冷氣候的北歐國家，如瑞典、丹麥、芬蘭等國家，在第二次世界大戰(zhàn)以后集中供暖事業(yè)發(fā)展迅速，城市集中供暖普及率都較高 。據(jù) 1982年資料，如瑞典首都 斯德哥爾摩市，集中供暖普及率為 35%；丹麥集中供暖系統(tǒng)遍及全國城鎮(zhèn)，向全國 1/3以上的居民供暖和熱水供應(yīng)。 第二次世界大戰(zhàn)后德國在廢墟中進(jìn)行重建工作，為發(fā)展集中供暖提供了有力的條件。目前除柏林、漢堡、慕尼黑等城市已有規(guī)模較大的集中供暖系統(tǒng)外，在魯爾地區(qū)和萊茵河下游，還建立了聯(lián)結(jié)幾個 城市的城際供暖系統(tǒng)。 在一些工業(yè)發(fā)達(dá)較早的國家中，如美、英、法等國家，早期多以鍋爐房供暖來發(fā)展集中供暖事業(yè)，鍋爐房供暖占較大比例。不過這些國家已非常重視發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供暖方式。 國內(nèi)集中供暖發(fā)展概況 我國早在遠(yuǎn)古時期，就有鉆木取火的床說，西安半坡村挖掘出土的新石器時代仰韶文化時期的房屋中，就發(fā)現(xiàn)有長方形的灶坑，屋頂有小孔用以排煙，還有雙聯(lián)造型的火炕，而這些利用煙氣供暖的方式，如火爐、火炕燈在我國北方農(nóng)村還被廣泛使用著 基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 4 在舊中國，只有在大城市位數(shù)很少的建筑中，裝設(shè)了集中式供暖系統(tǒng)，被視為高貴 的建筑設(shè)備。在工廠中，對生產(chǎn)工藝用熱，多只裝設(shè)簡陋的供暖設(shè)備，供暖事業(yè)基礎(chǔ)非常薄弱。 我國城市集中供暖真正起步是在 50年代開始的，黨的十一屆三中全會以后，特別是國務(wù)院 1986年下發(fā)《關(guān)于加強城市集中供熱管理工作的報告》，對我國的集中供暖事業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動作用。 1992年，全國有 117個城市建設(shè)了集中供暖措施，供暖面積達(dá)到 21262平方米， “三北”地區(qū)集中供暖普及率達(dá)到 12%， 1993年，全國有 158個城市建設(shè)了集中供暖措施，供暖面積達(dá)到 32832平方米，“三北”地區(qū)集中供暖普及率達(dá)到 18%。到 1996年，我國已有 286個城市建設(shè)了集中供暖系統(tǒng)，供暖面積達(dá)到 73400萬平方米，“三北”地區(qū)集中供暖普及率達(dá)到 26%。尤其近幾年，隨著國民經(jīng)濟的增長和生活水平的提高，越來越多的城市建設(shè)了集中供暖系統(tǒng)。 雖然我國這些年來集中供暖事業(yè)取得了迅速發(fā)展，但是和國外相比，我國目前采暖系統(tǒng)相當(dāng)落后，具體體現(xiàn)在供暖質(zhì)量差，即室溫冷熱不均，系統(tǒng)效率 低下，不僅多耗成倍能量，而且用戶不能自行調(diào)節(jié)室溫。當(dāng)前采暖收費大多按照面積計算，無助于用戶節(jié)能意識，以至于出現(xiàn)一些不正?，F(xiàn)象。如室溫過高開窗，室溫過低投訴，使得設(shè)計人員及業(yè)主盡量加 大供熱量，造成效率低、高能耗的重復(fù)浪費。我國能源緊缺，而采暖用能十分浪費。據(jù)資料顯示，我國住宅建筑采暖能耗總消耗 9。 6%，采暖能耗不僅造成資源浪費，而且是大氣污染的一個重要因素。 在功能上，發(fā)達(dá)國家通常室內(nèi)溫度保持 22攝氏度，我國僅為 16攝氏度，而且我國的供暖質(zhì)量很差，室溫冷熱不均，系統(tǒng)熱效率低下，大多數(shù)地方?jīng)]有采取按戶計費，用戶也不能自行設(shè)定和調(diào)節(jié)室溫等等。我國城市集中供暖目前存在的能源浪費主要來源與：建筑的保暖隔熱和氣密性能差；采暖系統(tǒng)相當(dāng)落后。造成結(jié)果是：低效率，我國供暖采暖系統(tǒng)普遍存在低負(fù)荷、低效率 運行，實際供暖面積平均只有設(shè)備能力的 40%左右。管網(wǎng)輸送效率低，管道泄漏和偷水現(xiàn)象嚴(yán)重；缺乏控制手段：我國供暖系統(tǒng)只有簡單的調(diào)節(jié)手段，水力水平失調(diào)、垂直失調(diào)嚴(yán)重：沒有恒溫裝置，供熱不足和過度時，沒有有效的調(diào)節(jié)手段；缺乏計量手段：采暖系統(tǒng)一般不設(shè)熱表，沒有計量收費造成用戶不會主動去節(jié)能，沒有計量也造成了管理運行人員沒有具體數(shù)量上的依據(jù)來運行管理。 換熱站的發(fā)展為 改變了之前供熱系 統(tǒng)的眾多缺陷。 簡介及運行 現(xiàn)狀 換熱站與鍋爐房是根本不同的。鍋爐房是用燃料把水（或其他介質(zhì)）加熱到具有一定參數(shù)的地方；而換 熱站是為了把鍋爐房生產(chǎn)的高溫?zé)崴ǜ哂?100C）轉(zhuǎn)換成能夠直接給用戶供熱的熱水（低于 100C）。鍋爐房是生產(chǎn)地，其主要設(shè)備有：鍋爐、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、循環(huán)泵、和各種輔助設(shè)備（上煤機，除渣機）等，其中鍋爐是主體。而換熱站是個中轉(zhuǎn)站，現(xiàn)在換熱站的主要換熱方式有：換熱板、混水等。說白了換熱站基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 5 就像一個大的過水熱，唯一不同的是它很大 .它們都屬于供熱系統(tǒng)的一部分，又各自具有不同的功能。其工藝流程是：鍋爐房 —— （高溫?zé)崴?—— 換熱站 —— （低溫?zé)崴?—— 用戶 —— （低溫?zé)崴?—— 換熱站 —— （低溫?zé)崴?—— 鍋爐房 通常換熱站 內(nèi)部 設(shè)備可分為兩個部分，即采暖系統(tǒng)和民用生活系統(tǒng)，目前我國換熱站大部分沒有民用熱水設(shè)施。今后隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高在換熱站內(nèi)應(yīng)該 普及 生活熱水系統(tǒng)，來提高集中供暖的效益。換熱站的 主要設(shè)備有：離心水泵、汽 水換熱器、熱水儲水箱、過濾器、補水泵調(diào)節(jié)閥熱媒參數(shù)調(diào)節(jié)和檢測儀表、防止用戶熱水供應(yīng)裝置生銹和結(jié)垢的設(shè)備等。換熱站內(nèi)還安裝有熱量表以及調(diào)節(jié)供熱量的自動調(diào)節(jié)裝置。但是目前來說大部分換熱站還不能實現(xiàn)全自動化無人值守，大部分缺乏控制手段，耗能嚴(yán)重造成資源的許多不必要的浪費。 隨著國 民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對供暖質(zhì)量的需求也在逐步提高。在傳統(tǒng)供熱模式下，為滿足供熱需求，換熱站內(nèi)設(shè)備運行參數(shù)多為人工調(diào)節(jié)，隨著室外溫度及熱負(fù)荷的不斷改變，不斷的人工調(diào)節(jié)二次供水溫度以保證用戶室內(nèi)能夠維持恒定的溫度。在這種情況下，人工手動調(diào)節(jié)必然存在著較大偏差，只能夠根據(jù)經(jīng)驗達(dá)到粗調(diào)節(jié)，不能夠 居民對室內(nèi)溫度恒定。為了改變這一情況，多年以來供熱行業(yè)一直在探討開發(fā)能充分適應(yīng)熱負(fù)荷不斷變化的細(xì)調(diào)節(jié)運行方式，以適應(yīng)熱負(fù)荷變化較大、調(diào)節(jié)頻率較高對系統(tǒng)平衡能力的需求，滿足熱用戶的合理需求，達(dá)到經(jīng)濟運行目的。 目前，由微機 監(jiān)控?fù)Q熱站從技術(shù)上滿足了這種需求，其原理是通過變送器遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，經(jīng)有線或者無線方式將信號傳遞到控制中心進(jìn)行中央監(jiān)控，同時將控制信號以組態(tài)模式實時反饋，控制電控執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對二次供、回水溫度的合理控制和處理突發(fā)事故。無人值守?fù)Q熱站具有以下特點：運行人員少，人員培訓(xùn)時間段，界面人格化，且能只管的監(jiān)控?fù)Q熱站的運行情況；可以科學(xué)的根據(jù)天氣情況及負(fù)荷變化通過適時反饋自動進(jìn)行蒸汽流量細(xì)調(diào)節(jié)，降低直接成本；既可以循環(huán)監(jiān)控各換熱站的運行參數(shù)，又能抽調(diào)某個換熱站的運行狀態(tài)，保證了系統(tǒng)監(jiān)控實時性；可以設(shè) 定系統(tǒng)臨界參數(shù)，系統(tǒng)異常時在控制中心實現(xiàn)報警，在必要時能及時的將控制信號自動反饋到電動執(zhí)行機構(gòu)，處理突然事故，保證了系統(tǒng)的安全性。 從理論上，通過計算機技術(shù)、 PLC、 傳感器數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和測控技術(shù)，需做到換熱站在整個運行期間無需人員巡視時可行的，但是相應(yīng)的硬件設(shè)施投入相對過大。因此從企業(yè)經(jīng)濟效益角度出發(fā)，應(yīng)以遠(yuǎn)程監(jiān)控影像安全運行參數(shù)為主，輔以人員巡查，達(dá)到無人值守的目的。本課題來源于 平安小區(qū) 換熱站的控制與技術(shù)，如何隨時了解換熱站的工作情況和有關(guān)信息，并根據(jù)這些信息和室外溫度對換熱站進(jìn)行及時調(diào)控，使供暖系統(tǒng)始終 在一個最佳工況下運行，從而獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，這就是本課題的研究目的所在。 基于 PLC 和變頻器的集中供熱換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計 6 所要實現(xiàn)的控制功能 本課題包括以下基本控制功能： 該熱交換站主要監(jiān)測內(nèi)容有一次熱媒側(cè)供回水溫度、二次熱水流量、二次供回水溫度、供回水壓差、室內(nèi)外溫度、供熱水泵工作、故障及手動 /自動轉(zhuǎn)換狀態(tài)等。并進(jìn)行信號處理后在彩色顯示器上顯示，同時還顯示運行模擬圖、主要工藝參數(shù)的變化曲線等畫面。 （ 1） 供水溫度的自動控制 ： 根據(jù)裝設(shè)在熱水出水管處的溫度傳感器檢測的溫度值與設(shè)定值的偏差，自動調(diào) 節(jié)二次側(cè)供熱水泵的頻率，實現(xiàn)水泵的變頻調(diào)節(jié)。實際使用中當(dāng)高溫水側(cè)流量變化時，出口溫度就降低，用一般反饋由于存在較大的慣性滯后可能使供水溫度產(chǎn)生較大的動態(tài)偏差，為此在系統(tǒng)中應(yīng)加入流量前饋補償信號。 （ 2） 供回水壓差控制： 測量供回水壓差控制其旁通閥的開度，以維持壓差設(shè)定值； （ 3） 當(dāng)供熱泵停止運行時，一次熱媒電動調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉 ； 3. 報警 功能： 系統(tǒng)將對運行參數(shù)越限、運行故障和設(shè)備故障報警并發(fā)出相應(yīng)的報警 信號。 4． 豐富的實時管理功能：操作人員可方便地在線修改各受控輸出的設(shè)定值、越限報警值和故障報警值。維修人員 可方便地調(diào)整內(nèi)部參數(shù)，使之適應(yīng)系統(tǒng)的大幅度調(diào)整，如更換儀表、執(zhí)行機構(gòu)等。具有各種不同的顯示畫面，可定時和隨機打印生產(chǎn)運行日報表、月報表等統(tǒng)計報表。 本章小節(jié) 通過前面對 集中供暖系統(tǒng) 現(xiàn)狀、 目前 換熱站運行情況 和 對本課題的分析介紹可知 ， 換熱站集中供暖已經(jīng) 普及但大多數(shù)還是存在著控制手段過于簡單，耗能嚴(yán)重等