发布时间 : 星期日 文章基于S7-200PLC的热力公司换热站控制系统设计课程设计更新完毕开始阅读c771fc7eec630b1c59eef8c75fbfc77da26997bf
河北联合大学综合课程设计说明书 2 总体设计方案
同等级，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。特模拟量输入模块可用来直接接收传感器信号。
3.温度测量模块
温度测量模块专门为检测温度而设计。温度测量模块有热电偶温度测量模块EN231 TC和热电阻温度测量模块EM231RTD。
4.位控制模块
EM235位控模块是S7-200的特殊功能模块，它能够产生脉冲串用于步进电机或伺服电动机的速度和位置开环控制。它与S7-200通过扩展的I/O总线通信，它带有8个数字输出。
5.通信模块
（1）PROFIBUS-DP现场总线通信模块
EM277是PROFIBUS-DP的现场总线通信模块，用来将CPU224连接到PROFIBUS-DP现场总线网络。EM277通过RS-485通信接口连接到PROFIBUS-DP网络的其他设备上。
（2）AS-i接口模块
AS-i接口模块CP243-2是专门用于现场执行器和传感器接口的模块，并且有集成模拟量处理和传送单元。 （3）工业以太网模块
工业以太网根据 国际标准IEE802.3定义。S7-200PLC所应用的工业以太网模块主要有CP243-1和CP243-1 IT两种。 （4）调制解调器模块
调制解调器模块EM241，可连接到模拟电话线，应用Modbus主/从协议实现S7-200PLC主机与远程PC机进行通信，即实现PLC-TO-PC通信。
2.4 换热站工作原理
换热站的工作原理为热源提供的蒸汽在换热器中与循环水相混合，加热循环水并经供水管道输送到用户，再把用过的热水经回水管道通过循环水泵回收到换热器中加热循环使用，利用供，回水温差产生的热量给用户供暖。
该结构采用的调节方式是一次侧采用量调节方式，二次侧采用分阶段改变流量的质调节方式，本系统的控制部分采用PLC可编程控制器进行计算及控制各传感元件和执行器，实现对换热站的自动调节。
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以热水和蒸汽为载能体，通过管网为一个区域的所有热用户供热。通常是由一个和多个供热设备集中供热，例如供热锅炉、热电联产装置、温泉地热、低温供热核反应堆的热源及工业余热等。集中供热系统是由热源、热用户和热网三部分组成。热源负责制备热媒，热力网负责热媒的输送，热用户是指用热场所。集中供热系统的热用户有供暖、通风、热水供应、空气调节及生产工艺等用热系统。
由于供热系统中热用户的热负荷并不是恒定的，如供暖通风热负荷随室外气象条件变化，热水供应和生产工艺用热随使用条件等因素变化。要保证供热质量，满足各热用户要求，并使热能的制备和输送合理，就要对供热系统进行运行调节一一也就是供热调节。
在城市集中热水供热系统中，供暖热负荷是系统最主要的热负荷，甚至是唯一的热负荷。因此，在供热系统中，通常按照供暖热负荷随室外温度的变化规律，作为供热调节的依据。供热调节的目的，在于使供暖用户的散热设备的放热量与用户热负荷的变化规律相适应，以防止供暖热用户出现温度过高或过低。
换热站是供热网路与热用户的连接场所，在其内安装有与用户连接的有关设备、管道、阀门、仪表和控制装置。它的作用是根据热网工况和不同的条件，采用不同的连接方式，将热网输送的热媒加以调节、转换，向热用户系统分配热量以满足用户的需求;同时还应根据需要，进行集中计量、检测供热热媒的参数和数量。根据规模和设置地点不同，换热站又可分为首站、区域换热站、集中换热站和用户换热站。热力输配网络控制的重点是换热站的控制。
换热站主要完成从供热一次网到二次网的热量交换，置换出的二次网的热水温度一般在40℃~65℃之间。换热站监控系统可对热网的温度、压力、流量、开关量等进行信号采集测量、控制、远传，实时监控一次网、二次网温度、压力、流量，循环泵运行状态，及水箱液位等各个参数信息，进而对供热过程进行有效的监测和控制。在供热期间可按室外温度调节二次网供回水温度（可手动、自动切换），达到按需供热，实现气候补偿节能控制；也可以进行分时分区节能控制，实现供热全网热量平衡及节约能源。
该方案主要是结合换热站的实际情况，通过对环境温度，二次供水温度及压力的监测，实现对一次侧的供汽量和二次循环水供水温度，流量的自动调节以适应热用户的实际需求，同时对二次管网系统进行自动补水定压以维持其的稳定性。
2.5系统总体方案设计思路
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集中供热系统的控制是一个多层次的复杂控制系统。由换热站控制柜和检测控制系统构成，控制柜完成循环水泵系统和补水系统的控制功能，具有手动和自动运行模式，也有工频和变频运行模式。
PLC可以根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽量进行控制，以达到对二次供水温度进行控制，提高供热质量的目的。PLC通过压力传感器和变频器来实现对二次供水压力的控制，当一台水泵无法通过变频补水达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行。
换热站的运行程序独立存在于其控制系统PLC内，能够脱离上位机监控管理软件而独立运行，其运行可以通过中央控制室上位机监控管理系统来观察并实施调整。各个换热站独立工作的同时，利用通讯系统将运行状态数据传给监控管理系统供参考，同时接受监控管理软件进行的运行参数调整。
2.6 该方案要实现的控制功能
本方案包括以下基本控制功能
1.运行参数检测功能：该热交换站主要监测内容有一次热媒侧供回水温度、二次热水流量、二次供回水温度、供回水压差、室内外温度、供热水泵工作、故障及手动，自动转换状态等。并进行信号处理后在彩色显示器上显示，同时还显示运行模拟图、主要工艺参数的变化曲线等画面。换热站监控系统主要检测内容又一次热媒侧供回水温度、二次热水流量、二次供回水温度、供回水压差、室内外温度、供热水泵工作、故障及手动、自动转换状态等。
（1）、系统可以自动进行故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数并控制设备运行状态。
（2）、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量进行控制，以达到对二次供水温度进行控制，以达到节省能源，提高供热质量的目的。
（3）、在系统中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。自控系统通过加入时间日程表的控制，实现一天当中不同时刻对应不同的温度。
（4）、PLC通过压力传感器和变频器来实现对二次供水压力的控制，当一台补水泵无法通过变频补水达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行补水。最终实现更加智能化得恒定补水控制。
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（5）、当前可编程控制器是专业为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已成为电气控制系统中应用最为广泛的核心位置，他不仅能实现法杖的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间不间断运行。
（6）、在换热站的控制系统中还附加了安防系统的功能，在监测环境温度湿度的同时，还可检测门窗、电源、电压、电流、地面水分、设备温度等安防信息，出现意外时，系统自动远程报警，达到无人值守基站的防护标准。 7)换热站控制系统的调节系统采用PID调节控制，确保了进气和供水温度、压力准确稳定，使换热站温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。
2.控制功能
（1）供水温度的自动控制：根据装设在热水出水管处的温度传感器检测的温度值与设定值的偏差，自动调节二次侧供热水泵的频率，实现水泵的变频调节。实际使用中当高温水侧流量变化时，出口温度就降低，用一般反馈由于存在较大的惯性滞后可能使供水温度产生较大的动态偏差，为此在系统中应加入流量前馈补偿信号。
（2）供回水压差控制：测量供回水压差控制其旁通阀的开度，以维持压差设定值；
（3）当供热泵停止运行时，一次热媒电动调节阀自动关闭；
（4）根据装设在热水出水管处得温度传感器检测的温度值与设定值的偏差，自动调节二次侧供热水泵的频率，实现水泵的变频调节。实际使用中当温度水侧流量减小时，出口温度就降低，采用一般反馈由于存在较大的惯性滞后，可能使供水温度产生较大的动态偏差，因此在系统中应加入流量前馈补偿信号。另外由于供水温度的设定值主要由室内温度来确定，因此还需要对室内温度进行控制。找一个标准房间作为被调对象进行室内温度的调节，其设定温度约为18度，从而通过测定满足室内温度的换热站出水温度和回水温度及流量，并通过计算获得较为准确的跟踪实际情况的热负荷，达到按需供热的目的。
3. 报警功能：系统将对运行参数越限、运行故障和设备故障报警并发出相应的报警信号。
4．丰富的实时管理功能：操作人员可方便地在线修改各受控输出的设定值、越限报警值和故障报警值。维修人员可方便地调整内部参数，使之适应系统的大幅度调整，如更换仪表、执行机构等。
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