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摘要：本文本文介绍了可编程控制器在换热站自控系统中的应用，针对换热站自动系统的软件与硬件进行简要描述，并介绍了远程集控在节能控制中的实例，有效的解决能源浪费的问题。
关键词：智能控制换热站 远程集控
中图分类号：TU833文献标识码： A
1、引言
随着城市集中供热工程的不断发展，如何保障供热系统的高效稳定运行对现阶段的供热工程提出了更高的技术要求。本文介绍了可编程控制器在换热站自控系统中的应用。可编程控制器除了用于对现场仪表的数据采集和处理以外，还用来完成对现场的自动化设备的控制。此外，工控组态软件作为一种标准的人机界面被用于监控工业生产的动态过程。本系统中基于软件和硬件的运行情况将在文中作进一步的详细阐述。
2、换热站自控系统功能设计
2.1工艺设计要求
换热站中采暖换热机组主要由板式换热器组成的换热系统、两台循环水泵组成的循环水系统及一台补水泵组成的补水系统来构成。上位机以西门子触摸屏作为主要的人机界面(HMI)，为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。
(1)在生产过程中，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对这些参数进行实时采集和处理。
(2)换热站的自动控制，即实现整个一次网与二次网的换热过程和二次网采暖供水过程的全自动控制，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。
(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行控制，已达到对二次供水温度的控制。
(4)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活性，可以实现变频器的低频限制，以避免变频器、水泵长时间在低频运行，从而保护电动机及变频器。
(5)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，使换热温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和联锁启停切换控制。
2.2控制系统设计
2.2.1 换热站控制器
为了满足上面提到的换热站自控系统的设计要求，我们选用西门子公司SIMATIC S7-300可编程控制器(PLC)为主要组件的自控系统，再配以可视化方便的人机操作界面，来实现换热站自控系统的各项功能。S7-300采用模块化结构、适合密集安装，模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
2.2.2 人机操作界面
HMI人机界面系统作为基础自动化系统重要组成部分，用于控制系统的各种数据的设定、显示和故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。在西门子触摸屏上采用winCC flexible 2008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：在画面中模拟显示整个换热站现场一次和二次网运行的全过程，并且实时显示了各支路水的温度与压力，以便于操作者能及时准确地掌握本体内的换热情况，能够对现场设备的故障进行实时诊断。
(2)手操器的操作与对现场仪表的监控：手操器有手动和自动两种工作方式，在设备安装调试阶段一般用手动操作方式，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精确控制，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行实时报警,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。
2.2.3 网络通讯方式
为了满足在单元层、现场层及其他方面的不同要求，有多种通信网络及国际标准可供我们选择，主要有Industrial Ethernet（IEEE 802-3和802.3u）、PROFIBUS (IEC 61158/EN 50170)及MPI等。根据本系统的网络通讯要求和特点，我们选用了MPI（多点接口）通讯方式，其优点是CPU可以同时与多个设备建立通讯联系。同时我们添加CP343网络通讯模块，使换热站自控系统能够通过VPN网络与热力公司集控中心远程通讯，实现无人值守与远程监控相结合的先进运行管理模式。
3、换热站节能控制的分析
3.1换热站节能控制系统设计
3.1.1 换热站二次供温控制方式
换热站控制器对温度的调节控制就是要保证二次网有一个预设定供水温度，该温度控制可随室外温度变化而变化，并且分时段进行补偿或者恒温控制。控制部件是一次管网换热机组回水端的电动调节阀，该阀门控制换热器一次循环水量。将预设定值作为给定值，二次供水温度测量值作为反馈值，阀门的开度作为输出值，保障二次供水温度的恒定。当换热站二次供水温度低时，电动阀开度增大；当二次供水温度高于给定值时，电动阀开度减小，减小一次网的流量，使二次网的供水温度稳定在设定值附近，达到节能的目的。
3.1.2 循环泵的变频控制
循环水泵是换热站二次网系统的主要设备，其电耗大小不但对电资源有影响，也对运行成本有显著影响。水泵的流量和扬程的选择与配置十分重要，选择与配置相当，装机电功率合适，运行工作点处于设备高效率区域，耗电量少；选择与配置不当（一般是偏大），装机电功率偏大，运行工作点偏离设备高效率区域，则电耗多。采用变频器控制循环水泵的运行可以随时调节水泵的转速以适应二次供回水的压差变化及流量变化。当系统采用量调节时，采用变频调速可使循环水量随着室外温度、二次供水温度等因素的变化而不断变化。可避免按照设计符合进行供热而造成的不必要浪费。
3.2远程集控在节能控制中的应用
为充分发挥自控系统在换热站节能设计中的优势，针对于武汉目前运营的集中供热热水管网和换热站，组建了一整套实时城市热力系统运行状态检测与远程控制系统，方便用户及时有效地获取城市热网及各换热站的实际运行数据，为热力管网的自动化调度提供科学的依据。
系统主要功能：
随时监控各热力站的的流量，计量管网的真实管损；
随时监控热力站场的运行情况，实现按需供热，节能降耗；
通过节点的压力监测，建立实际的水压图，监控管网的运行状况；
数据多部门共享，提高热费收取的合理性，有利于用户的信任；
通过历史数据的分析，为热水管网、换热站的开发、设计、技术改造提供量化依据；
当增减热负荷时，可调迅速整管网输送能力；
近年来普遍实行冬季24h持续供热，在许多供热系统中，热用户用热需求明显不同。因此，在现实中的诸多环节存在着巨大的节能空间，只因缺乏有效可行的调节手段，在管网中无法区别管理，而任凭热能无谓的消耗。所以，在热网中有必要对热用户区别管理，进行有效的调节控制，根据热用户的特点分区域分时段供热，对于保障供热系统优质供热、安全运行、经济节能、环境保护等具有十分重要的作用。
4、结语
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活、控制可靠、可现场调试的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障，同时也描述了远程集控系统在热力系统中应用。该控制系统已在最近的采暖期中得到实际应用,提高了现代化管理水平，使其能够科学有效的控制和管理换热站，保障换熱站安全、稳定、节能地运行，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。
参考文献
[1]徐伟、邹瑜;供热系统温控与热计量技术[M].北京：中国计划出版社.2000
[2]崔维涛;换热站监控系统开发与智能控制的研究[D]. 大连：大连理工大学 2007.12
[3]周志廉;关于我国城市集中供热发展的思考[J].经济丛刊.2006
关键词：智能控制换热站 远程集控
中图分类号：TU833文献标识码： A
1、引言
随着城市集中供热工程的不断发展，如何保障供热系统的高效稳定运行对现阶段的供热工程提出了更高的技术要求。本文介绍了可编程控制器在换热站自控系统中的应用。可编程控制器除了用于对现场仪表的数据采集和处理以外，还用来完成对现场的自动化设备的控制。此外，工控组态软件作为一种标准的人机界面被用于监控工业生产的动态过程。本系统中基于软件和硬件的运行情况将在文中作进一步的详细阐述。
2、换热站自控系统功能设计
2.1工艺设计要求
换热站中采暖换热机组主要由板式换热器组成的换热系统、两台循环水泵组成的循环水系统及一台补水泵组成的补水系统来构成。上位机以西门子触摸屏作为主要的人机界面(HMI)，为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。
(1)在生产过程中，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对这些参数进行实时采集和处理。
(2)换热站的自动控制，即实现整个一次网与二次网的换热过程和二次网采暖供水过程的全自动控制，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。
(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行控制，已达到对二次供水温度的控制。
(4)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活性，可以实现变频器的低频限制，以避免变频器、水泵长时间在低频运行，从而保护电动机及变频器。
(5)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，使换热温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和联锁启停切换控制。
2.2控制系统设计
2.2.1 换热站控制器
为了满足上面提到的换热站自控系统的设计要求，我们选用西门子公司SIMATIC S7-300可编程控制器(PLC)为主要组件的自控系统，再配以可视化方便的人机操作界面，来实现换热站自控系统的各项功能。S7-300采用模块化结构、适合密集安装，模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
2.2.2 人机操作界面
HMI人机界面系统作为基础自动化系统重要组成部分，用于控制系统的各种数据的设定、显示和故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。在西门子触摸屏上采用winCC flexible 2008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：在画面中模拟显示整个换热站现场一次和二次网运行的全过程，并且实时显示了各支路水的温度与压力，以便于操作者能及时准确地掌握本体内的换热情况，能够对现场设备的故障进行实时诊断。
(2)手操器的操作与对现场仪表的监控：手操器有手动和自动两种工作方式，在设备安装调试阶段一般用手动操作方式，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精确控制，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行实时报警,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。
2.2.3 网络通讯方式
为了满足在单元层、现场层及其他方面的不同要求，有多种通信网络及国际标准可供我们选择，主要有Industrial Ethernet（IEEE 802-3和802.3u）、PROFIBUS (IEC 61158/EN 50170)及MPI等。根据本系统的网络通讯要求和特点，我们选用了MPI（多点接口）通讯方式，其优点是CPU可以同时与多个设备建立通讯联系。同时我们添加CP343网络通讯模块，使换热站自控系统能够通过VPN网络与热力公司集控中心远程通讯，实现无人值守与远程监控相结合的先进运行管理模式。
3、换热站节能控制的分析
3.1换热站节能控制系统设计
3.1.1 换热站二次供温控制方式
换热站控制器对温度的调节控制就是要保证二次网有一个预设定供水温度，该温度控制可随室外温度变化而变化，并且分时段进行补偿或者恒温控制。控制部件是一次管网换热机组回水端的电动调节阀，该阀门控制换热器一次循环水量。将预设定值作为给定值，二次供水温度测量值作为反馈值，阀门的开度作为输出值，保障二次供水温度的恒定。当换热站二次供水温度低时，电动阀开度增大；当二次供水温度高于给定值时，电动阀开度减小，减小一次网的流量，使二次网的供水温度稳定在设定值附近，达到节能的目的。
3.1.2 循环泵的变频控制
循环水泵是换热站二次网系统的主要设备，其电耗大小不但对电资源有影响，也对运行成本有显著影响。水泵的流量和扬程的选择与配置十分重要，选择与配置相当，装机电功率合适，运行工作点处于设备高效率区域，耗电量少；选择与配置不当（一般是偏大），装机电功率偏大，运行工作点偏离设备高效率区域，则电耗多。采用变频器控制循环水泵的运行可以随时调节水泵的转速以适应二次供回水的压差变化及流量变化。当系统采用量调节时，采用变频调速可使循环水量随着室外温度、二次供水温度等因素的变化而不断变化。可避免按照设计符合进行供热而造成的不必要浪费。
3.2远程集控在节能控制中的应用
为充分发挥自控系统在换热站节能设计中的优势，针对于武汉目前运营的集中供热热水管网和换热站，组建了一整套实时城市热力系统运行状态检测与远程控制系统，方便用户及时有效地获取城市热网及各换热站的实际运行数据，为热力管网的自动化调度提供科学的依据。
系统主要功能：
随时监控各热力站的的流量，计量管网的真实管损；
随时监控热力站场的运行情况，实现按需供热，节能降耗；
通过节点的压力监测，建立实际的水压图，监控管网的运行状况；
数据多部门共享，提高热费收取的合理性，有利于用户的信任；
通过历史数据的分析，为热水管网、换热站的开发、设计、技术改造提供量化依据；
当增减热负荷时，可调迅速整管网输送能力；
近年来普遍实行冬季24h持续供热，在许多供热系统中，热用户用热需求明显不同。因此，在现实中的诸多环节存在着巨大的节能空间，只因缺乏有效可行的调节手段，在管网中无法区别管理，而任凭热能无谓的消耗。所以，在热网中有必要对热用户区别管理，进行有效的调节控制，根据热用户的特点分区域分时段供热，对于保障供热系统优质供热、安全运行、经济节能、环境保护等具有十分重要的作用。
4、结语
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活、控制可靠、可现场调试的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障，同时也描述了远程集控系统在热力系统中应用。该控制系统已在最近的采暖期中得到实际应用,提高了现代化管理水平，使其能够科学有效的控制和管理换热站，保障换熱站安全、稳定、节能地运行，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。
参考文献
[1]徐伟、邹瑜;供热系统温控与热计量技术[M].北京：中国计划出版社.2000
[2]崔维涛;换热站监控系统开发与智能控制的研究[D]. 大连：大连理工大学 2007.12
[3]周志廉;关于我国城市集中供热发展的思考[J].经济丛刊.2006