PLC在热网首站自动控制系统中的应用

王力强

【摘要】文章通过实际工程从首站自控系统结构、系统控制思想以及首站系统的实现几方面来对PLC（可编程逻辑控制器）系统在首站控制中的应用进行详细的阐述。

【关键词】首站温度控制 集中供热 汽水换热器

中图分类号：TU995 文献标识码： A 文章编号：

1、前言

热网自动化控制系统在现阶段是城市集中供热大势所趋。而在城市集中供热系统中，供热首站作为热网的第一个环节，供热首站的控制效果直接决定热用户的采暖效果，控制系统的自动化程度也决定了操作人员的劳动程度，同时也决定了节能的效果。

2、首站系统构成

一座首站一般情况是由三台汽轮机带动三台循环泵运转用于主管网水的循环，一台变频器带三台电机实现恒压补水四套汽水换热器，一个储水箱用于收集冷凝水。四套汽水换热器中，其中一套使用汽轮机的出口蒸汽，三台汽水换热器分别通过电动阀门控制蒸汽流量来控制出水温度。

首站控制系统，后台采用Indu View SCA-DA/HMI件，同时实现了对首站和二级站的数据采集与控制，很好的实现了整个供热系统的运行系统的监测与控制功能，实现了首站少人值班，二级站无人值班的运行方式。

首站控制功能包括：汽轮机的运行保护，采用PID算法控制变频器驱动补水泵实现自动恒压补水，采用扩展的PID算法，通过电动阀门控制蒸汽流量实现温度的控制。

3、首站控制系统构成

首站通过变频器机柜，通过一台变频器带3台电机，给供热系统恒压补水。这种运行方式比较常见，简要的介绍一下：通过PLC控制三台补水泵的运行，设定好运行压力后，其中一台泵变频起动，在达到一定的时间后，改为工频运行，如果未到设定的压力，第二台泵变频起动，同理，第三台泵也是如此。如果运行压力超过了设定压力，则要顺序停止补水泵。在设定压力的一定范围内，补水泵通过PLC的PID算法变频运行，保持补水的压力基本恒定。同时还要考虑其他因素，这些对于系统的安全运行都有重要作用。包括过载、过压，突变压，与汽轮机等设备的连锁。此功能使用到了PLC带的常规的PID控制，很好的实现恒压补水。

换热站有四台换热器，其中三台是通过对电动阀门开度的控制，实现供水温度的控制。为了实现对出水温度的控制，在每一套汽水换热器的出水管道上安装了温度变送器，电动阀具有阀门开度反馈。

由于管路中水量大，加热延时时间长，汽水换热器属于大时滞温度控制对象，恒压补水已经使用了PLC自带的PID算法，是快速反应系统，设定好的参数不适用于换热器电动阀的控制，不能实现预想的效果。而出水温度受到多方面的影响，阀门的开度，蒸汽的压力、温度，回水的温度、循环泵的运转速度。水流量都是影响出水温度的重要因素，从记录的温度连续曲线可以看出，由于管道直径较大，汽水换热器出水的水流未充分混合，水的温度在测点部位并不是缓慢变化的，会有3到5摄氏度的快速变化。

对于这样的大时滞温度控制对象，通过软件编程扩展了PID的用法，对于PID模块除了常规的比例、积分和微分的相关参数设置，还通过定时器和一些中间变量，扩展了PID模块的控制逻辑，经过参数的优化，很好的实现了供水温度的控制。

根据PID功能块的用户手册的要求，PID功能块FB41需要在周期性中断功能中调用，按此要求在CPU315-2DP中可以使用OB35来周期的调用FB41，而O35的中断周期，需要在硬件配置的时候设置好，在使用过程中，如果要改变中断周期，需要停机。这就为工程调式带来不便。

在工程调式中，对于这种大时滞温度对象，按照手册的要求使用FB41，反复调整PID的各种参数，其输出值的变化仍然显得太快，造成超调，在这种情况下，根据PID功能块周期执行的特点，增加了定时器，设定中间变量，增加PID功能块FB41的执行间隔。经过参数的调整，很好的解决了这个问题。

四套汽水换热器在实际运行中，通过的水流量是有差异的，所以出力也不同，其中一套采用驱动汽轮机后的蒸汽，出水温度不受控制，受控的三套汽水换热器，使用同样的出口温度设定值，独立的采用PID控制算法，分别控制电动阀的开度。

自动控制是主要的运行方式，减轻了值班人员的劳动强度。

实际的运行状态曲线表明，采取的控制策略很好的抑制了超调，减少了电动阀门的动作次数，而温度的波动范围也在较小的可接受的范围内，达到了设想的目标。

4、结论：

本文对于汽轮机、汽水换热首站的自动运行提供了一个低成本的控制运行方案，在实际应用中采用一套西门子PIC的CPU315实现了恒压补水与换热器出水温度的恒温控制，同时实现了汽轮机运行保护，降低了整个系统的造价，提高了换热站的控制效率，取得了很好的控制效果，自投运以来，一直处于自动运行的状态，值班人员对系统的干预主要是设定补水的压力和出水的温度，极大的减轻了值班运行人员的劳动强度。运行结果表明，系统的控制方法先进，性能优越，功能齐全，使用方便可靠。本系统虽是针对供暖而设计，但是它综合考虑了恒压补水和恒温控制的基本思想，因而具有一定的针对性和应用广泛性。

参考文献：

【1】 《热电厂与区域锅炉房联合供热的工况分析》区域供热

【2】 《多热源联合供热的工况分析》煤气与热力