PLC集中控制系统

PLC集中控制系统（精选8篇）

PLC集中控制系统 第1篇

1 网络的配置

根据水厂工艺流程要求、平面布局及控制点数, 系统站点设置如下: (1) 中心控制室; (新建) ; (2) 1#站点:送水泵房 (已建) ; (3) 2#站点:一期滤池、沉淀池、反冲洗 (已建) ; (4) 3#站点:加氯间 (已建) ; (5) 4#站点:加矾间 (已建) 。

1.1 选用的网络和网络协议

水厂自控系统将采用符合ETHERNET/IP标准的工业以太网, 其核心协议是控制与信息协议 (Control and Information Protocol, CIP协议) 。CIP协议的控制部分用以进行实时I/O数据传送和互锁;信息处理部分用以进行报文信息的交换, 如对等的通讯、报警、组态、操作员显示站以及故障诊断等。

1.2 网络拓扑图及说明

全厂自控系统的整体框架可以分为两大部分, 即现场PLC控制部分和计算机监控及信息管理部分。

各个PLC子站之间的主干网络采用100Mbps全双工交换式光纤环网;分站中的不同设备如PLC、现场操作终端等以工业以太网光纤交换机为中心按星型方式相连。

系统主干网络采用6芯多模室外铠装光纤铺设, 同时在每个站点分别安装一台工业以太网光纤交换机, 速率为100Mbps, 组成自愈环网, 该结构具有线路冗余, 当线路上有一个断点时, 整个网络仍可正常通讯, 以提高整个系统的可靠性和安全性。

每个站点均安装一台PLC和一台操作员工作站。PLC负责控制、数据采集和通讯等;操作员工作站负责现场监控、维护和管理。

中心控制室设置二台操作员监控工作站和一台工程师工作站, 以及一台监控服务器。监控服务器安装网络版的RSVIEW SE组态软件服务器端, 负责存储运行文件和运行数据, 同时通过Rs SQL Server向水厂局域网数据库传送数据;操作员监控工作站安装有RSVIEW SE组态软件客户端, 监控生产工艺流程及设备的运行状态;工程师工作站负责系统的维护、调试和管理等。

2 主要软、硬件设备

2.1 主要硬件设备

(1) PLC:美国Rockwell公司的SLC5/01; (2) 触摸屏:PRO-FACE 10.4寸; (3) 工业以太网交换机:东土KIEM2000-2M; (4) 服务器:DELL PE840; (5) 工作站:DELL E530。

2.2 主要软件

(1) RSView SE Server及Client人机界面运行平台; (2) RSView Studio人机界面开发软件; (3) RSNet Worx网络组态软件; (4) RSLogix500 PLC编程软件; (5) RSLinx通讯软件; (6) RSSql数据库接口软件。

3 系统功能

3.1 控制方式

分为手动控制和PLC控制二种运行状态, 运行状态的转换由MCC柜上的转换开关进行切换控制, 生产设备在二种不同的运行状态下接收不同的控制信号来源, 自控系统在这二种不同的运行状态下执行不同模式的监控功能。

3.2 工况监测

无论处于何种控制方式下, 自控系统都将对生产过程进行实时监测, 有关输入输出信号数据的采集是系统进行自控的前提, 也为生产管理提供了最原始的资料。

3.3 数据处理

基于工况监测中所得到的实时数据, PLC将进行一些基础性的数据处理, 内容包括流量、压力、水位、水质参数和用电数据的平均值计算, 最大值, 最小值比较;脉冲量的累计转换;设备的运行时间和周期累加等等。这些基本的数据处理将有利于计算机信息系统进一步工作的展开, 而在PLC中进行这些工作也提高了数据的安全性和可靠性。

4 计算机监控系统

4.1 监控系统结构

计算机监控系统采用以网络为基础的全Client/Server方式, 以监控服务器为中心, 工业以太网络交换机作为网络的节点设备, 向上与信息服务器及全厂的计算机系统相连, 向下与监控工作站、各PLC分站相连, 形成完整的监控局部网络。

4.2 监控系统的功能

监控服务器和操作员监控工作站是建立在RSView SE系统的网络框架上, 监控服务器作为RSView SE Server提供工作站RSView SE Client即时数据信息并接受来自工作站的操作指令。Server-Client结构保证了网络的安全性。工作站只能实施该工作站所设定的允许范围的操作, 跨越权限的操作不能被接受。

监控平台的主要界面提供如下显示和操作功能: (1) 实时监控滤池的工作流程状况; (2) 实时监控反冲洗泵房的工作流程状况; (3) 液位, 水质及电量的越限报警; (4) 泵机设备运行/停机记录; (5) 液位, 流量, 水质及压力工况趋势图; (6) 报警事件处理、告示和记录; (7) 系统安全机制管理;

根据上述任务要求, 制定如下功能模块结构, 如图1所示。

4.3 监控系统的安全机制

系统的安全机制包括两个方面:系统数据的安全性和系统操作的安全性。

对于系统数据的安全机制, 本系统在监控服务器和信息服务器上各建立互补的数据备份区, 每当数据交换时, 数据同步地写到对方的备份区进行备份保存, 一旦因意外而丢失数据, 操作员可以通过数据备份区将数据恢复出来。

对于系统操作的安全机制, 本系统作为全厂的监控中心, 必须有严格的操作安全措施, 确保生产的安全, 因此, 凡进入系统操作的人员必须先进行登录, 计算机将检测操作人的合法性, 如果三次检测非法, 系统将只能进行数据浏览, 拒绝操作人的操作。同时计算机也将检测操作人的级别, 如果是系统管理员, 将可访问系统的所有模块, 包括:系统参数维护模块。如果是一般操作员则只能常规生产操作, 而不能修改系统参数和运行数据。

系统具有操作员登录功能。为了减少操作员输入的工作量, 对操作员的姓名采用预先存入计算机硬盘内, 通过下拉框由操作员点取自己姓名, 然后输入自己工号 (或者说是密码) , 只有登录成功后, 方能进入功能窗口。系统同时具备撤消登录的功能。作为一项规章制度, 操作员或系统管理员在当班前或进入系统前应进行登录, 计算机在确认其身份后, 才允许其操作, 并将其所有的操作活动都记录在系统内备查, 当操作员暂时离开、下班或系统管理员操作完毕, 均应撤消登录。一旦发生问题和事故, 在计算机内, 都将有稽可查, 分清责任, 有利于事故的处理和生产管理。

5 结语

整个系统完全能满足自来水厂自动控制的要求。整个方案安全可靠、经济实用, 易于编程、操作及维修。

摘要：利用PLC使整个自控系统, 成为一个统一的整体, 自来水的生产过程连贯, 控制准确, 可以按要求自动完成各个生产流程, 从而大大地降低了工人的劳动强度和设备故障率, 提高了制水的质量。将已建成的送水泵房PLC站、V型滤池PLC站、加氯间PLC站以及加矾间PLC站连接成光纤控制环网, 将生产实时数据送入中控室, 统一控制水厂的各个生产环节。介绍硬件设计、软件设计和PLC自控系统的配置与选型。

关键词：水厂自控,PLC,集中控制

参考文献

[1]Micro Logix可编程控制器选型指南[M].

[2]Micro Logix 1500可编程控制器选型[M].

[3]Compact IO选型指南[M].

[4]AB RSLogix 500编程环境入门[M].

[5]SLC500 and Micro Logix 1000指令集参考手册[M].

PLC集中控制系统 第2篇

关键词 S7-400 S7-300 PLC 选煤厂集控

新疆焦煤集团选煤厂设计为重介+浮选联合工艺流程，年原煤入洗能力270万吨，分为一套、二套工期建设。一套设计原煤人洗量120万吨，建于2005年。二套设计原煤人洗量150万吨，建于2008年。

一、选煤厂生产工艺对集中控制系统的要求

选煤工艺特点是环节多，程序复杂、采用了大量的机械设备，一般均为连续生产，不能单独开某一台设备进行生產，在生产正常运行中设备之后的任何一台设备的突然停车，都将会造成堆煤、压设备、跑水等现象，引起事故，因此集中控制系统要求较高。一套设计设备共180余台，其中80余台主要工艺设备均纳入集控系统，由集控室调度员实施集中控制，其他设备作为现场就地操作集中监视。根据选煤厂特点及要求，将全厂各车间并入一个集中控制系统，统一管理。一套集控分为4个控制系统：原煤准备系统、中煤矸石排料系统、重介主选系统、浓缩压滤尾煤系统。二套设计设备共80余台，其中60余台主要『：艺设备均纳入集中控制，设一个控制系统。其中一、二套公用原煤准备系统、中煤矸石排料系统。

1.集控控制的要求。（1）集控系统具有集中和就地两种控制方式，集中方式用于正常生产，就地控制方式用于检修、试车，要求各设备全可能实现就地、远方集控启停功能。（2）集控系统设有启、停车预告信号，设备故障报警信号及紧急停车信号。（3）现场操作人员可以解除设备的运行，以免造成人员伤亡及减少故障损失。（4）起车过程、运行过程和停车过程原则上设备按逆煤流闭锁，凡因可能造成设备故障或因设备急停造成堵料、跑冒使车间环境恶化的，即除本台设备故障可立即停车外，其他设备也立即闭锁停车。并对各主要设备的运行状态进行闩动检测，实现设备的故障闩动诊断和保护，从而提高选煤生产效率

2.集控系统功能。集控系统把全厂的设备运行状态进行集中监控，各分站输入、输出点（AI、AO、DI、DO）将设备的开、停、故障等数字量信号引入PLC，并通过现场总线传送到集控室，实现对设备状态的监视，同时备用将来新增设备纳入到集控系统中来的模块。为提高系统的监测功能，除对主要的生产设备检测，还增加一些包括过载、堵塞、皮带的跑偏等的检测。通过对系统监测，使得系统中可能出现的故障点都有了反馈信号。因此，对于系统中的故障，集控系统可以准确、快速地检测出故障设备点和保护动作位置。模拟量过程控制主要用于工艺过程参数的检测及控制，如精煤灰分、密度、液位等，用来监视和控制产品的质量。

二、设备选型

根据要求，一套用西门子S7-400、二套用西门子S7-300系列的PLC。根据选煤厂的特点，将PLC分成5个站，各自独立的I/O分站安装在受控设备的低压配电室内，可节省大量的控制电缆、缩短电缆路径、减少施工量、降低工程成本。设备选型见表1。

三、控制方案

l.系统总体方案。把全厂的设备分为五个集中的站点，二主站三从站。主站放在一、二期主洗配电室，从站放在较远现场配电室，采用安全可靠的工业总线和上位机相连进行通讯，可以满足数据的实时监控和操作。

2.设备控制方案。在每个参控设备控制电路中串入就地控制箱，在正常生产是，控制箱打到“自动”，可实现远程启动，检修时打到“就地”，可实现设备的就地启动，为增加生产的安全性，集控和就地停止的控制继电器串联，这样控制是调度员和操作人员都可以在发现设备故障时停止设备运行。

3.人机界面设计。组态软件WinCC作为上位机监控界面设计的软件平台，如图l所示。根据全场设备的布置要求，工艺流程实现一屏设计，大屏图形显示各台设备正常运行和事故状态的显示反差明显，易于判断，便于调度操作人员对全厂设备运行状态的监视和操作。见图l。

四、电动机控制原理

一、二套系统的所有电动机采用各闩统一的控制原理和统一接线方案，以利于安装和维护，输入输出点均直接与PLC相连，而没有互连。举个简单的例子，一台设备的启、停按钮和接触器线圈这三个元件，启、停按钮分别接与PLC的输入模块相连，而接触器线圈直接与PLC的输出模块或中继相连，这三个元件本身没有直接的电气联系，它们之间的逻辑控制关系是通过软件程序实现的。

1.-套电动机控制原理。一套每台电动机现场就地控制箱为一台，有转换开关一个，手动、闩动、禁启、急停、启动、停止六个控制信号进入PLC，PLC输出有两个运行、故障信号，集中控制有启动、停止两个命令。电动机二次控制原理见图2。

图3-套电动机梯形图

3.二套电动机控制原理。二套每台电动机现场就地控制箱为一台，一个转换开关，有禁启、运行、启动三个控制信号进入PLC，PLC输出有两个运行、故障信号，集中控制有三个集控、启动、停止命令。只有集控观察到现场控制箱拨钮状态在运行位置，才具备开机条件。电动机二次控制原理见图4。

五、结束语

集中供热锅炉控制系统的PLC控制 第3篇

关键词：集中供热,锅炉控制系统,PLC控制

与城市化进程的不断加快, 城市供热已经有了专业的供热企业来运行。区域锅炉与热电联产等集中供热的方式就是今后城市供热的主要来源。这些供热系统具有低碳、环保与节能的特点, 也因此受到了社会与政府的广泛关注与大力支持。本文基于集中供热锅炉控制的系统, 分析了在PLC控制上存在的一些问题, 并针对这些问题提出了几点解决策略, 旨在帮助城市供热系统更完善的运行。

PLC的全称是Programmable Logic Controller, 指的是一种可编程的逻辑控制器。PLC通常是用于工业环境中的, 是一种对数字运算的操作的电子装置。PLC采用的是可编程的存储器, 可以对其内部存储的资料进行逻辑运算工作。近年来, 较大型的用于集中供热的锅炉房都开始采用这种技术来控制锅炉供热系统。在集中供热方面, PLC主要是运用于驱动风机以及输煤方面, 通过其内部的逻辑运算来应用于PID (比例积分微分) 中进行控制调节。虽然就目前我国集中供热锅炉的控制来看, 主要还是采用的DCS技术来控制, 但随着PLC技术的不断完善, 其在仪表控制方面已经取得了很大进展, 功能也有实质性的强化。在组态画面以及回路调节方面, PLC的抗干扰能力在这里发挥了巨大功效, 且PLC对电源的质量要求不高, 能够灵活应用与锅炉系统控制中。

1 PLC技术的工作原理

1.1 输入采样阶段

在这个阶段, PLC技术用于读取信息, 需要按顺序的依次读入所有的注入数据及状态, 并将读取到的数据跟状态自动存入映像中相应的位置上。在采样完成之后, 系统会转到用户执行输出与执行的刷新阶段, 在这个阶段过程中, 就算是用户的输入状态或是输入数据发生了变化, 在映像区已经存储了的数据信息也不会再发生相应的变化, 保证了数据的安全性。因此, 若是进行脉冲信号的输入, 那么其输入宽度应该至少比一个扫描周期要大。这样才能够有效保证用户在读取时的数据完整性其在输入时状态跟数据的有效记录,

在用户的执行阶段, PLC是按照由上至下的顺序来完成的, 扫描也是依照这个顺序来扫描用户的操作。这种扫描通常是以梯形图的方式来表示的。在对每一条梯形图进行扫描的同时, 总是以先上后下、先左后右的方式来进行扫描的, 因此对梯形图的扫描也是先扫描左边的控制线路, 在扫描由右边触点组成的控制线路。在扫描之后, 系统自动进行相应的逻辑运算。根据系统的运算结果, 存储的状态要进行相应的刷新, 以此来决定是否使用梯形图规定的指令来进行控制。

1.3 输出刷新阶段

在扫描工作完成之后, PLC控制就自动开始了刷新输出阶段。在这段时间之内, CPU会根据映像区的存储状态与数据分析进行相应的数据刷新, 刷新整个输出锁存电路, 然后进行对相应外设的驱动。这个阶段完成之后才是PLC真正输出的完成。

2 PLC控制器在集中供热上应具备的功能

PLC控制器主要是由系统控制与液晶显示终端操作组成的。系统控制主要包含I/O模块、CPU模块等模块的控制, 并且对现场设备的各种仪表进行各种物理量的测量工作。并且根据对各项执行器的连接来实现对系统的控制与调节工作。液晶显示器主要适用于对采集之后的参数、以及监控到的画面进行显示, 方便监控人员及时对突发状况采取相应解决措施, 并且显示器还能够接受一些参数修改的信息输入。PLC能够集成大多数的通讯接口, 能够适用于多种通讯网络。

对于集中供热锅炉控制系统而言, PLC的工作性能直接决定了供热系统的稳定性与安全性, 并且能够保障系统的连续运行。因此, PLC若是要想成功应用与供热系统中, 就必须具备以下几点功能:

(1) 参数搜集、处理。在参数的处理上, 主要包含数据的流量累计、数据逻辑运算、数字运算, 以及显示功能的处理。在现场控制方面, 要求系统能够独立完成内部连锁控制功能与现场闭环控制功能。

(2) 在现场监控过程中, 要求能够对现场的监控工作独立完成。并且还要求系统具备对闭环的控制功能。

(3) 系统要求配置必要的人机界面以及相应的软件跟硬件, 方便日后对现场操作中相关参数能够进行有效修订, 并随时制定相关参数。

(4) 系统要具备报警功能。由于操作对象是供热锅炉的控制系统, 因此若是系统出现故障, 在没有及时处理的情况下很容易引发事故, 造成人员的烫伤。所以系统要具备报警功能, 以便在事故发生之后及时通知现场监管人员。

(5) 在数据的发送上要及时, 并保障发送质量。由于PLC系统要对供热系统进行控制, 所以会在工作中像管理场站或者是其他部门控制单位发送控制信息。这种信息的发送要求及时准确, 确保信息的一致性。

(6) 在数据接收方面, 要接收从管理工作站发送的控制命令与初始设定值, 保证控制任务的完成。

(7) 要具备数据的处理能力。通过数据的处理, 系统要能够分析出从数据中存在的异常情况, 及时发现故障所在。

(8) 在现场控制上, PLC系统除了要实现上诉的功能之外, 还要具有远程的传输功能。远控控制能够让操作人员不必进行实地监管变能够有效对设备的运行下状态进行有效监控, 完成现场操作控制的设备控制与参数设定工作。

3 结语

集中供热锅炉控制系统若是能够有效采用PLC进行控制, 能够在很大程度上简化操作系统, 提高设备运行时的稳定性与可靠性。在对设备进行控制时, 由于PLC本身具有数据分析的能力, 因此在热能的转换上, 能够进行合理的数据分析, 一改传统控制中一味的产生热能, 造成热能浪费的现象, 通过系统化的分析来控制能源燃烧, 提高燃烧能的热效率。并且, 由于该系统具备了对设备工作状态的展示功能以及故障报警功能, 能够有效地进行远程控制, 在一定程度上节约了供热企业员工的工作强度, 也方便了员工对设备的操作。因此, 研究人员还应加强对PLC控制在集中供热锅炉控制系统中的应用, 让城市供热更加便捷、高效。

参考文献

[1]刘国华.基于PLC和FCS集中供热锅炉控制系统设计[J].电力科学与技术学报, 2011 (02) .

[2]赵钢, 徐杰, 刘红苗.基于PLC和IFIX的小区供热锅炉控制系统[J].自动化仪表, 2012 (10) .

PLC集中控制系统 第4篇

关键词：空气处理机组,PLC,通信,集中控制

0 引言

空气处理机组是中央空调系统的末端设备之一, 主要用于调节室内空气温湿度和洁净度。它通过送风管将冷却或加热后的空气送入房间, 再由回风管将房间内的空气抽回进行过滤, 如此反复循环使房间温度达到人体舒适度要求。某学院新校区建设过程中, 已先后为图书馆、行政中心、学生食堂、研发中心、网络中心等先期投入使用的建筑配置了近100台空气处理机组。这些空气处理机组的冷热源由地源热泵系统提供, 冷热水使用一套二线制供水管路。由于机组数量众多, 安装范围近50万m2, 依靠传统控制手段已无法满足操作、计量、维护和管理的需要, 因此建设一个集中监控平台实现对全校空气处理机组的统一管理和监控就显得十分必要, 也为后续工程的机组入网提供技术支撑。

1 工作原理

单台空气处理机组的主要设备包括比例调节型电动水阀、动断型电动风阀、送回风电机等。其控制系统通过温湿度传感器测量实时温湿度参数;配置的压差开关、低温防冻开关分别实现对过滤器以及风管的保护;部分机组还配置了CO2传感器, 在CO2含量超标时, 强制启动送回风设备。

空气处理机组以温度为控制对象, 实时监视室内温度并与设定温度相比较, 通过PID运算给定电动水阀开度, 从而达到自动跟踪室内温度的目的。 采用PLC的智能化空气处理机组控制原理如图1所示。

在实际工程中, 往往多台机组同时运行, 并且各机组又具有相互独立的参数设定、运行控制和状态反馈。PLC强大的网络通信功能使得构建数字化监控平台实现多台机组的远程集中控制成为可能。空气处理机组集中控制系统以建筑物分类, 多台PLC与监控中心连接时, 按组与远程计算机实现以太网连接, 网络结构如图2所示。

空气处理机组集中控制系统的主要功能是借助校园网络资源, 构建一个基于工业以太网的数字化集中监控平台, 通过对各机组运行过程中的实时数据采集和状态监控, 达到远程操作、自动计量、科学分析并做出专家决策的目的。

2 硬件设计

空气处理机组智能终端选择西门子S7-200 系列PLC, 主要硬件配置包括CPU224、 模拟量输入输出模块EM235和用以实现就地调试和手动操作的TD400C文本型人机界面。

PLC开关量输入信号主要有 “就地/远程”选择、 本机启停、风机过载保护、压差信号、防冻开关、风阀阀位等。PLC开关量输出以风机、风阀、声光报警器为主要控制对象。控制系统采用热电阻测量送回风温度, 经变送器输出4~20mA电流信号至EM235输入端;模拟量输入还包括4~20mA的CO2浓度信号以及0~10V的电动水阀开度信号。PLC模拟量输出用以实现比例调节阀的开度调节, 给定0~10V对应0~100%的阀门开度。

为了优化网络资源, 达到最高性价比, 控制系统按建筑物分类, 选择安装最为经济可靠的PLC站点连接监控主机, 同一建筑物内的多个机组PLC按PPI主-从协议组建网络, PLC间通过RS-485连接, 并以不同的网络地址来区分。以图书馆A区为例, 对S7-200PLC的PPI网络构建方法进行说明。图书馆A区PPI网络如图3所示。图书馆A区装配16台空气处理机组, 分别设定PLC端口地址为#2~#17, 通讯波特率为187.5kb/s, #2站作为主站, 其余15台为从站。主站PLC扩展西门子专用以太网通信模块CP243, 通过工业以太网连接中控计算机, 而PLC间则通过西门子网络总线连接器进行物理连接。

各空气处理机组分散安装于建筑的不同楼层和房间, PPI网络的应用为智能末端PLC程序调试和设备检修提供了方便, 从而降低了劳动强度, 提高了工作效率。

3 软件设计

3.1 PLC程序

PLC程序包括从站程序和主站程序。从站负责监控本机组设备, 程序功能包括定时数据采集、PID运算、故障报警等。 机组工作的浮点数模拟量、 运行和故障状态“位”信号由程序转化为 “字节”, 存贮在固定的数据存储器, 供主站查询和调用。主站分时将来自监控中心的操作指令以 “字节”为单位自动写入从站的固定数据地址, 从站按通信协议格式解析操作命令, 并响应规定的操作请求。主站除控制本机组设备外, 还起到 “连接”上位机和从站的作用。主站通过以太网与监控中心建立通信, 而与从站的数据交换则依靠PPI网络来实现。与从站相比, 主站PLC程序需要更多的数据存储器空间, 运算工作量大, 并需承担复杂的通信任务。

在Step7/Micro编程环境下的主要设计工作有以下几点。

(1) 定义主站PLC的通信端口:PLC地址设定为2, 通讯波特率为187.5kb/s。

(2) 根据指令向导 “NETR/NETW ”配置PPI网络读写指令, 选择操作类型, 分配发送和接收数据的存储器地址, 配置完毕后自动生成NET子程序 “NET_EXE”。

(3) 启动工具 “以太网向导”配置CP243 以太网模块, 包括分配IP地址, 写入命令字节, 配置完毕后, 生成子程序 “ETH0_CTRL”。

(4) 编写功能子程序。

(5) 程序下载与模拟调试。

主站PLC程序结构如图4所示。

3.2 上位机组态

多站点PLC与监控主机建立以太网通信, 通过构建“变量”实现数据交换。 主要 “变量”包括实时生产数据、运行及故障状态、远程操作指令。PLC主站执行 “通信”子程序, 按协议格式对通信数据进行 “规范化”处理, 并完成数据交互任务。

上位机以NT为平台, 选择 “组态王”通用工业组态软件为开发和运行工具, 控制系统具有 “操作”、 “管理”、 “监测”、 “记录”、 “通信”和 “故障报警”功能。通过 “组态王”构建空气处理机组远程集中监控系统的设计过程通常涉及数据库构建、图形画面设计、动画连接建立、命令语言编写、用户权限分配、项目统调以及运行测试。 “组态王”支持OPC服务器的设备通信方式, 定义组态王 “设备”时, 选择S7200.OPC Server为其通信链路。组态王 “数据词典 (数据库变量) ”选择OPC项目, 通过PC Access与组态王实时交换数据。监控平台操作和显示界面包括 “机组选择”、 “运行报表”、 “历史数据查询”、 “回风温度设定”、 “用户管理”、 “故障处理”等。

空气处理机组集中控制系统以实用、方便、可靠为主要设计目标, 通过监控中心IPC与现场多站点PLC进行实时数据交换; 具有开放Web发布功能, 可为热泵机组监控中心、安保消防、能源管理站等部门提供动态运行画面以及实时和历史数据信息。

4 结束语

运行结果表明, 空气处理机组集中控制系统稳定可靠、操作方便。与传统控制方式相比, 基于PLC的空气处理机组集中控制系统提高了智能末端的自动化和信息化水平, 达到了改善操作环境、降低劳动强度、节约能源的设计目标, 满足了智能建筑暖通自动化的发展需求。 同时, 通过监控平台的Web发布功能, 校园网内的其它授权客户可以方便地共享机组运行画面和实时运行信息。空气处理机组集中控制系统为生产管理、设备维护指导和运行跟踪提供了先进的技术手段。

参考文献

[1]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社, 2007

PLC集中控制系统 第5篇

随着物联网技术不断在煤炭行业的研究与应用[1],我国选煤厂不断向数字化、网络化、智能化的中大型选煤厂发展[2]。许多中大型选煤厂考虑到煤炭洗选过程存在的振动和噪声问题[3],普遍将集控室与洗选车间独立布置。由于煤炭洗选工艺过程复杂、洗选设备较多且分散,一般使用有线传感器采集各处设备的数据,采集到的数据经信号线缆和数据交换机接入全厂集中控制系统[4]。因此,在选煤厂基建过程中现场布线施工量大,且后期在选煤厂恶劣的生产环境下,存在电缆损坏率高、检修维护不方便[5]的技术问题。

近几年,无线通信技术迅猛发展,工业无线网技术在部分工业控制领域得到了较好的应用[6]。针对现有选煤厂采用有线通信存在的不足,笔者设计了基于无线通信的选煤厂PLC集中控制系统,采用通信模块CP340和数传电台作为系统下位机控制总站S7-300PLC与ET200M分布式I/O分站之间的通信媒介,解决了通信线缆布线复杂、电缆损坏率高和检修维护不方便的技术问题,实现了选煤厂集中控制系统数据的无线通信,推动了我国选煤厂数字化、网络化、智能化技术的进一步发展。

1系统设计

目前,我国现有选煤厂PLC集中控制系统主要包括综合管理部分、生产监视部分和现场控制部分。 其中,综合管理部分由总工和厂长的工业计算机、数据库服务器、网络服务器和程序服务器组成,实现生产过程的规划、管理和显示,控制系统局域网络的搭建和各组成部分之间的数据通信,控制系统的程序运行等;生产监视部分由摄像机、闭路电视、投影仪、 工业计算机以及打印机组成,其中,工业计算机采用WinCC组态软件作为系统的管理、监控软件,实现对选煤厂生产过程的管理、监控以及工作计划报表的打印;现场控制部分由上位机、下位机控制总站、 分站和用于采集煤炭洗选设备运行参数、管道压力以及仓位信号的各类传感器组成,该部分完成指令的收发和数据采集,各分站将数据上传到系统总站, 实现生产状况与设备运行状态的监控。

现有选煤厂PLC集中控制系统各部分之间通过数据线缆连接进行信号传输,存在电缆损坏率高和检修维护不方便等技术问题,因此,本文设计了一种基于无线通信的选煤厂PLC集中控制系统,该系统在现有系统的基础上增加了无线通信系统。

基于无线通信的选煤厂PLC集中控制系统主要由上位机监控系统、无线通信系统和下位机控制系统组成。控制系统的整体通信方案保留了原有近距离数据传输的有线工业以太网数据通信,新增较远距离数据传输的无线局域网数据通信。其中,数据库服务器、网络服务器和程序服务器之间以及上位机和下位机控制总站之间通过工业以太网进行数据通信,总工和厂长的工业计算机可以通过厂区工业以太网连接到上位机监控界面,实现对选煤厂各生产过程的监视;控制系统下位机控制总站和分站之间通过无线局域网进行数据通信。网络服务器由网络交换机和路由器组成,提供选煤厂工业以太网和工业无线网的运行平台和网络运行监控。控制系统框架如图1所示。

1.1上位机监控系统

上位机监控系统由工业计算机、闭路电视和服务器(包括网络、数据库和程序服务器)组成,主要用于监视和控制选煤厂现场生产设备的启停、煤炭洗选过程以及完成生产设备故障报警等。系统监控界面主要包括选煤厂集中控制系统总菜单、洗选工艺流程操作界面、洗选工艺流程监视界面、控制系统信息界面和故障诊断界面,运用WinCC组态软件组态完成。

1.2无线通信系统

无线通信系统由通信模块CP340、上传和下传数传电台组成,无线通信系统结构如图2所示。上位机与S7-300PLC总站通过工业以太网通信,采用TCP/IP通信协议,S7- 300 PLC总站与ET200M分布式I/O分站之间 的通信则 通过CP340通信模块 与数传电 台通信来 实现,采用Modbus通信协议。 无线通信 系统完成 下位机S7-300PLC总站和ET200M分布式I/O分站之间的数据传输,为选煤厂厂区搭建无线局域网络平台。

通过编程实现S7-300PLC总站和ET200M分布式I/O分站之间的无线通信,S7-300PLC总站向ET200M分布式I/O分站发送7byte的数据, 然后接收并存储ET200M分布式I/O分站返回的6byte数据,从而实现 无线通信。 其中,S7-300 PLC总站发送的7byte数据中,第1byte数据是地址信息,第2,3,4byte数据是需要传送的控制数据信息,第5,6byte数据是第1,2byte和第3,4byte数据的异或值,作为校验判断信息,第7byte数据为字节数 据信息,无意义,仅仅是为 了触发一 次ET200M分布式I/O分站的字 符接收中 断程序。 ET200M分布式I/O分站向S7-300PLC总站发送的6byte数据中,第1byte数据是ET200M分布式I/O分站的站 地址信息,第2,3,4byte数据是ET200M分布式I/O分站采集的外部信号状态数据信息,第5,6byte数据为校验信息。

S7-300PLC总站采用轮询方式与ET200M分布式I/O分站通信,即第1s内向主厂房I/O分站发送数据,然后接收 主厂房I/O分站返回 的数据 (ET200M分布式I/O分站在接收到S7-300PLC主站发送数据后立刻向S7-300PLC总站发送数据);第2s内向原煤仓I/O分站发送数据,然后接收原煤仓I/O分站返回的数据;第3s内向装车站I/O分站发送数据,然后接收装车站I/O分站返回的数据;依次进行,不停循环通信。

1.3下位机控制系统

下位机控 制系统由S7-300 PLC总站和ET200M分布式I/O分站组成,总站S7-300PLC上搭接CP340通信模块,CP340通信模块与下传数传电台 相连;ET200M分布式I/O分站上搭 接CP340通信模块,通过RS485/232转换器连接到上传数传电台,通过编程 实现S7-300PLC总站和ET200M分布式I/O分站之间的无线通信,上位机以MPI总线方式 与S 7-300PLC通信 ,实现对ET200M分布式I/O分站的监控。数传电台选用FC222-CH。控制程序运用Step7软件编程,通过配置I/O口、接线,实现对选煤厂生产设备运行参数、管道压力以及仓位等信号的采集和对生产设备的控制。

2系统通信性能可靠性分析

天线架设高度和天线的选择是影响无线数据传输系统通信距离的关键因素。选煤厂无线通信系统属近距离通信,选配与FC222-CH数传电台相匹配的标准50Ω 吸盘天线和标准50-9馈线。中心站天线架设在集控室的楼顶且指向生产车间,架设高度为15m;远端站(生产车间)考虑到选煤厂生产车间振动、噪声等干扰较大,可以通过就近延长天线至生产车间室外逐层架设,以保证数据传输稳定性,架设高度为3~15m。数据空中传输视距D的传输公式为

式中:H为中心站天线架设高度;h为远端站天线架设高度。

本文中取H=15m,h=3m。计算得出理论视距传输距离约为23m,满足选煤厂厂区范围内无线数据传输距离要求。

系统选用的FC222-CH数传电台是利用单片机技术、无线射频技术、数字处理技术和语音处理技术设计的双向数据传输、低功耗、模块化电台。数传电台射频部分采用高性能窄带芯片,接收灵敏度高, 抗干扰能力强,空中数据传输使用数据加密和奇偶校验,传输数据安全可靠。FC222-CH数传电台主要参数见表1。

影响无线数据传输系统通信距离的另一主要因素是接收场强电平Pr,即电波信号接收机的场强。 场强的差异化决定着解调输出信号的信噪比,从而影响数据传输系统的判别,导致误码的产生。到达远端站接收天线的接收场强电平Pr的计算公式如式(2)所示:

式中:Pt为发信功率,dB·m;Gt和Gr为收发天线增益,dB;Lt和Lr为收发馈线损耗,dB;L0为自由空间损耗,dB。

接收场强Pr与接收机的门限电平差距为衰落储备,差距越大,衰落储备越多,抗干扰能力越强,误码越少。本文所选FC222-CH数传电台接收机的门限电平为-116dB·m,经过计算可得出系统的衰落储备为28dB,大于理论要求值20dB,能保证数据传输的可靠性,满足选煤厂集中控制系统数据无线传输的要求。

3结语

PLC集中控制系统 第6篇

随着城市智能交通的管理要求, 交通信号灯控制系统也逐步由单一智能化控制发展到网络综合化调度。通过交通信号的集中控制, 市区的信号灯可以实现智能化, 不像以前需要固定调配红绿灯时间, 每个路口可根据车流量的大小远程调节红绿灯时间。目前大中型PLC具有强大的逻辑功能和触摸屏良好的人机界面以及多种网络连接方式, 使其在工业领域的应用越来越广泛。在交通信号灯中使用PLC可以完全满足当前城市交通信号灯管理的要求。[1]

1 硬件组态

可编程控制器简称PLC, 它的应用面广、功能强大、使用方便, 已经成为当代工业自动化的主要支柱之一, 在工业生产的所有领域得到了广泛的应用。它采用可编程的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字量和模拟量的输入和输出, 控制各种生产过程。目前大中型PLC主要厂家有西门子 (Siemens) 公司、A-B (Allen&Bradly) 公司、通用电气 (GE-Fanuc) 公司等国际企业, 本文以应用最广泛的西门子公司的PLC产品和工业以太网来设计交通信号灯控制系统。本系统网络拓扑如图1所示。

1.1 交通站点终端采用S7-300系列PLC是模块化的中型PLC, 适用于中等性能的控制要求。主要由机架、电源模块、CPU模块、接口模块、信号模块、通信模块和功能模块, 满足大多数领域的自动化控制任务。性价比高、可靠性高、维护量小可使其应用在重要场合。其中CPU模块选用带PN (PROFINET) 功能的CPU315-2PN/DP, 该模块RAM存储器256KB, 可以插入最大8MB的微存储卡 (MMC) , 有2048B个位存储器, 256个定时器, 输入点和输出点最多为16348个, 指令执行时间0.1μs, 集成了1个MPI/DP接口用于连接触摸屏和1个PN接口用于连接工业以太网, 支持硬件时钟。SM模块输出量选用1-2个SM322, 该模块有32路输出用于驱动红绿黄指示灯、倒计时、人行道灯等设备, 电压AC120~230V, 驱动电流1A。1个SM321数字量输入模块, 该模块有16路数字量输入, 电压DC24V, 可用于连接一些外部信号输入以实现模糊控制等功能[2]。与PLC配置一块触摸屏, 可用西门子或者国产屏, 需支持MPI通信连接, 触摸屏可在手动模式下操控各个方向交通灯, 在设置页面中设置各个方向的放行时间。硬件组态如图2。

1.2 工业以太网 (Industrial Ethernet) 是为工业应用专门设计的, 它是遵循国际标准IEEE802.3 (Ethernet) 的开放式、多供应商、高性能的区域和单元网络。工业以太网已经广泛地应用于控制网络的最高层, 并且有向控制网络中间层和底层 (现场层) 发展的趋势。工业以太网采用TCP/IP协议, 可通过以太网将自动化系统连接到企业内部互联网 (Intranet) 、外部互联网 (Extranet) 和英特网 (Internet) 。不需要额外的硬件设备, 就可以实现管理网络与控制网络的数据共享, 即实现“管控一体化”。通过交换技术可以提供没有限制的通信能力。以太网灵活性好, 现有的设备可以不受影响的扩展。可以采用冗余的网络拓扑结构, 可靠性高。通过光纤、双绞线和互联网可以实现远程数据交换。

各个交通站点终端PLC通过PN接口转接以太网光纤收发器, 光纤传输距离可达100公里以上, 通过光纤将信号传送至网络调度中心交换机, 网络调度中心交换机选用西门子SCALANCE X-200系列交换机或者思科、华为等工业以太网交换机。网络中心调度有操作员站计算机和工程师站计算机。

操作员站计算机使用工控计算机, 安装CP1613工业以太网卡通过RJ45网络电缆连接至以太网交换机, 操作系统采用WINDOWS XP SP2以上操作系统, 安装西门子公司WINCC V6.0 SP3软件, 使用WINCC (Windows Control Center) V6.0 SP3编程上位机后台软件, 组态各个路口PLC的变量, 后可实时监控各路口的交通灯状态和配置时间参数。工程师站计算机 (PG/PC) 使用商用计算机, 操作系统采用WINDOWS XP Professional (专业版) , CPU主频1GHz以上, RAM (内存) 1GB以上, 安装STEP7V5.5_CN软件, 通过计算机自带网卡接至以太网交换机, 使用STEP7来编程和修改程序, 通过工业以太网下载数据到组态的PLC[3]。本文以2个交通站点终端为例, 硬件组态如图3所示。

2 软件功能

2.1 PLC编程实现功能 (工程师站计算机编程软件STEP7 V5.5_CN)

①32-64路输出控制各个路口红黄绿信号灯、人行横道灯、倒计时灯、喇叭等设备。

②具有实时时钟功能, 根据不同时间输入不同配时方案, 并且根据时期自动切换假日模式。

③手动模式下可执行单步控制。

④根据交通情况编程信号灯切换逻辑。

⑤通过网络统一授时, 保证时刻一致。

⑥根据其他输入参数编程已实现模糊控制等程序。

2.2 触摸屏编程实现功能 (工程师站计算机编程软件Win CC flexible)

①实时显示路口交通灯状态。

②手动模式下通过触摸屏人工切换交通灯。

③设置各个路口的放行时间。

④显示系统故障、网络故障等故障信息。

2.3 操作员站编程实现功能 (操作员站计算机编程软件Win CC V6.0 SP3)

①实时显示各个路口交通灯状态。

②特殊情况人工介入改变交通灯状态。

③操作员通过视频监控道路流量大小调整放行时间。

2.4 工程师站实现功能 (工程师站计算机编程软件STEP7 V5.5_CN)

①在线下载或更新PLC程序

②发现故障, 定位故障

3 系统可靠性分析

3.1 交通路口终端PLC断电或故障时, 所控制交通的故障停用其他路口信号灯的工作, 待有电或修复完毕后可恢复正常。

3.2 调度中心断电或交换机、计算机故障时, 调度中心与交通路口终端通信中断, 交通路况终端PLC按预定设置的程序正常工作, 有电或维修后恢复正常。

3.3 交通路口终端PLC与调度中心光纤损坏时, 调度中心操作员计算机会报号某一路口PLC通信中断, 调度中心还可以和无通信故障的终端PLC继续工作, 通信中断终端PLC自动按预定程序继续工作, 待故障线路修复后通信恢复[4]。

4 结语

我国是道路基础设施建设最快的国家, 又是交通需求增长最快的国家, 随着城市车辆数目的急剧增长, 车辆与路面的矛盾越来越突出, 绝大多数城市都面临交通拥堵问题, 增加车道只能解一时之急而无法彻底解决问题。理论及实践证明, 合理配置、实时调控信号灯时间可提高交通通行能力, 更有效地利用现有道路的运输能力, 对交通流的安全性、快速性和舒适性都能起到很大作用。目前, 在国内一线大型城市如北京、上海、天津等地均开始试行智能交通灯工程, 在实际的应用中起到了提高通行能力的作用, 智能交通工程正在由“一条线”发展到“一个面”的过程。道路交叉口的信号灯通过PLC编程可灵活多变的功能实现各种交通组织方式, PLC稳定的性能和网络通信能力为智能化交通提供了一种技术平台。

摘要：本文通过PLC的逻辑控制功能实现交通信号灯的控制, PLC的触摸屏可以设置参数及手动控制型号的, 利用PLC的工业以太网通信功能使区域内的交通信号灯状态可以组态至网络, 网络调度中心操作员站可以实现集中监控和控制, 工程师站可以通过工业以太网远程对PLC修改程序, 通过改变PLC程序的逻辑顺序调整交通组织方式。

关键词：PLC,工业以太网,交通信号灯

参考文献

[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].第3版.北京:机械工业出版社, 2014.

[2]西门子 (中国) 有限公司.深入浅出西门子Win CCV6[M].第2版.北京:北京航空航天大学出版社, 2013.

[3]阳胜峰.西门子PLC与变频器触摸屏综合应用教程[M].第2版.北京:中国电力出版社, 2013.

PLC集中控制系统 第7篇

PLC是一种可编程的高级存储器, 全称可编程逻辑控制器。PLC不仅广泛应用在机电、数控等领域, 在电子、电气等领域也起着至关重要的作用, 特别是在实现相关系统自动化方面更是不可或缺。

PLC的主要内容包括:三相异步电动机单向运转控制、交通信号灯控制、液体混合装置控制、人行横道与车道灯控制、送料车控制和天塔之光控制, 供热控制等。

二、集中供热系统简介

供热系统:电厂通过其向需求用户提供热水或热蒸汽服务, 同时返回用水的设备, 以及场内管道之间相互连接的系统称为供热系统。

集中供热系统:是指通过把热水或蒸汽作为传输媒介, 从热源处向热用户供热的方式, 无论是城市, 乡镇或是农村, 均可提供热服务。而随着社会的发展, 这种集中供热系统已经渐渐成为现代化城镇的重要组成部分, 也逐渐成为衡量城乡发展快慢的重要指标, 对城乡事业的发展起着至关重要的作用。

三、将PLC应用于供热系统中

纵观我国大小的供热系统, 其发展十分可观, 但仍尚存诸多问题, 比如传统换热效果差, 不仅影响了换热效率, 同时也造成了巨大了开销浪费;同时传统换热器传热系数低, 这也直接导致了换热系统中能源的浪费, 然而通过巧妙和广泛的应用PLC技术和PLC系统, 即可实现对整个供热系统的自动化控制和监控, 避免了传热效率低、能源浪费等问题。

1、PLC在换热系统中的应用:

(1) 应用PLC自动控制系统使得换热站控制系统更加具有了气候补偿和恒温供水功能, 当外界温度不同时, 系统会根据气温的变化而对所提供的热量进行对应的调整, 其中包括PID闭环调节, 调节各级网测流量等等, 不仅满足用户所需, 同时避免了能源的浪费。而补水功能则是通过补水泵变频控制来实现的, 当二次网侧回水管路的压力经检测比较后将输出指令, 并PID调节来控制补水泵的转速, 从而实现二次网回水自动补给恒温供水功能, 使控制系统得到了进一步的提升。

(2) 保护功能

保护功能主要包括一下四个方面:

a.失压保护:对二次网侧回水压力经测试比较低于超低预设值时, 终止循环泵运行, 同时关闭电动调节阀, 此时自动补水系统投入运行, 开始补水。

b.断电保护:当由于突发状况造成系统停电时, 系统会自动关闭电动调节阀, 并切断热源等, 同时保持所有设备参数与断电前参数保持一致, 避免因停电而造成的系统崩溃。

c.超温保护:当供水温度高于预设值时, 系统会关闭电动调节阀, 终止供热, 当温度过高时会立即产生持续报警。

d.超压保护:当二次网供水压力经检测比较, 高于预设最高值时, 系统将发出指令, 使循环泵停止运行并关闭一次网侧电动调节阀。

将PLC自动化系统应用于换热系统的控制保护环节, 不仅确保在特殊状况下系统的安全运行, 同时真正意义上的实现了对换热系统的完全自动化控制, 实现了无人职守, 为工作人员减轻了负担的同时更是提高了系统的准确、安全和高效性。

2、PLC在热网监控系统中的应用:

PLC在整个热网监控系统中的应用, 简单地说就是分散控制。具体为“一个中心, 多个子系统, 整体运作, 分步规划。”整个系统分为通过一个调度中心进行同一控制, 只会各个子系统的运行, 每个部分都利用PLC自动化技术, 进行传输和协调, 通过数据的交换, 和状态的反馈来实现系统的整体的平衡性和稳定性, 完成整个系统的成功运作。

每个工作小系统均已PLC为基础, 将工作的水压, 温度, 电流等重要信息反馈到控制中心, 由自动化设备进行数据的处理和反馈, 为操作人员提供信息, 供工作人员操作, 分析以及改善, 从而达到对各个子系统乃至整个设备的监控作用。

“一个中心”指整个热网监控系统的控制中心, 通过它将各个工作系统连接在一起, 将每个子系统的状态和代表状态的数据如电压, 电流, 温度等进行监控, 反馈, 实现数据的综合利用为科学的完善工作状态提供准确的依据, 从而保证系统的正常工作。

“多个子系统”指各换热站、监控中心、传输中心等等。各子系统之间无线通信设备, 采用PLC自动化控制技术, 接受各个运行时期的运行参数和检测数据。

各子系统设有自动化监视设备, 将子系统的工作数据及时的反馈并进行分析处理。各个组系统之间利用GPRS设备进行信息远程传输。最后将整体数据统一返回到控制中心进行统一的调度管理。

“整体运作, 分步规划”对整个供热监控系统进行总体运作, 先将各子工作系统的运行设备, 数据采集, 监控设备等仪器通过网络接口连接起来, 然后按一定的顺序统一连接到控制中心, 达到整体的统一运作, 及分布的规划实施, 在工作中逐步完善工作状态, 最大程度为实现系统的可靠性、稳定性等提供保障。

特点:

1、通过PLC自动化技术, 监控系统的各个数据变化如温度, 水压, 流速, 频率, 波动, 干扰等等, 通过对这些数据的采集, 处理, 反馈到控制中心, 进行统一的控制处理。

2、利用PLC自动化存储功能, 将系统各个时期的数据存储起来, 通过比较, 分析, 将系统调整到最佳的工作状态, 达到最理想的运行成果。

3、运用PLC自动化监控功能, 对各个分系统的状态进行监控, 掌握全面的系统运作信息。

4、利用PLC自动化信息传输功能, 将各个子系统通过网络连接起来, 保证各个区域协调统一运作。

参考文献

[1]李建兴、陈炜、马莹:《PLC技术与应用》, 机械工业出版社, 2011年。

[2]连建华:《PLC应用技术》, 国防工业出版社, 2009年。

PLC集中控制系统 第8篇

集中供暖系统是城市基础设施之一。随着城市化建设的加快, 人口的高速增长和人民生活水平的提高, 人们的住房面积不断扩大, 对集中供暖的需求也不断增大。然而部分供暖设备控制系统仍采用继电器接触器的方式控制, 存在线路复杂、可靠性低的缺点;循环泵和补漏泵采用开环、恒速控制, 存在供暖质量差, 资源浪费的缺点;供暖设备分散、管理不集中, 自动控制功能不完善, 存在人力资源浪费、监控效率低的缺点[1]。为了克服以上缺点, 确保供暖系统安全、稳定、可靠、经济运行, 提高供暖系统管理效率, 控制运行成本, 实现供暖系统现代化管理水平, 对供暖系统进行集中监控和量化管理是当前的发展趋势。所设计的集中供暖监控系统主要由组态软件、PLC、变频器和传感器组成, 实现对供暖系统的远程集中监控, 具有控制方便、安全可靠、高效节能的优点。

1 系统组成与功能

1.1 集中供暖监控系统组成

集中供暖系统由水处理、蒸汽锅炉、热交换器、供暖管网四个大部分组成[2]。供暖监控系统对集中供暖系统各个环节的状态信息进行采集和调节, 总共采集开关量信号2路、模拟信号8路, 输出开关量 (控制) 信号11路、模拟量 (调节) 信号4路, 其组成结构示意图如图1所示。为了增加系统的可靠性, 提高系统的安全性, 关键信号采用2路输入输出。涉及到安全性的信号主要是蒸汽温度 (模拟量采集) 、锅炉状态信号 (开关量采集) 、锅炉加热启停 (开关量输出控制) 。

1.2 集中供暖监控系统功能

(1) 供暖管网循环水量控制:检测管网压力和流量, 更换或补充二次供暖管网的软化水。通过数据处理判断管网有无突发泄露, 如果有突发泄露, 系统提示并报警, 并进行应急处理。供暖过程中不可避免的损耗和微漏现象, 利用补漏泵进行补漏, 保证管网水量充足。

(2) 水处理设备控制:将自来水进行软化处理, 除掉水中的杂质和阳离子, 避免在锅炉、热交换器、二次供暖管网中产生水垢。合理控制水处理设备的运行, 保证锅炉和二次供暖管网的用水, 提高供暖效率及设备使用寿命。

(3) 供暖系统蒸汽温度控制:监测锅炉的蒸汽温度和运行状态等信号, 控制锅炉的加热启停, 以保证锅炉的蒸汽产量 (或蒸汽压力) 。

(4) 供暖系统终端温度控制:控制热交换器一次侧蒸汽的流量和二次侧供暖管网热水的流速实现供暖终端温度的控制, 根据试运行的经验, 设定控制参数和模式, 可采取控制二次侧供暖管网热水的温度或者流速的方式调节供暖终端温度[3,4]。

(5) 远程监控功能:集中监控水处理设备、蒸汽锅炉、热交换器、二次供暖管网的运行状态, 根据反馈信息, 进行正常调节或者应急处置。

2 集中供暖监控系统硬件设计

2.1 PLC及扩展模块的选用

整个系统采用了类似于DCS的层次结构[5], 即以工控机为监测站, 监视系统的运行;以PLC作为控制站, 控制现场设备, 并配以手动操作目录。为了实现系统的控制需求, 控制系统硬件主要由计算机 (工控PC机) 、可编程序控制器 (PLC) 、变频器及水位、温度、压力、流量传感器和智能变送器等构成。PLC选用欧姆龙CP1H系列的可编程控制器OMRON CP1H-XA40DR-A。

选用的PLC自带CPU单元40点[6], 可容纳开关量24输入16输出, 输出为继电器输出, 模拟量4入2出, 可扩展性卓越, 最多可连接七个扩展单元。为了满足输入输出信号的要求, 把开关量再拓展8路输入通道, 模拟量再拓展5路输入通道、2路输出通道。I/O拓展单元选用CP1W-20EDR1, 12入8出, 可以满足设计要求;模拟量输入扩展单元选用2个CP1W-AD041, 共有8路输入, 分辨率1/6000;模拟量输出扩展单元选用CP1W-DA041, 具有4路输出, 分辨率1/6000。拓展后, I/O可容纳36入24出、模拟量可容纳12入6出, 能够满足系统控制需求, 并有冗余备份。

2.2 变频器的选择

根据循环泵的额定功率, 变频器选用西门子三相变频器6SE6420-IAD27-5CA0型。PLC拓展单元的D/A模块可以输出0~10 V或4 m A~20 m A的模拟信号, 与变频器的模拟量输入特性匹配, 因此可通过PLC编程实现变频器的控制, 从而实现对泵的变频控制, 进一步实现对供暖管网 (二次侧) 的热水流量控制和终端的温度控制。

3 集中供暖监控系统软件设计

3.1 基于PLC的控制软件设计

PLC程序启动时先对供暖设备状态信号进行自检, 自检正常后才能启动系统。系统包括手动控制和自动控制模式。手动控制模式主要用来进行设备安装时的调试与日常的维护保养。手动控制模式时, 系统主要起数据采集和监视功能。自动控制模式时, 系统除了具有数据采集和监视功能, 还具有控制功能, 根据采集的现场数据和设定数据计算出控制量, 实现整个供暖系统的闭环控制。在PLC的主程序中主要包含4个子程序, 即自来水软化处理、锅炉控制、循环泵控制和补漏泵控制, PLC主流程图如2所示。

3.2 基于组态软件的监控界面设计

监控系统界面是利用三维力控组态软件开发的[7]。根据设计要求, 绘制了集中供暖系统结构的图形界面 (如图3所示) , 配置了I/O设备, 创建了数据库并进行了I/O数据连接, 建立了动画连接即运行状态显示, 然后进行调试及试运行。本监控系统界面主要包括整个系统的运行过程状态监控主界面和系统设置、报警记录、曲线调用、事件查询等子界面。

运行过程状态监控主界面可以显示整个供暖系统各个环节的过程画面及各个设备的工作状态画面, 组态监控主界面如图3所示。

曲线调用界面:可以查询显示一定时间 (如一个月) 内的一定时间段软化水储水箱的水位曲线、锅炉的蒸汽温度、锅炉的蒸汽流量、供暖管网的热水温度、供暖管网的热水流量、供暖管网的静态压力、供暖管网的动态压力等数据曲线。

报警查询界面:可以对报警事件进行查询, 内容包括:报警时间、当前报警值、报警限值、报警设备号等, 在报警界面中还可以对报警限值进行设置, 对报警记录可以打印或上传存档。

事件查询界面:可以查询系统的操作记录, 内容包括:操作时间、操作用户名、操作用户名权限、操作设备号等, 对事件记录可以打印或上传存档。

4 结束语

组态软件、PLC和变频器相结合, 构建了智能、可靠的集中供暖监控系统。通过软硬件的设计可实现对现场温度、流量、压力等模拟信号的采集、处理和显示, 从而实现对终端供暖温度的闭环控制。整个系统具备比较完善的监控功能, 可实现对集中供暖系统的自动控制及远程监控, 既可保证系统的供暖质量, 又可以节约能源, 提高集中供暖系统的安全性和稳定性。

摘要：针对现在常用的集中供暖系统, 设计了一种由组态软件、PLC和变频器组成的集中监控系统。通过PLC编程, 结合传感器技术和变频器技术的应用, 实现了对集中供暖系统的自动控制;设计了监控界面, 实现了过程信息的集中处理和显示, 提供了预定曲线或历史曲线的调用功能以及报警信息的查询功能。在现行的集中供暖系统中具有广泛的推广应用价值。

关键词：集中供暖系统,监控系统,PLC,组态软件,变频器,实时监控

参考文献

[1]马孝琴, PLC和变频器在锅炉供暖控制系统中的应用[J].河南科技学院学报, 2011, 39 (2) :88-92.

[2]王东云, 基于Web的采暖机组计算机控制及远程监控系统[J].电气自动化, 2003, 25 (1) :41-43.

[3]杨生海, 集中供暖调节分析系统的研究与实现[J].电子设计工程, 2010, 18 (5) :25-28.

[4]李站明, 热水锅炉供暖系统温度的模糊自整定控制[J].电气自动化, 2011, 33 (4) :16-18.

[5]徐志刚, 自动化仪表、变频器等与PLC结合在饮料自动化生产线中的应用[J].电气自动化, 2005, 27 (6) :57-61.

[6]王冬青, 欧姆龙CP1H PLC原理及应用[M].北京:电子工业出版社, 2009.