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基于PLC的换热站远程测控系统的研制作者：李海峰 指导老师：石砦摘要：本文主要是讲述使用S7-300PLC在无人职守换热站远程测控系统中的应用。在现代的供热系统控制中换热站的远程监控已经是不可缺少的一部分，通过PLC的PID控制功能能够很好的实现实时调节供、回水的温度，压力，继而达到自动气候补偿，为节约资源和保护环境做出了巨大的贡献。关键词：PID控制 无人职守换热站 远程测控 自动气候补偿PLC-based heat exchange system for remote measurement and control stationAbstract ：This article is about the PID regulator in the heat exchanger station unattended remote monitoring and control system. Modern heating system in the control of heat exchange station of remote monitoring has been an indispensable part of the control by PID can be very good for real-time adjustment, return water temperature, pressure, Enable you automatic climate of compensation, to save resources and protection of the environment made a great contribution.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容Keyword：PIDControl Unattended heat transfer station Remote ControlAutomatic climate compensation0前言：无人职守换热站远程测控系统是面向热力企业推出的融合暖通与计算机、网络、通讯技术的新一代网络化，信息化换热站远程监控系统。这项技术主要是面向本地和远程数据采集的控制系统。该系统结构坚固紧凑，不但可直接应用于现场，实现就地监控、显示，而且由于具备强大灵活的软件功能和通讯功能，可方便地实现远程监控和远程设备的网络化管理2。而PLC的PID控制则是实现无人职守换热站远程测控系统中的核心技术，通过PID调节，我们可以让换热站系统中的各部分的温度达到期望值，并且可以随着外部温度的变化不断实时的调节换热站的出水温度值以达到即满足供暖要求而又不浪费资源的要求。本次设计主要以西门子PLC为控制核心，完全能满足无人职守换热站远程测控系统的控制要求。1 换热站远程测控系统的研制11 方案的提出本次设计主要使用的设备有S7-300PLC、压力变送器、PT100、电磁流量计和触摸屏。使用压力、温度传感器分别检测供、回水压力和温度，利用电磁流量计测定热水的流量，由供、回压力和温差来决定循环泵的转速， 总流量和温差用来计算输送给用户的热量，为每个测得的室外温度设定一个相应的供水温度（即为PID计算的设定值），再由PID计算得出电动调节阀的开度，最终使实际的供水温度达到设定值。最终，所有测得的数据和需要的数据全部在触摸屏上明确显示。12 测控系统的控制思路系统的控制思路主要包括如下内容：一次网进水直接进入板式换热器中，一次网出水受电动调节阀的控制，通过电动阀的控制使供水温度达到期望值。二次网里的水由循环泵推动，循环泵的转速受二次网的供回水之间的温差控制，当温差过大时，表明第一个用户和最后一个用户供热严重不平衡，此时应适当增加转速，当温差在一定的范围内时，可适当降低转速。若管网里的压力过低则补水泵开始工作，等回复到正常时自动停止补水，当水箱水位过低时也自动停止补水泵，此时钠离子交换机会自动向水箱注水，当水位超过一定值并且管网里的压力还是低，则继续补水。2 监控控制系统设计换热站远程测控系统的总体结构主要包括两个方面：1、监控控制电路部分2、人机交互界面。其中监控控制电路部分采用S7-300进行控制，人机交互界面功能主要靠触摸屏和对应的上位机软件来实现。系统的通讯接口为PLC自带的两个RS485接口，一个通过MPI总线实现PLC与计算机的通讯，另一个通过Profibus总线实现PLC与触摸屏的通讯。21 监控控制系统硬件设计控制部分的组成结构如图1所示，控制部分的核心是S7-300PLC，检测温度使用的是标准型PT100，传送的是电阻信号，而压力、流量的检测传送的是4-20m A的电流信号，对循环泵和电动阀的控制靠的是PLC输出的4-20m A的电流信号。图1控制系统硬件部分 2.2监控控制系统软件设计软件部分主要包括两个方面的控制模式：自动模式和手动模式。自动模式是操作者启动系统后，程序根据测得的室外温度自动找到对应的供水温度，并将此温度作为PID算法的设定值，然后再结合当前的实际供水温度计算得出电动执行阀的开度，通过对电动阀发送相应的电流，控制电动阀做相应的动作，最终将实际供水温度调到设定值。循环泵的转速则根据供回水温差自动增大或减小转速。最终达到节约能源，自动气候补偿功能。手动模式是操作者根据自己经验自己设定电动阀的开度和循环泵的转速。当操作者选取手动模式时，在手动界面上可以直接开启和关闭所有的执行元件。自动模式下的工作流程如下：图2 自动工作流程2.3 温度PID 自动模式下主要使用位置式PID控制，也就是利用比例，积分，微分实现电动调节阀的开度位置控制，它是在实际的工程中应用最为广泛的控制调节器。其供水温度优化回路为：带室外气候补偿的二次网供水温度或回水温度或二次网的供回水平均温度控制一次网的电动调节阀，电动调节阀安装在蒸汽管或热媒上，控制二次网的供水温度或供回水平均温度的控制精度为2C；此控制算法采用模糊控制算法，采用此算法克服调节温度带来的大滞后、大时滞的影响。模糊控制系统图如图3所示：图3 模糊控制（PID）系统图PID算法主要包括比例，积分，微分功能，以下分别简要介绍各功能的相关作用。具体的PID算法的差分方程为：e（k）+Kd e（k）-e（k-1）Kp-比例系数 Ki-积分系数 Kd-微分系数 -设定值和实际值的差值（1）比例（P）控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。比例控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是，比例控制不能消除稳态误差。比例放大系数的加大，会引起系统的不稳定。（2）积分（I）控制：积分控制的作用是，只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。（3）微分（D）控制：微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。本次设计将使用PID时所需要的所有数据放在一个界面，让使用者可以根据自己的需要随时改变设置，且各项参数都设置有最大最小值防止数值的溢出而导致的计算错误，增加了自控的稳定性和可操作性。3人机界面系统使用的人机界面是西门子触摸屏，使用专门的编程软件wincc flexible编写操作界面3，系统主要操作界面如图4所示，各部件的启动状态和模拟量采集状态如图5所示，手动控制界面如图6所示。当所有的人机界面绘制好后，通过网线接口就可以很好的将程序下载到触摸屏中。 图4 系统主要操作界面图5 运行参数界面图6 手动控制界面5 结束语该系统通过现场安装和调试，在控制效果上远远超过使用人工操作，能很好的满足绿色环保节能的要求，很好的解决供热补平衡的现象，且该系统操作方便，控制精度高，能很好的抗工业中的各种干扰，稳定性远超一般的单片机控制系统，且编程灵活能很好的适应各种供热系统，具有很强的市场竞争力。系统为触摸屏操作，界面友好直观，所有操作均有操作提示，简单