基于PLC和触摸屏的办公楼供热控制系统设计

薛凤山 隋丽梅

摘 要：针对办公楼建筑间歇供热特点，设计一套基于PLC和触摸屏的供热控制系统，通过对进换热器蒸汽流量控制实现对办公楼温度的自动调节，通过触摸屏内置定时功能实现供热时间的自由管理。

关键词：供热；PLC；触摸屏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.114

办公楼建筑的供热特点为时间上具有间歇性，表现为白天工作时间需要供热，夜晚、节假日等非工作时间不需供热。传统的办公楼供热方式为全天候供热，非工作时间段的供热造成资源浪费，增加成本，不符合环保、节能要求。为减少资料浪费，降低供热成本，设计一套基于PLC和触摸屏的供热控制系统，PLC选用西门子200系列CPU222CN产控制器，触摸屏选用威纶通TK6100产品，实现供热的温度自动调节和供热时间的自由设定。

1 控制流程及设备概述

该套办公楼供热系统包括现场换热站和控制系统两部分。换热站基本工作流程是，供热管道送来的蒸汽在换热器内对补水泵送来的循环水加热，两台供热循环泵将热水送至办公楼供热管道，进入供热空调系统。在进换热站前的蒸汽管道上设有电动调节阀，根据供热系统回水温度控制调节阀开度，实现温度自动控制。供热系统设有一台补水泵，可以手动控制泵的启停，给供热系统补水。

2 系统硬件设计

系统硬件配置首先要确定PLC模块类型和数量，根据该供热系统的控制要求和设备类型数量，统计需要的I/O点数量如下：

（1）模拟量输入（AI）信号，热电阻温度传感器的电阻信号经温度变送器转换成电流信号直接接入AI模块，电动调节阀阀位反馈信号2个，共计3个。

（2）模拟量输出（AO）点，电动调节阀控制输出2个，共计2个。

（3）数字量输入（DI）点，循环泵A开状态1个，循环泵A关状态1个，循环泵B开状态1个，循环泵关状态1个，补水泵开状态1个，补水泵关状态1个，共计6个。

（4）数字量输出（DO）点，循环泵启停2个，补水泵启停1个，共计3个。

根據统计出的实际I/O点数量，不考虑备用及后期扩展，选用西门子CPU222CN控制器，扩展模块选择EM231 4AI一块、EM232 2AO1块，触摸屏选用威纶通TK6100产品。PLC与触摸屏直接采用PPI协议，进行通信。考虑数字量输入信号和数字量输出信号与循环泵和补水泵电气信号相关，为防止电气柜电压、电流信号误入控制系统损坏PLC模块，选用24VDC中间继电器进行隔离。对于数字量输入信号，电气柜状态信号串24VDC电压后驱动中间继电器线圈，继电器触点输出接入PLC系统DI通道；对于数字量输出信号，PLC系统DO通道接中间继电器线圈，继电器输出触点接电气柜控制回路。对热电阻传感器，输出三线制电阻信号通过温度变送器转换成电流信号，进PLC系统AI通道。

3 系统软件设计

整个系统软件包括PLC控制程序和触摸屏操作界面设计两部分。

3.1 PLC软件设计

西门子S7-200 PLC 编程软件为 STEP 7 MicroWIN SP9，该软件支持STL、LAD和FBD编程语言，本项目选用LAD语言编程。PLC软件设计包括参数设置和程序组态两部分工作。

参数设置包括通讯参数设置、程序保持寄存器地址区间设置和PID中断调用参数设置等。通讯参数包括PLC站地址、通讯波特率等内容，触摸屏通讯参数设置要与PLC设置保持一致。设置程序保持寄存区的目的是防止PLC断电后控制参数丢失，掉电保持的参数包括温度高限值、低限值，温度设定值、PID控制比例、微分和积分参数等。PID中断调用参数设置包括起始地址、温度给定值范围、输入输出偏移量等内容，其中温度给定值范围要和温度过程值的量程范围一致，取值为0到200；输入输出偏移量设定为20%，与4-20mA电流信号相对应。

PLC控制程序采用模块化设计理念，根据功能划分为不同的子程序功能，主要包括参数初始化、模拟量数据采集及工程量转换、调节阀的PID程序控制、循环泵控制、补水泵控制和报警联锁控制等。

3.2 触摸屏软件设计

触摸屏编程选用EB8000组态软件，该软件图元库资源丰富，可建立各种直观生动的操作界面。

触摸屏软件设计主要包括：

（1）工艺流程显示，显示供热系统蒸汽、热水的流向，显示调节阀、水泵实时状态等信息；（2）设备联锁设定，通过联锁切换按钮可以实现调节阀手动、自动状态的切换，泵联锁状态切换；（3）泵的启停控制，联锁解除状态下可手动开泵、关泵；（4）定时时间排程设定，共设置8组时间排程，完全满足实际使用需求；（5）PID参数设置，根据实际工况摸索出符合控制要求的比例、积分、微分值；（6）用户管理，对使用用户实行分级管理，设定不同的权限，对定时时间的设定需要管理权限才能更改，对PID参数的修改需要工程师权限；（7）温度参数趋势画面，实时显示温度变化趋势，直观形象。

4 结论

在办公楼供热控制系统的设计中，充分利用PLC和触摸屏提供系统资源，减少了硬件开关、按钮的使用，降低了PLC中I/O点数量；利用触摸屏内置排程功能，实现定时控制输出，降低了PLC程序中编程工作量，提高程序运行效率。

参考文献：

[1]廖常初.S7-200PLC基础教程[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]杜诗超.宋永昌. 触摸屏、组态软件入门与典型应用[M].北京：中国电力出版社，2012.