智能换热机组控制系统设计

2021-06-18孟亚男姜凤树赵文斌

湖北农机化 2021年10期

孟亚男姜凤树赵文斌

(1.吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林 132022；2.吉林吉化建修有限公司，吉林吉林 132021)

1 智能换热机组的工艺流程

一次网重要换热机组和二次网构成了换热站，是供热过程中的热交换系统，一次网中设有调节阀，用来控制一次网供水流量。二次侧出口处则安装了温度传感器，实时测温并反馈到调节阀进行调节流量，二次网供水温度得以控制。通过循环水泵将介质输送到系统中，使系统维持一定的运行压力，同时通过补水泵将系统中的水量损失进行补充。为了满足用户需求，根据室外温度传感器检测的温度信号进行自动控制二次网的出口温度。

图1 换热机的工艺流程图

2 智能换热站的控制要求

要想智能换热机组实现存在的价值，必须根据用户需要供热和平稳、安全的运行。按用户需求供热是指，当热用户的需求发生变化时，二次侧供水温度根据用户的设定值发生变化，将信号发送到cpu进行处理，以控制相应的调节器进行调节。平稳、安全的运行是指，在满足热用户的供热需求的同时，可以提高供热质量，保证换热站能够节能、稳定地供热。

3 智能换热站主要控制策略

由于管道的老化会影响水温、管道压力及其流量，这些因素都会影响供暖的质量，通过实时监测水温、管道压力和流量，反馈到PID控制器进行分析，然后对一次网侧的调节阀及二次网侧循环泵和补水泵做出相应的调节，以满足用户对供暖的要求。

3.1 二次网供水温度的调节

因为当地的温度会影响供水温度，所以需要找出供水温度在室温影响下随时间的变化。同时还需要考虑到当地气压和设备老化的因素，通过大量实践已得出了二次网的温度的设定值，与所测得的温度作比较，送入到PID控制器使得调节器做出相应的调整，通过控制流量的方式达到控制温度。

3.2 二次网供回水压差控制

想要进行二次供、回水温度控制必须保证二次供、回水的压力差。为了防止流量过大，通常二次供、回水温度决定了二次供、回水的压力差，压差回路控制如图2所示。

图2 二次供、回水压差控制回路框图

我们必须在热交换站的二次侧安装循环泵，以将热水从热交换站输送到热用户。在压力调节器的选择上，一般采用常规PID调节，并将变频调速的技术采用于循环泵转速的调节上，从而实现节能减排的作用。如果没有恒定的压力差，则不能满足给水和回水的流量，从而不能将热量传递给用户。为了保持二次网管的供水和回水之间的压力差稳定，将加热需求的设定值与传感器检测到的二次网络的供水和回水之间的压力差信号进行比较，得出误差信号作为压力调节器的输入值，经过PID控制器处理，运行变频器改变循环水泵的频率，从而控制循环水泵的转速，使得压力值与设定值相近。

3.3 二次网回水定压控制

要想控制好二次供、回水温度，需要保证二次网恒压点压差，由于一些不可抗力的因素，热水管会出现漏水和热水管腐蚀，导致管内的水压会随着时间慢慢变化，所以换热站不能平稳的运行，需要及时调节相关参数。图3为压力控制回路。

图3 二次供、回水压力差控制回路

这就需要通过传感器实时测出水压，与用户所需要的值进行比较，将误差输入到PID控制器调节补水泵的转速，使得管内水压保持稳定。

4 PLC 软件设计

PLC控制软件部分主要针对换热站现场物理量的检测以及控制功能的输出，另外也包括一些系统自诊断功能，报警点的输入和声光报警输出等。PLC软件是由STEP7开发。在STEP7的程序结构中，将程序的各组成部分称为逻辑块。逻辑块分为组织块OB、功能块FB、数据块DB、系统功能块SFB、系统功能SFC、系统数据块SDB。PLC软件程序设计及实现。首先系统上电，执行OB100启动组织块。OB100主要完成系统参数的初始化，写入变送量程的上下限，这里调用了功能块FB4。OB100的程序图4所示。

图4 OB100的程序段

此程序段为FB4封装的一段程序。相应的FB4的程序如图5所示。上文所述即为OB块调用FB的过程。其次循环执行OB。在本次设计中，OB1主要完成实时数据采集、报警处理、控制输出；调用功能块FB1，FB5，FB6。

图5 FB4的程序

当PLC接收来自操作信号，由手动控制转为PLC自动控制时，PLC启动OB35。OB35为PLC自动控制运行功能部分，完成现场回水压力自动调节功能。OB35调用FB41标准PID模块。上述程序即为PLC运行时的基本程序。最后当程序出现错误，则传入相应的错误处理组织块。组织模块未载入进入处理模块OB85；机架故障进入处理模块OB86；程序错误进入处理模块OB121；模块I/O错误进入处理模块OB122。这些出错处理模块的程序为一个空操作，以防止程序跑飞。