郭明华

[摘要]文章阐述了PLC的发展史及实际中各方面的使用情况，着重介绍了采用先进的自动控制技术、计算机技术与现代通信技术建立的一套可靠稳定的换热站自动化控制系统，该系统将提高换热站的运行管理水平，提高对全管网的调控能力，同时达到节能降耗的目的，使得换热站能够更加安全、稳定、高效、经济地运行。

[关键词]PLC；换热站；节能降耗

[DOI]1013939/jcnkizgsc201550051

1PLC的发展史

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成大量组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的过程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适用于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可保编程控制器在进行制造、石油化工、冶金、钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器，接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己可以生产中小型可编程控制器，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将由更广阔的应用天地。

2PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及维护娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

21开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

22模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，可使编程控制器用于模拟量控制。

23运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制结构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

24过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法，大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

25数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传输、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

26通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制设备的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新进生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

3换热站PLC设计及应用

我国北方地区的冬季漫长而寒冷，暖气、地热等供暖方式成为人民冬季室内御寒的主要手段。对于一个供热系统来讲，既要根据室外温度的变化调节二次供水温度，又要保证终端用户的室内变化不超出某一范围（18±2℃，最低不低于16℃），才能使终端用户有一个舒适的生活、工作环境，也能最大限度地节约能源。同时为实现换热站在无人值守的情况下，中控室能远程调度换热站的参数，保证热网的热力平衡，设计实现热力站自动化控制系统势在必行。

31热力系统简介

换热站采用技术成熟、运行可靠的换热机组作为工藝部分的主要设备。其结构为在综合底盘上安装板式换热器一台，热网循环水泵二台（一用一备）、补水泵二台（一用一备）、电气控制柜一台、调节阀一台及配套的其他阀门和相应的连接工艺管道管件。电气控制柜内安装热网循环水泵、补水泵变频器各一台。均采用一拖二或相互切换运行方式。

水作为热能的载体，由热源厂经管网系统输送到换热站（机组），经换热器通过二次管网将热能带给用户。换热机组自动控制的最终目的是使换热站（（机组）供出的热量与用户实际需要的热量相同（不考虑热损失时））。

32控制过程分析

热用户室内温度是控制系统的目标参数，主要取决于换热器的效率和二次网的综合供热能力。在这两个因素不变的前提下，热用户室内平均温度取决于二次网的综合供热能力。在这两个因素不变的前提下，热用户室内平均温度取决于二次网的供回水平均温度和当时的室外温度。我们把室外温度范围划分成几段，在不同的温度段内我们提供改变一次网调节阀的开度来控制二次网的供水平均温度。根据控制分级执行的原则，该系统可以分成以下几部分：

（1）热力站就地监控系统：以PLC控制器为核心，现场的温度、压力、热量、流量、液位、阀门开度、泵的启停状态等信号传输到控制器，由其进行A/D转换并作出判断和处理，实现现场的就地控制。

（2）现场仪表和执行机构：包括温度、压力、热量、流量、液位等传感器和变频器、阀门执行器等执行机构。

（3）通讯系统：以有线电话网（ADSL）为传输介质，实现热网热源调度中心与热力站就地监控系统的通讯。以双绞线（以太网）为传输介质，实现中控室与公司办公管理系统的通讯。

33方案

换热站控制基本原理就是隨着热用户温度和回水压力的变化，自动化控制调节阀开度和循环泵、补水泵转速，达到恒温恒压的控制要求，同时对系统进行连锁保护。

（1）二次供水温度的调节。根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度及自然时间与二次供水温度之间的对应曲线，按此曲线自动设定供水温度；按照设定好的供水温度设定值进行恒温控制。

二次供水温度控制回路图其主要功能是通过二次供热系统的温度检测、分析，算出最佳的供水温度，通过调节一次管网流量，使二次供水温度接近于它的设定值。这样在供热系统满足用户需求量的前提下，保证最佳工况。

（2）循环泵控制。循环泵开启的多少和大小由回水温度设定值与二次回水温度的差值来决定。当二次回水温度低于回水温度设定值时，需要增大循环泵的开启量；反之，则减小。回水温度设定值是根据室外天气来确定，当天气冷时，回水温度设定值应该小些，这样可以使大量热量充分留在用户里。程序本身定义了回水温度设定值与室外温度的关系曲线，操作员可以在人机界面上直接定义回水温度设定值。

（3）补水定压控制。通过回水管网上压变器反馈值与内部设定值比较，使输出到补水泵电机的频率相应变化，而出水压力则始终维持在设定值附近，避免了管网因出水压力过大而破裂的危险。

自动控制完成对换热机组的自动检测、控制、顺序控制、自动保护、有计划的调控热工参数，使热力站机组供热过程在给定工况下稳定运行。

34结论

通过对该城市热网自动控制系统的投运，热网过去主要依靠人工调节的控制手段得到彻底改善，一次网运行得到合理控制，失调现象得到有效的解决，消除热网中各站冷热不均的现象。按需供热节能降耗，改变不合理的小温差大流量运行方式，既保证远端客户的供热需要，又避免近端用户的过热现象，直接给企业带来经济效益的提高。随着供热事业的规模化发展，有效的开展自控手段将大大增强供热运行的管理能力。做到决策有依据，管理有证可查，大大提高供暖公司生产管理、人员管理和设备维护的水平。

4结论

今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅度提高，成为工业控制领域的主要控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。随着PLC、DCS相互渗透，二者的界限日趋模糊的时候，PLC将从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。

参考文献：

[1]杜俊明，彭海宇换热站的变频调速控制系统[J].自动化博览，2005，22（5）：52-53

[2]徐甫荣大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析[J].电源技术应用，2001（12）：71-74，78

[3]蒋琳琳变频器及自控系统在集中供暖系统里换热站控制中的应用[J].科学时代，2010（1）.

[4]陈静新兴换热站恒压变频补水自控系统[J].黑龙江科技信息，2010（26）.