摘要：在城市集中供热系统的不断发展下，供热已经不仅仅满足于简单的热水供到用户模式。对节能减排及利润的要求，供热应趋于科学、合理、有效的利用能源。伴随着计算机技术的发展，以前人力的频繁操作已经可以被取代。本文以新疆某热力公司对变频器结合PLC在换热站的实际应用，对变频器原理、PLC控制过程及使用效果、循环系统及补水系统进行了论述。
关键词：变频器；PLC；换热站；应用
1工作原理
1.1变频器工作原理
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
1.2 PLC工作原理
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式：
⑴每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新；⑵输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入；⑶一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新；⑷元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。⑸扫描周期的长短由三条决定：CPU执行指令的速度；指本身占有的时间；指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。⑹由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
2配置组成
2.1系统组成
该系统由可编程控制器（PLC）、输出继电器以及触摸屏监控画面组成。
2.2硬件组成
以西门子公司生产的可编程控制器（PLC）为主控设备，本系统硬件型号如下：电源模块：6ES7 307-1EA01-0AA0；CPU模块：6ES7 314-1AG14-0AB0；以太网通讯模块：6GK7 343-1CX10-0XE0；开关量输入：6ES7 321-1BH02-4AA；开关量输出：6ES7 322-1BH01-4AA1；模拟量输入：6ES7 331-1KF02-4AB1（8通道）；模拟量输出：6ES7 332-5HF00-4AB1（8通道）；输出继电器：欧姆龙DC 24V。
2.3软件组成
系统的软件是由编程软件STEP 7，组态软件wincc comfort。本系统触摸屏画面是用西门子公司的wincc comfort画成，系统主要由以下画面组成：主画面、一次网参数总览、二次网参数总览、循环泵补水泵操作、调节阀控制、系统画面、清零操作、巡检记录、内部参数。
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3功能介绍
3.1变频器功能
传统的换热站内二次网循环泵都是以孔板或者阀门调节来控制泵出口流量及压力，对设备损耗、电能的浪费以及人力要求很高。对外部流量的调节造成很大的困扰。变频器的使用可以选择根据外部要求进行简易调节，通过设置频率达到控制循环泵的转速，进而达到控制泵出口流量及频率或者通过压差控制方式控制泵的出力，达到节能（节电）的效果。传统的换热站内二次网补水泵的控制方式都是以压力指针判断泵的启停，频繁的操作造成设备的损耗及人力的浪费。变频器对补水泵的使用是以恒压控制方式控制，当补水压力即循环泵入口压力低时进行补水，恢复需要压力时停泵。以大连大发供热公司一年的采暖期为比较，使用变频前与使用后作为比较，节约电能20%—40%。
3.2 PLC功能
PLC系统主要针对换热站相关设备进行设备控制，数据采集控制，及监视等。换热站系统控制设备一般有：循环泵、补水泵，以及调节流量的调节阀等。显示温度、压力、流量等各种参数。远程控制循环泵以及补水泵的启停、手动控制调节阀的开度、自动定压补水、调节阀自动定温调节开度、循环泵自动定温调节频率、考察看站人员的工作情况。PLC的选用可以实现工艺控制的自动化，由CPU、输入/输出模块接收测量信号（如温度、压力、流量等转化来的电信号）、远程扫描模块、中间继电器、光电转换模块等组成，通过专用软件编程（梯形图或语言命令），利用网络（以太网或局域网等）实现对执行元件（如阀门的开闭、马达的启停、调速等）的控制来达到供热平衡的目的。
4换热站补水泵的闭环控制系统
为了保证站内及其管网的运行水压恒定，由补水泵及时补充因流失、泄漏等原因造成的水量损失。在系统补水过程中，换热站内循环热水回水管上的压力变送器或远传压力表，监测系统回水压力。该信号传送到PI调节器，经与设定值比较后，其差值模拟量送入控制补水泵的变频器，来调节补水泵电机的转速。同时也调节了补水泵的补水流量和压力，以保证整个供回水系统内的水压恒定。补水定压控制点的位置选择及设定值大小：定压控制点的选择，一般有两种方式。一是，选在循环水泵入口处，在循环泵的入口处加装压力传感器或远传压力表，通过压力传感器或远传压力表与变频器的联动调节来确定系统恒压点的确切位置；二是，选在最不利环路用户的供水入口处。
5换热站循环水泵的闭环控制作用
在机械循环热水采暖系统中，循环水泵是系统的核心设备，同时又是耗电量较大的设备，合理的选型既能保证系统的正常运行，也降低能耗。在换热站采暖系统中，循环水泵的功率较大，利用变频器调节其转速的节电潜力应比变频补水定压大得多，但是投资比较大。近期设计的几个换热站都是利用变频器调节循环水泵的。如市区新世纪花园换热站等，虽然建设投资比较大，但是节电效果比较明显。在设计的换热站中，循环泵一般是一用一备或两用一备，设计中常采用一台变频器控制多台循环水泵的运行，其中一台循环水泵变频运行，其它循环泵工频运行。利用变频器调节循环水泵，可以由定流量转为变流量运行。电动机直接启动时，启动电流为额定电流的4-6倍，而变频调速后启动电流是额定电流的1/4，改善了电动机的启动性能，减少了启动电流对电气设备的冲击，延长了设备的使用寿命。供热系统运行稳定，调节灵活，供热效果较好。
结束语：
总而言之，变频器结合PLC在换热站的应用，在集中供热行业已经形成一种趋势，并且日趋完善。这种自动控制系统的应用，在节约电能、降低运行成本的同时，依靠其简易、稳定的运行已经慢慢为广大供热企业所接受。
参考文献：
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[5]黄全振；基于模糊PID控制器的恒压供水系统.仪表技术与传感器，2008，7：81-82，89.
论文作者:寇高建
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/2/22
标签：变频器论文; 水泵论文; 系统论文; 补水论文; 流量论文; 压力论文; 换热站论文; 《基层建设》2016年30期论文;