基于臺(tái)達(dá)自動(dòng)化技術(shù)的建筑供熱系統(tǒng)

本文在討論PLC技術(shù)的建筑恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，論述了變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，較詳細(xì)地分析一拖多變頻供水工程實(shí)際問題，給出了基于臺(tái)達(dá)PLC的恒壓供水主控電氣設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：建筑恒壓供水 PLC 觸摸屏

1 引言

系統(tǒng)用于酒店，小區(qū)高層供采暖/生活熱水。系統(tǒng)采用循環(huán)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證恒定溫度和壓力。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度和設(shè)定的供水溫度循環(huán)控制供熱流量，根據(jù)管道回水壓力波動(dòng)，控制供水泵組中單臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或多臺(tái)電機(jī)的投入及退出，使管網(wǎng)主干出口端壓力始終保持恒定．以滿足用戶對(duì)高性能、高質(zhì)量供水的要求，并使整個(gè)系統(tǒng)始終保持在高效節(jié)能的最佳運(yùn)行狀態(tài)。

2 基于PLC技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1供熱機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)要求

（1）供熱機(jī)組自動(dòng)顯示功能：一次供水流量，壓力和溫度；一次回水壓力和溫度；二次供水壓力和溫度；二次回水壓力和溫度；水箱水位；循環(huán)泵，補(bǔ)水泵故障警報(bào)；二次供水壓力和溫度過高和過低報(bào)警；二次回水壓力和溫度過高和過低報(bào)警；水箱水位過高和過低報(bào)警。

（2）供熱機(jī)組自動(dòng)控制功能。根據(jù)二次供水溫度和室外補(bǔ)償溫度調(diào)節(jié)，一次供水流量達(dá)到二次供水溫度恒定；停電自動(dòng)關(guān)閉一次供水；二次回水恒壓運(yùn)行；自動(dòng)上水；系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生過壓，過溫，欠壓，過流。超載，過熱，短路等故障可遠(yuǎn)程報(bào)警。

1.2生活熱水機(jī)組自動(dòng)控制

（1）運(yùn)行功能。自動(dòng)變頻：用于水泵正常供水的工作狀態(tài)；手動(dòng)變頻：用于系統(tǒng)調(diào)試，手動(dòng)控制變頻；手動(dòng)工頻：自動(dòng)控制失靈。切換到手動(dòng)，工頻控制水泵；故障報(bào)警：系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生過壓，過溫，欠壓，過流。超載，過熱，短路等故障可報(bào)警；顯示：數(shù)碼顯示器可顯示頻率，壓力，電流，電壓等數(shù)字信號(hào)。變頻運(yùn)行定時(shí)切換：當(dāng)一臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行達(dá)到一定時(shí)間，自動(dòng)變頻啟動(dòng)另一臺(tái)水泵，前一臺(tái)水泵自動(dòng)停機(jī)，保障每臺(tái)水泵的磨損系數(shù)。如果系統(tǒng)主泵數(shù)大于2臺(tái)，則此過程依次輪換。切換泵時(shí)候需要一定的延時(shí)，保證電氣安全，防止電流沖擊。

（2）恒壓供水控制。循環(huán)方式控制水泵恒壓運(yùn)行；變頻，工頻自動(dòng)轉(zhuǎn)換：系統(tǒng)用水量超過水泵的額定供水量時(shí)，水泵自動(dòng)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，同時(shí)自動(dòng)變頻啟動(dòng)另一臺(tái)水泵運(yùn)行，共同向系統(tǒng)供水。若用水量又趨于下降到單臺(tái)水泵的額定供水量時(shí)，原工頻運(yùn)行的水泵停止工作，變頻工作的水泵在新的頻率下單獨(dú)向系統(tǒng)供水。如果系統(tǒng)主泵數(shù)小于2臺(tái)，則此過程依次輪換。當(dāng)變頻器控制的電機(jī)滿足不了設(shè)定流量要求，此時(shí)變頻器輸出頻率逐漸上升，直到工作在設(shè)定的上限頻率，如壓力仍達(dá)不到設(shè)定值，由可編程控制器，通過PID運(yùn)算得到輸出量給發(fā)出速度控制指令。如系統(tǒng)用水量超過水泵的額定供水量時(shí)，水泵自動(dòng)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，同時(shí)自動(dòng)變頻啟動(dòng)另一臺(tái)水泵運(yùn)行，共同向系統(tǒng)供水。若用水量又趨于下降到單臺(tái)水泵的額定供水量時(shí)，原工頻運(yùn)行的水泵停止工作，變頻工作的水泵在新的頻率下單獨(dú)向系統(tǒng)供水。如果系統(tǒng)主泵數(shù)小于2臺(tái)，則此過程依次輪換。

供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見圖1。二次供水溫度PID控制比例閥的開口（熱水流量閥）回饋二次溫度。二次回水壓力，控制回水壓力（變頻器）回饋回水壓力。

圖1 生活熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（3）系統(tǒng)特點(diǎn)。自動(dòng)化控制避免用水高峰壓力不足，用水量少時(shí)恒壓防止管網(wǎng)壓力過高爆管，實(shí)現(xiàn)無人看守；可以利用變頻技術(shù)顯著節(jié)約電能，節(jié)能量通常在10-40%。從單臺(tái)水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大；安全衛(wèi)生。系統(tǒng)實(shí)行循環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。

2系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

主控制器選用PLC,自動(dòng)化程度高,簡(jiǎn)化了線路。開關(guān)量(包括啟動(dòng)停止按紐,限位,故障,頻率檢測(cè)等)輸入24點(diǎn);輸出10點(diǎn)；模擬量檢測(cè)11路(壓力.溫度,水位)；模擬量輸出2路.分別控制變頻器和比例閥,控制系統(tǒng)壓力和流量。主控制電路如圖2所示。

圖2 主控制電路

2.1 PLC控制電路設(shè)計(jì)

（1）配置設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)控制需求分析, 電氣系統(tǒng)配置如圖3所示。

圖3 電氣系統(tǒng)配置

（2）CPU單元設(shè)計(jì)。PLC選取臺(tái)達(dá)CPU單元DVP48EH：24 IN/24 OUT，CPU單元控制電路如圖4所示。

圖4 CPU單元控制電路

（3）擴(kuò)展單元設(shè)計(jì)。1個(gè)4通道AD輸入2通道AO輸出模擬量擴(kuò)展單元06XA-H，2個(gè)4通道AD模擬量擴(kuò)展單元04AD-H ，模擬量控制電路如圖5所示。

圖5 模擬量控制電路

2.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面選取臺(tái)達(dá)7.5”彩色觸摸屏。人機(jī)界面（HMI）可顯示工藝流程、工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，HMI圖形接口友好，只需直接對(duì)圖示進(jìn)行手動(dòng)點(diǎn)觸操作，因此操作簡(jiǎn)便靈活。
具體畫面規(guī)劃如下:

（1）開機(jī)畫面說明：系統(tǒng)上電后，在人機(jī)界面上顯示如圖6所示畫面，按畫面提示進(jìn)入各個(gè)子畫面界面。

圖6 開機(jī)畫面

（2）參數(shù)設(shè)定畫面說明?？梢栽O(shè)定二次供水溫度，3位加一位小數(shù)；二次供水壓力，1位加2位小數(shù)，單位MPA；同時(shí)可以設(shè)置溫度和壓力的高限和低限。

（3）控制畫面說明。1#循環(huán)泵啟動(dòng)和停止，2#循環(huán)泵啟動(dòng)和停止；手動(dòng)變頻可以直接設(shè)速度，同時(shí)也可以用增加按鈕和減小按鈕來手動(dòng)調(diào)節(jié)速度；校表功能可以調(diào)節(jié)各種表的系數(shù)；PID參數(shù)可以來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PID參數(shù)比例/積分/微分，積分飽和限制等。

其它畫面包括：當(dāng)前警報(bào)；歷史警報(bào)；歷史趨勢(shì)；系統(tǒng)數(shù)據(jù)說明（圖7）等。

圖7系統(tǒng)數(shù)據(jù)說明

3 結(jié)束語

系統(tǒng)均采用臺(tái)達(dá)系列自動(dòng)化技術(shù)控制，操作方便簡(jiǎn)單,實(shí)時(shí)檢測(cè),多種保護(hù).該系統(tǒng)主要應(yīng)用在設(shè)備檔次及自動(dòng)化要求比較高、智慧化比較高供水場(chǎng)合，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的最佳替代產(chǎn)品，代表未來恒壓供水發(fā)展方向