台达PLC和HMI在换热站系统上的应用

项目背景

在中国北方冬季需要集中供暖的地区，城市集中供热系统的能力往往是衡量一个城市现代化发展水平的重要标志。一套先进的城市集中供热系统，不仅可以显著提升能源利用率，还有益于环境发展。在东北一城市居民区的城市集中供热系统中，采用了台达工业自动化解决方案，大幅提升供热系统的效率。

项目方案

换热站和热水管网是城市集中供热系统的核心组成部分，其主要功能也是连接热源和热用户，在整个供热系统中起着举足轻重的作用。热水管网又分一次网与二次网，一次网是指连接于热源与换热站之间的管网，二次网是指连接于换热站与热用户之间的管网。换热站是指连接于一次网与二次网并装有与用户连接的相关设备、仪表和控制设备的机房。它用于调整和保持热媒参数（压力、温度和流量等），使供热和用热达到安全经济运行，是热量交换、热量分配以及系统监控、调节的枢纽。

对换热站进行自动化控制，可以使整个热网安全、节能、高效、平稳地运行。某城市居民区采用台达可编程控制器（PLC）和人机界面（HMI）等工业自动化产品组成的解决方案，对换热站进行就地控制，将现场的温度、压力、热量、流量、液位、阀门开度、泵的起停状态等信号传输到控制器，由控制器进行采集和控制，再通过以太网通讯的方式，与上位机保持实时连接，实现了对热水管网的监控与调节，节能效果明显。

换热站自控系统主要实现对二次热网的控制，通过温度控制、二次管网循环泵控制、二次管网补水泵控制等保证热网的水力平衡、热力平衡。

在该项目中，系统方案中主机CPU采用台达可编程控制器（PLC）DVP12SA211R，具有16K程序容量，自带3个串行通讯口（1个RS232、2个RS485），最大扩展数字量为480点，右侧可扩展8个特殊模块（包括AD、DA、PT、TC等），并且支持左侧高速扩展，可连接以太网模块及现场总线模块，同时该款PLC提供丰富的应用指用，可满足热网行业的各种控制需求。

在该换热站中，DVP12SA211R可以实现的功能包括：

1. 实现参数测量运算功能。主要完成换热站现场过程的模拟量（如温度、压力、流量、液位等）、状态量（如泵的状态、水位高低状态等）的测量，并完成相应的物理量的上下限比较、PID运算、逻辑运算、数量处理等。

2. 二次网供水温度控制。根据室外温度补偿确定二次网供水温度曲线，进行一次网供水电动调节阀的自动或手动调节，从而满足供水温度的需求。

3. 二次网回水压力控制。根据设定的二次网回水压力设定值自动或手动调节变频补水泵的转速，将压力值稳定在要求范围内。

4. 二次网压差控制。根据二次网供回水压力差设定值，自动调节变频循环水泵的转速，同时支持手自动切换。

5. 电磁阀泄压控制。当二次网回水压力高于泄压设定值时，电磁阀得电开始泄压，当压力泄至正常值时，电磁阀失电关闭。

6. 报警功能。水箱水位高限、低限，二次网供水温度高限，二次网回水压力低限报警。

7. 通讯功能。DVP-SA2系列PLC通过串口与触摸屏交换数据，并通过EN01以太网络模块与上位机远程通讯。

在热网控制中，如能让控制温度根据室外温度进行相应的改变，将有利于供热量的调节，从而实现节能。台达PLC根据热网行业而专门开发的气候补偿曲线DTM指令满足了上述需求。编程者在设置完室外温度与控制温度数组（最多50组）后，DTM指令会根据室外实际温度值自动调整控制温度值。

采用触摸显示屏可以对换热站的各项数据进行实时监控，有利于调节和控制整个供热过程。该项目系统采用台达DOP-B07S515显示屏，具有65536色TFT显示，支持三组串口（RS232/RS485/RS422），具有强大的通讯功能，同时开孔尺寸与5寸屏相同，在有限的空间内提供了最大的显示区域。

DOP-B07S515与DVP-SA2通过台达Q-LINK协议相连，通讯速率比常规通讯快30%，通过配置触摸屏数据，可以改变PID设定值及参数，监控调节阀、循环泵和补水泵的运行工况，显示现场温度、压力、流量、液位等信号，触摸屏内设报警极限值及报警记录画面，同时可将当前和历史数据以报表或曲线的方式在屏上显示出来，方便调节和控制整个供热过程。

项目总结

该系统控制方案扩展性强，可连接GPRS无线模块，可通过总线方式连接分布式IO（DeviceNET/CAN总线），并且当主机特殊扩展模块超过8个时，还可通过台达PLC独有的EASY-LINK功能连接更多特殊模块，为客户节省一台（多台）主机，有效控制成本。

该换热站控制系统投运半年来运行稳定，节能效果明显，同时提高现场人员监控调试的便利性，客户反响良好。