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基于嵌入式PLC的换热站控制系统设计

陈鹏扬

浙江润和物业有限公司杭州分公司,浙江杭州,310012

摘要: 换热站由于其内部功能比较复杂,有很长的设备管沟、大量设备支架及设备基础,因而其厂房跨度都比较大,在这种情况下热力场站工程都会首选性价比高的门式刚架结构。PLC具体是通过模仿人类思维及行为方式形成的一门科学技术,又可以将其称作智能化技术与可编程逻辑控制器,这种技术实际应用时弥补了传统电气工程内接线繁琐复杂、可靠性差、功耗高、灵敏度差等诸多不足,运用微处理器明显增加了嵌入式PLC技术在生产实践中应用的灵活性,表现出较好的拓展性,运用可编程的储存器完整地存储了各项生产信息,依照逻辑运算与顺序控制执行用户下达的指令,基于数字化模拟输入和输出形式精准调控机械的生产过程。在电气自动化工程内应用PLC技术体现出较高的应用价值,确保电气设备运行质量与生产效益。基于此,本篇文章对基于嵌入式PLC的换热站控制系统设计进行研究,以供参考。
关键词: 基于嵌入式PLC;换热站;控制系统设计
DOI:10.12721/ccn.2023.157226
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引言

现如今,这项技术在电气自动化中的重要性也越来越明显,相关的工作人员只有明确PLC控制技术的注意事项以及应用范围,明确该技术的应用性能,才能更好地将PLC控制技术应用于自动化控制工作中。作为灵活性分布式供能的发展方向之一,集成分布式能源的多能耦合系统可以有效提高能源综合利用效率,提升系统供能的可靠性。近年来,我国积极推进包含灵活性分布式能源的多能耦合系统建设。如某综合能源示范项目在源测集成光伏、风电等,以综合能源系统的形式促进可再生能源消纳,丰富供能来源;某园区级综合能源示范项目则集成了冷热电联产机组、热泵、太阳能集热器、光伏储能等部件,实现了能源的综合高效利用,但未将变电站、换热站、分布式换能系统等耦合运行。可见目前我国多能耦合系统的规模较小,在用户侧电、热协同和多能转换利用巨有较大的发展空间。

1相关概述

1.1PLC的概念

PLC是一种针对现场的可编程逻辑控制器,是一种工业控制设备,应用效果显著,同时,以微软处理器为基础,结合了计算机技术、通信技术、自动控制技术和互联网技术的优势。另外,在相关产品中使用和生产PLC技术时,其控制形式可分为两种,FCS总线控制系统和dcs集散控制系统。与此同时,PLC内部存储了多种指令,从大体上可以分为逻辑运算、顺序运算、定时、计数和数学运算五方面,包括太网、Profibus.Te-net等通讯方式。

1.2分布式换能系统的概念

热、电、气是日常居民生活生产的必需能源。其中,换热站、变电站、燃气站等分别作为城市区域集中供热、配电和配气的核心枢纽,是城市供热、供电和供气网络中重要的能源集散地。与城市区域的供热、供气等网络类似,电力系统中的配电网、变电站等均分布在用户侧,与供热网络、供气网络等具有空间尺度上的等同性。这种空间尺度上的天然互补性能够形成热、电、气等耦合供能系统,通过发挥耦合系统的分散性、灵活性和可转换性,能够在在负荷侧有效支撑新型电力系统的建设。因此,基于各类用能方式在空间尺度的等同性,围绕变电站、换热站和燃气站等,本文引入电热、气热、气电转换及储电、储热等混合储能设备以及换热设备,提出一种分布式换能系统的概念,该系统在配网侧分布式配置,能够实现电热、气热、气电之间的转换,因此称为分布式换能。

2换热站控制方法的不足

间供换热站调控原理,根据测出的室外温度Tw,调整一次网侧的电动阀门开度,以改变流过热交换器的一次侧水量,从而使二次侧热交换器出口的水温T2g达到设定值。即通过一次侧的电动调节阀控制二次侧供水温度值,还有控制策略是改变一次侧流量,使二次侧热交换器的出口供回水平均温度达到设定值。由于用户室温与供回水温度可以建立一定的数学关系,因此控制供水温度合理值可满足对室温的控制。以上控制方法在实际应用中存在一些问题。(1)户端调控效果不透明。供水温度设定主要依靠操作工人的经验,以降低投诉为首要目标,末端用户供热效果没有数据支撑,供水温度设定的合理性有待商榷。(2)对人的专业度依赖高。调控人员实时查看及下发指令,可以“远程”操控,但下发指令是否合理,无法及时判断,不能做到真正的“无人”值守。(3)事后调控,没有室温数据,用户供热状况未知。热力公司通常采用抽样上门测温,一般重点关注不利用户,采集的数据不全且滞后。(4)所有控制策略的核心控制目标是“水温”,没有将室温纳入控制闭环。由于建筑物具有热惰性,管网存在蓄热延迟,室温变化滞后量大,无法纳入调控PID算法,部分研究以抽样室温为参考进行水温修正,其本质也是依托人工经验微调水温,技术成熟度及效果还有待验证。

3运动控制系统总体方案设计

运动控制系统的总体方案设计,以PLC控制器作为核心控制装置,与电源电路、驱动装置、上位机、外围设备、反馈模块等功能模块建立通信连接。按照规划路线下达运动控制命令,根据收集到的位移、速度的坐标数据信息,与规划路线坐标数据信息进行对比,生成运动控制误差结果。该结果将在上位机操作面展示,用户可以根据误差数值,对接下来的运动控制进行调整,从而使得运动控制更加精准。为了实现智能化操控,当前主要以自动调节误差作为系统开发要点,根据偏差计算调节坐标参数,生成新的驱动程序命令,通过PLC核心控制器发送至驱动模块,完成高精度运动控制。以单元处理器作为基础的运动控制器,设备中最为主要的控制模块就是单一控制芯片,为确保运动控制器的良好运行,需要选择具备脉冲输出功能的芯片,主要控制模块需要实时性、同步可变频PWM波的输出,之后有效完成位置控制的操作、数据信息精确性运算操作等,处理设备和其他设备、计算机之间的通信信息。但是考虑到单元处理器在应用期间的能力存在限制,可能会导致编码器在执行复杂逻辑控制或任务控制的过程中面临困难,所以该控制器比较适合非常简单的运动过程控制,能够有效完成简单运动的控制任务。另外,将专用的控制芯片当作核心部分的控制器,并非采用主控芯片进行运动控制,而是独立性使用专用控制芯片完成操作。目前国内外已经开始重视此类芯片的功能开发设计,采用专用控制芯片,能够提升系统的集成度,减少元件的使用数量,提高系统的响应速度,降低价格和成本;但是由于缺乏扩展能力,因此需要不断进行芯片和系统的拓展处理,全面完成各个单元和结构的拓展操作任务,充分发挥各类拓展处理措施的价值和优势,确保控制器的良好应用。在此过程中还需做好运动控制器的主控单元多核处理等工作,采用多个CPU处理器组合而成运动控制器,选择ARM、AVR、FPGA系列的CPU,确保处理器的良好设计、开发和应用。

结束语

目前,嵌入式PLC技术是当前社会发展下的一个热点话题,具有良好的前瞻性和发展前景,对此,相关领域必须予以充分的重视,旨在最大化地发挥该技术的优势与价值。基于此,本文从PLC的相关概述角度作为出发点,简要地分析和阐述了现阶段下PLC技术在电气工程自动化控制中的应用策略,重点对PLC技术在换热站控制系统中的应用的应用展开了深入的分析和探讨,旨在进一步发现问题、分析问题和解决问题,切实提高PLC技术的应用范围、

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