淺談熱力站控制系統(tǒng)設(shè)計范文

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摘要:隨著科技的發(fā)展和社會的進步，城市居民對生活質(zhì)量也有了更高的要求。地?zé)嶙鳛槟壳按蠖鄶?shù)小區(qū)集中供暖的主要手段，能夠讓住戶在冬天不感到寒冷。集中供暖會出現(xiàn)溫度不合適的情況，過冷過熱都會導(dǎo)致用戶不舒服，使用科學(xué)高效的控制系統(tǒng)，能夠精確合理的調(diào)節(jié)溫度和供水壓力等參數(shù)，保證達到最佳的供暖效果，最好的用戶體驗。一般來說，小區(qū)的集中供暖主要有兩大原則，就地控制和集中協(xié)調(diào)原則。控制算法主要為閉環(huán)式PID控制控制器IC選用西門子S7-200系列PLC。本文通過對熱力站控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能簡述，介紹了編程軟件及程序結(jié)構(gòu)的組成，包括軟件編程和硬件結(jié)構(gòu)，最后闡述了可編程控制器的PID指令，實現(xiàn)了對本地監(jiān)控系統(tǒng)的整體介紹。

關(guān)鍵詞:小區(qū)熱力站;控制系統(tǒng)設(shè)計;PID控制算法;PLC編程

1熱力站控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能

熱力站的控制器IC是西門子公司的S7-200的PLC芯片，該芯片的主要參數(shù)如下:芯片CPU型號為226CN，該CPU具有24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點，可擴展成7個模塊，最大具有35路模擬量I/O或248路數(shù)字量I/O，具有PID控制器，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，有MPI通訊協(xié)議、PPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本小區(qū)控制系統(tǒng)根據(jù)統(tǒng)計的模擬量I/O點數(shù)與數(shù)字量I/O點數(shù)，擴展的模塊包括3個EM235CN(4路模擬量輸入/1路模擬量輸出)、2個EM232(2路模擬量輸出);由于熱力站與控制中心之間選擇了無線通信的方式，所以另外還有GPRS通信模塊SI-NAUTMD720-3和與之配套的天線。上述是西門子西門子公司S7-200PLC芯片的主要參數(shù)，以及小區(qū)熱力控制系統(tǒng)需要用到的芯片模塊。其中，CPU是控制系統(tǒng)的大腦，起著信息采集、數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)編程控制指令針對不同的供熱情況適時作出相應(yīng)的管理反應(yīng)。控制系統(tǒng)還要通過CPU既與計算機監(jiān)控中心相連，保證工作人員能夠?qū)崟r掌握、監(jiān)控供熱情況，又要求與熱力信息傳感器無線連接，保證信息采集和分析準(zhǔn)確無誤。本控制系統(tǒng)使用Port1口連接本地計算機，實現(xiàn)管理人員的集中監(jiān)控，而Port0口連接GPRS無線模塊MD720-3，實現(xiàn)與中心控制室的信息傳遞。

2編程軟件及程序結(jié)構(gòu)的組成

2．1編程軟件的介紹

本控制系統(tǒng)使用的控制芯片是西門子公司的S7-200PLC，使用編程軟件STEP7--Micro/WIN，該軟件是西門子公司開發(fā)的專門針對S7-200PLC的編程工具，借助Windows系統(tǒng)平臺，給用戶提供全面的、可靠的、高效的、便捷的編程環(huán)境，使得編程更加快捷、簡單，使得S7-200PLC芯片適用范圍更加廣泛。該軟件空間占有量小、編程效率高、上手容易、維護簡單，重視用戶體驗，保證代碼質(zhì)量，讓軟件能更好的與硬件相結(jié)合，達到系統(tǒng)控制的目的。

2．2S7-200的編程結(jié)構(gòu)

S7-200PLC的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。主程序是整個算法的主要部分，是編程思路和想法的集中體現(xiàn);子程序是主程序的補充和發(fā)展，將主程序中的關(guān)鍵部分模塊化，形成引用式編程，大大簡化程序的內(nèi)容，提高程序可讀性和可移植性;中斷服務(wù)程序是獨立在主程序和子程序之外的程序，所謂中斷，就是當(dāng)CPU接到優(yōu)先級高的程序指令時，暫停當(dāng)前正在處理程序體，轉(zhuǎn)向高級指示，中斷完成后，再接著之前的程序繼續(xù)運行，大大提高了程序的執(zhí)行效率。

3可編程控制器中的PID指令

3．1PID算法

如今科技的發(fā)展強調(diào)了工業(yè)或機械的自動控制，自動控制能夠極大的減輕使用者的勞動，并提供更為高效、準(zhǔn)確的實時控制，這些都是一般人力所無法完成的。自動控制是建立在控制器發(fā)展的基礎(chǔ)上的，通過對控制器進行合理編程，使得控制器能夠擁有一定的自主采集、分析、決策的能力，能夠根據(jù)實際狀況做出合理反應(yīng)。PID是一種被廣泛應(yīng)用與溫度、流量、速度等工業(yè)領(lǐng)域的重要控制算法，PID算法中P是指Proportion，比例控制;I是Integration，積分控制;D是Differentiation，微分控制。比例單元、積分單元和微分單元的結(jié)合使用能夠達到自動控制的優(yōu)化和完善。PID算法是一種算法簡單、可移植性強、可實施性強的重要自動控制算法。通過對比例項、積分項和微分項的靈活、合理調(diào)節(jié)，使得理論輸入和實際輸出之間盡可能的達到最優(yōu)化。比例項是輸出與輸入之間的一個比例關(guān)系，通過調(diào)節(jié)比例項能夠讓系統(tǒng)輸出根據(jù)輸入的實際狀況改變，由于系統(tǒng)總存在滯后性，比例項不一定為1，很多時候往往不為1，而是通過加大比例項系數(shù)提高系統(tǒng)的反應(yīng)能力。

3．2PLC中的PID指令

PID控制器就是建立在PID控制算法的基礎(chǔ)上的控制工具。經(jīng)過對采樣周期T、比例參數(shù)Kp、積分參數(shù)Ki、微分參數(shù)Kd的控制調(diào)節(jié)，達到最好的控制效果。S7-200PLC擁有自帶的PID控制器，能夠更加高效的進行程序編寫和運行。PID運算指令是根據(jù)表格(TBL)中的輸入和設(shè)置信息對LOOP指定的回路執(zhí)行PID環(huán)路計算的指令。

4小結(jié)

熱力站的控制系統(tǒng)是整個供熱系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)的大腦，監(jiān)視和控制著整個熱力系統(tǒng)工作狀況。控制系統(tǒng)是根據(jù)熱力系統(tǒng)的各個傳感器傳遞回來的信號、信息進行系統(tǒng)自動分析，對每個參數(shù)校對監(jiān)管，再通過控制器對小區(qū)熱力狀況進行控制，保證了小區(qū)供熱的合理性和居民的舒適度。

參考文獻:

［1］李飛．熱力站二次系統(tǒng)節(jié)能改造方法研究［D］．北京建筑大學(xué)，2013．

［2］李愛麗．小區(qū)熱力站的控制系統(tǒng)設(shè)計芻議［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，(07):115.

作者：張瑩祺 單位：吉林省新聞出版廣電局三三一臺