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浅谈热力站控制系统设计

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摘要:随着科技的发展和社会的进步,城市居民对生活质量也有了更高的要求。地热作为目前大多数小区集中供暖的主要手段,能够让住户在冬天不感到寒冷。集中供暖会出现温度不合适的情况,过冷过热都会导致用户不舒服,使用科学高效的控制系统,能够精确合理的调节温度和供水压力等参数,保证达到最佳的供暖效果,最好的用户体验。一般来说,小区的集中供暖主要有两大原则,就地控制和集中协调原则。控制算法主要为闭环式PID控制控制器IC选用西门子S7-200系列PLC。本文通过对热力站控制系统的构成和功能简述,介绍了编程软件及程序结构的组成,包括软件编程和硬件结构,最后阐述了可编程控制器的PID指令,实现了对本地监控系统的整体介绍。

关键词:小区热力站;控制系统设计;PID控制算法;PLC编程

1热力站控制系统的构成和功能

热力站的控制器IC是西门子公司的S7-200的PLC芯片,该芯片的主要参数如下:芯片CPU型号为226CN,该CPU具有24输入/16输出共40个数字量I/O点,可扩展成7个模块,最大具有35路模拟量I/O或248路数字量I/O,具有PID控制器,6个独立的30kHz高速计数器,26K字节程序和数据存储空间,2路独立的20kHz高速脉冲输出,2个RS485通讯/编程口,有MPI通讯协议、PPI通讯协议和自由方式通讯能力。本小区控制系统根据统计的模拟量I/O点数与数字量I/O点数,扩展的模块包括3个EM235CN(4路模拟量输入/1路模拟量输出)、2个EM232(2路模拟量输出);由于热力站与控制中心之间选择了无线通信的方式,所以另外还有GPRS通信模块SI-NAUTMD720-3和与之配套的天线。上述是西门子西门子公司S7-200PLC芯片的主要参数,以及小区热力控制系统需要用到的芯片模块。其中,CPU是控制系统的大脑,起着信息采集、数据分析,并根据编程控制指令针对不同的供热情况适时作出相应的管理反应。控制系统还要通过CPU既与计算机监控中心相连,保证工作人员能够实时掌握、监控供热情况,又要求与热力信息传感器无线连接,保证信息采集和分析准确无误。本控制系统使用Port1口连接本地计算机,实现管理人员的集中监控,而Port0口连接GPRS无线模块MD720-3,实现与中心控制室的信息传递。

2编程软件及程序结构的组成

2.1编程软件的介绍

本控制系统使用的控制芯片是西门子公司的S7-200PLC,使用编程软件STEP7--Micro/WIN,该软件是西门子公司开发的专门针对S7-200PLC的编程工具,借助Windows系统平台,给用户提供全面的、可靠的、高效的、便捷的编程环境,使得编程更加快捷、简单,使得S7-200PLC芯片适用范围更加广泛。该软件空间占有量小、编程效率高、上手容易、维护简单,重视用户体验,保证代码质量,让软件能更好的与硬件相结合,达到系统控制的目的。

2.2S7-200的编程结构

S7-200PLC的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。主程序是整个算法的主要部分,是编程思路和想法的集中体现;子程序是主程序的补充和发展,将主程序中的关键部分模块化,形成引用式编程,大大简化程序的内容,提高程序可读性和可移植性;中断服务程序是独立在主程序和子程序之外的程序,所谓中断,就是当CPU接到优先级高的程序指令时,暂停当前正在处理程序体,转向高级指示,中断完成后,再接着之前的程序继续运行,大大提高了程序的执行效率。

3可编程控制器中的PID指令

3.1PID算法

如今科技的发展强调了工业或机械的自动控制,自动控制能够极大的减轻使用者的劳动,并提供更为高效、准确的实时控制,这些都是一般人力所无法完成的。自动控制是建立在控制器发展的基础上的,通过对控制器进行合理编程,使得控制器能够拥有一定的自主采集、分析、决策的能力,能够根据实际状况做出合理反应。PID是一种被广泛应用与温度、流量、速度等工业领域的重要控制算法,PID算法中P是指Proportion,比例控制;I是Integration,积分控制;D是Differentiation,微分控制。比例单元、积分单元和微分单元的结合使用能够达到自动控制的优化和完善。PID算法是一种算法简单、可移植性强、可实施性强的重要自动控制算法。通过对比例项、积分项和微分项的灵活、合理调节,使得理论输入和实际输出之间尽可能的达到最优化。比例项是输出与输入之间的一个比例关系,通过调节比例项能够让系统输出根据输入的实际状况改变,由于系统总存在滞后性,比例项不一定为1,很多时候往往不为1,而是通过加大比例项系数提高系统的反应能力。

3.2PLC中的PID指令

PID控制器就是建立在PID控制算法的基础上的控制工具。经过对采样周期T、比例参数Kp、积分参数Ki、微分参数Kd的控制调节,达到最好的控制效果。S7-200PLC拥有自带的PID控制器,能够更加高效的进行程序编写和运行。PID运算指令是根据表格(TBL)中的输入和设置信息对LOOP指定的回路执行PID环路计算的指令。

4小结

热力站的控制系统是整个供热系统的核心,是系统的大脑,监视和控制着整个热力系统工作状况。控制系统是根据热力系统的各个传感器传递回来的信号、信息进行系统自动分析,对每个参数校对监管,再通过控制器对小区热力状况进行控制,保证了小区供热的合理性和居民的舒适度。

参考文献:

[1]李飞.热力站二次系统节能改造方法研究[D].北京建筑大学,2013.

[2]李爱丽.小区热力站的控制系统设计刍议[J].中国新技术新产品,2013,(07):115.

作者:张莹祺 单位:吉林省新闻出版广电局三三一台

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