基于PLC和觸摸屏的辦公樓供熱控制系統(tǒng)設計

薛鳳山 隋麗梅

摘 要：針對辦公樓建筑間歇供熱特點，設計一套基于PLC和觸摸屏的供熱控制系統(tǒng)，通過對進換熱器蒸汽流量控制實現(xiàn)對辦公樓溫度的自動調(diào)節(jié)，通過觸摸屏內(nèi)置定時功能實現(xiàn)供熱時間的自由管理。

關鍵詞：供熱；PLC；觸摸屏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.114

辦公樓建筑的供熱特點為時間上具有間歇性，表現(xiàn)為白天工作時間需要供熱，夜晚、節(jié)假日等非工作時間不需供熱。傳統(tǒng)的辦公樓供熱方式為全天候供熱，非工作時間段的供熱造成資源浪費，增加成本，不符合環(huán)保、節(jié)能要求。為減少資料浪費，降低供熱成本，設計一套基于PLC和觸摸屏的供熱控制系統(tǒng)，PLC選用西門子200系列CPU222CN產(chǎn)控制器，觸摸屏選用威綸通TK6100產(chǎn)品，實現(xiàn)供熱的溫度自動調(diào)節(jié)和供熱時間的自由設定。

1 控制流程及設備概述

該套辦公樓供熱系統(tǒng)包括現(xiàn)場換熱站和控制系統(tǒng)兩部分。換熱站基本工作流程是，供熱管道送來的蒸汽在換熱器內(nèi)對補水泵送來的循環(huán)水加熱，兩臺供熱循環(huán)泵將熱水送至辦公樓供熱管道，進入供熱空調(diào)系統(tǒng)。在進換熱站前的蒸汽管道上設有電動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)供熱系統(tǒng)回水溫度控制調(diào)節(jié)閥開度，實現(xiàn)溫度自動控制。供熱系統(tǒng)設有一臺補水泵，可以手動控制泵的啟停，給供熱系統(tǒng)補水。

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件配置首先要確定PLC模塊類型和數(shù)量，根據(jù)該供熱系統(tǒng)的控制要求和設備類型數(shù)量，統(tǒng)計需要的I/O點數(shù)量如下：

（1）模擬量輸入（AI）信號，熱電阻溫度傳感器的電阻信號經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成電流信號直接接入AI模塊，電動調(diào)節(jié)閥閥位反饋信號2個，共計3個。

（2）模擬量輸出（AO）點，電動調(diào)節(jié)閥控制輸出2個，共計2個。

（3）數(shù)字量輸入（DI）點，循環(huán)泵A開狀態(tài)1個，循環(huán)泵A關狀態(tài)1個，循環(huán)泵B開狀態(tài)1個，循環(huán)泵關狀態(tài)1個，補水泵開狀態(tài)1個，補水泵關狀態(tài)1個，共計6個。

（4）數(shù)字量輸出（DO）點，循環(huán)泵啟停2個，補水泵啟停1個，共計3個。

根據(jù)統(tǒng)計出的實際I/O點數(shù)量，不考慮備用及后期擴展，選用西門子CPU222CN控制器，擴展模塊選擇EM231 4AI一塊、EM232 2AO1塊，觸摸屏選用威綸通TK6100產(chǎn)品。PLC與觸摸屏直接采用PPI協(xié)議，進行通信。考慮數(shù)字量輸入信號和數(shù)字量輸出信號與循環(huán)泵和補水泵電氣信號相關，為防止電氣柜電壓、電流信號誤入控制系統(tǒng)損壞PLC模塊，選用24VDC中間繼電器進行隔離。對于數(shù)字量輸入信號，電氣柜狀態(tài)信號串24VDC電壓后驅(qū)動中間繼電器線圈，繼電器觸點輸出接入PLC系統(tǒng)DI通道；對于數(shù)字量輸出信號，PLC系統(tǒng)DO通道接中間繼電器線圈，繼電器輸出觸點接電氣柜控制回路。對熱電阻傳感器，輸出三線制電阻信號通過溫度變送器轉(zhuǎn)換成電流信號，進PLC系統(tǒng)AI通道。

3 系統(tǒng)軟件設計

整個系統(tǒng)軟件包括PLC控制程序和觸摸屏操作界面設計兩部分。

3.1 PLC軟件設計

西門子S7-200 PLC 編程軟件為 STEP 7 MicroWIN SP9，該軟件支持STL、LAD和FBD編程語言，本項目選用LAD語言編程。PLC軟件設計包括參數(shù)設置和程序組態(tài)兩部分工作。

參數(shù)設置包括通訊參數(shù)設置、程序保持寄存器地址區(qū)間設置和PID中斷調(diào)用參數(shù)設置等。通訊參數(shù)包括PLC站地址、通訊波特率等內(nèi)容，觸摸屏通訊參數(shù)設置要與PLC設置保持一致。設置程序保持寄存區(qū)的目的是防止PLC斷電后控制參數(shù)丟失，掉電保持的參數(shù)包括溫度高限值、低限值，溫度設定值、PID控制比例、微分和積分參數(shù)等。PID中斷調(diào)用參數(shù)設置包括起始地址、溫度給定值范圍、輸入輸出偏移量等內(nèi)容，其中溫度給定值范圍要和溫度過程值的量程范圍一致，取值為0到200；輸入輸出偏移量設定為20%，與4-20mA電流信號相對應。

PLC控制程序采用模塊化設計理念，根據(jù)功能劃分為不同的子程序功能，主要包括參數(shù)初始化、模擬量數(shù)據(jù)采集及工程量轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)閥的PID程序控制、循環(huán)泵控制、補水泵控制和報警聯(lián)鎖控制等。

3.2 觸摸屏軟件設計

觸摸屏編程選用EB8000組態(tài)軟件，該軟件圖元庫資源豐富，可建立各種直觀生動的操作界面。

觸摸屏軟件設計主要包括：

（1）工藝流程顯示，顯示供熱系統(tǒng)蒸汽、熱水的流向，顯示調(diào)節(jié)閥、水泵實時狀態(tài)等信息；（2）設備聯(lián)鎖設定，通過聯(lián)鎖切換按鈕可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥手動、自動狀態(tài)的切換，泵聯(lián)鎖狀態(tài)切換；（3）泵的啟?？刂疲?lián)鎖解除狀態(tài)下可手動開泵、關泵；（4）定時時間排程設定，共設置8組時間排程，完全滿足實際使用需求；（5）PID參數(shù)設置，根據(jù)實際工況摸索出符合控制要求的比例、積分、微分值；（6）用戶管理，對使用用戶實行分級管理，設定不同的權限，對定時時間的設定需要管理權限才能更改，對PID參數(shù)的修改需要工程師權限；（7）溫度參數(shù)趨勢畫面，實時顯示溫度變化趨勢，直觀形象。

4 結論

在辦公樓供熱控制系統(tǒng)的設計中，充分利用PLC和觸摸屏提供系統(tǒng)資源，減少了硬件開關、按鈕的使用，降低了PLC中I/O點數(shù)量；利用觸摸屏內(nèi)置排程功能，實現(xiàn)定時控制輸出，降低了PLC程序中編程工作量，提高程序運行效率。

參考文獻：

[1]廖常初.S7-200PLC基礎教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]杜詩超.宋永昌. 觸摸屏、組態(tài)軟件入門與典型應用[M].北京：中國電力出版社，2012.