基于臺達自動化技術的建筑供熱系統

摘 要：本文在討論PLC技術的建筑恒壓供水系統設計的過程中，論述了變頻恒壓供水系統設計原理，較詳細地分析一拖多變頻供水工程實際問題，給出了基于臺達PLC的恒壓供水主控電氣設計。
關鍵詞：建筑恒壓供水 PLC 觸摸屏
1 引言
系統用于酒店，小區高層供采暖/生活熱水。系統采用循環控制自動調節，保證恒定溫度和壓力。系統根據室外溫度和設定的供水溫度循環控制供熱流量，根據管道回水壓力波動，控制供水泵組中單臺電機的轉速或多臺電機的投入及退出，使管網主干出口端壓力始終保持恒定，以滿足用戶對高性能、高質量供水的要求，并使整個系統始終保持在高效節能的最佳運行狀態。
2 基于PLC技術的恒壓供水系統設計
1.1供熱機組自動控制技術要求
（1）供熱機組自動顯示功能：一次供水流量，壓力和溫度；一次回水壓力和溫度；二次供水壓力和溫度；二次回水壓力和溫度；水箱水位；循環泵，補水泵故障警報；二次供水壓力和溫度過高和過低報警；二次回水壓力和溫度過高和過低報警；水箱水位過高和過低報警。
（2）供熱機組自動控制功能。根據二次供水溫度和室外補償溫度調節，一次供水流量達到二次供水溫度恒定；停電自動關閉一次供水；二次回水恒壓運行；自動上水；系統設備發生過壓，過溫，欠壓，過流。超載，過熱，短路等故障可遠程報警。
1.2生活熱水機組自動控制
（1）運行功能。自動變頻：用于水泵正常供水的工作狀態；手動變頻：用于系統調試，手動控制變頻；手動工頻：自動控制失靈。切換到手動，工頻控制水泵；故障報警：系統設備發生過壓，過溫，欠壓，過流。超載，過熱，短路等故障可報警；顯示：數碼顯示器可顯示頻率，壓力，電流，電壓等數字信號。變頻運行定時切換：當一臺水泵連續運行達到一定時間，自動變頻啟動另一臺水泵，前一臺水泵自動停機，保障每臺水泵的磨損系數。如果系統主泵數大于2臺，則此過程依次輪換。切換泵時候需要一定的延時，保證電氣安全，防止電流沖擊。
（2）恒壓供水控制。循環方式控制水泵恒壓運行；變頻，工頻自動轉換：系統用水量超過水泵的額定供水量時，水泵自動轉為工頻運行，同時自動變頻啟動另一臺水泵運行，共同向系統供水。若用水量又趨于下降到單臺水泵的額定供水量時，原工頻運行的水泵停止工作，變頻工作的水泵在新的頻率下單獨向系統供水。如果系統主泵數小于2臺，則此過程依次輪換。當變頻器控制的電機滿足不了設定流量要求，此時變頻器輸出頻率逐漸上升，直到工作在設定的上限頻率，如壓力仍達不到設定值，由可編程控制器，通過PID運算得到輸出量給發出速度控制指令。如系統用水量超過水泵的額定供水量時，水泵自動轉為工頻運行，同時自動變頻啟動另一臺水泵運行，共同向系統供水。若用水量又趨于下降到單臺水泵的額定供水量時，原工頻運行的水泵停止工作，變頻工作的水泵在新的頻率下單獨向系統供水。如果系統主泵數小于2臺，則此過程依次輪換。
供水系統結構參見圖1。二次供水溫度PID控制比例閥的開口（熱水流量閥）回饋二次溫度。二次回水壓力，控制回水壓力（變頻器）回饋回水壓力。

圖1 生活熱水系統結構

（3）系統特點。自動化控制避免用水高峰壓力不足，用水量少時恒壓防止管網壓力過高爆管，實現無人看守；可以利用變頻技術顯著節約電能，節能量通常在10-40%。從單臺水泵的節能來看，流量越小，節能量越大；安全衛生。系統實行循環供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。
2系統電氣設計
主控制器選用PLC,自動化程度高,簡化了線路。開關量(包括啟動停止按紐,限位,故障,頻率檢測等)輸入24點;輸出10點；模擬量檢測11路(壓力.溫度,水位)；模擬量輸出2路.分別控制變頻器和比例閥,控制系統壓力和流量。主控制電路如圖2所示。
2.1 PLC控制電路設計
（1）配置設計。根據系統控制需求分析, 電氣系統配置如圖3所示。
（2）CPU單元設計。PLC選取臺達CPU單元DVP48EH：24 IN/24 OUT，CPU單元控制電路如圖4所示。
（3）擴展單元設計。1個4通道AD輸入2通道AO輸出模擬量擴展單元06XA-H，2個4通道AD模擬量擴展單元04AD-H ，模擬量控制電路如圖5所示。

圖2主控制電路

圖3 電氣系統配置

圖4 CPU單元控制電路

圖5模擬量控制電路

2.2 人機界面設計
人機界面選取臺達7.5”彩色觸摸屏。人機界面（HMI）可顯示工藝流程、工藝參數和設備狀態，HMI圖形接口友好，只需直接對圖示進行手動點觸操作，因此操作簡便靈活。
具體畫面規劃如下:
（1）開機畫面說明：系統上電后，在人機界面上顯示如圖6所示畫面，按畫面提示進入各個子畫面界面。

圖6 開機畫面

（2）參數設定畫面說明。可以設定二次供水溫度，3位加一位小數；二次供水壓力，1位加2位小數，單位MPA；同時可以設置溫度和壓力的高限和低限。
（3）控制畫面說明。1#循環泵啟動和停止，2#循環泵啟動和停止；手動變頻可以直接設速度，同時也可以用增加按鈕和減小按鈕來手動調節速度；校表功能可以調節各種表的系數；PID參數可以來調節系統的PID參數比例/積分/微分，積分飽和限制等。
其它畫面包括：當前警報；歷史警報；歷史趨勢；系統數據說明（圖7）等。

圖7系統數據說明

3 結束語
系統均采用臺達系列自動化技術控制，操作方便簡單,實時檢測,多種保護.該系統主要應用在設備檔次及自動化要求比較高、智慧化比較高供水場合，系統運行穩定可靠，是傳統控制系統的最佳替代產品，代表未來恒壓供水發展方向。