变频器结合PLC 在供热系统中的应用

孙永民

（哈尔滨市华能集中供热有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

目前国内集中供热系统来看，大多数供暖系统无自动控制，多为人工调节。这种调节方式增加了劳动强度，调节不及时，供热质量差，热量浪费大。为了避免不必要的热量浪费，实现供热供热系统安全经济运行，实现集中供热系统的最佳控制。采用了PLC 自控系统，电机控制采用变频器控制系统，达到最大程度的节能。

1 集中供热系统实行变频器与PLC的必要性

实行集中供热是合理利用能源、提高能源利用率、减少环境污染、促进生产、改善人民生活、加速城市现代化建设的有效措施和重要途径。集中供热已成为我国北方冬季供热的一种主要形式，并且在别的地区也得到了越来越广泛的应用。但与一些工业发达的国家相比，整个供热系统的热能利用效率、设备的品种和质量、运行管理和自控水平等方面，仍存在不少差距。由于循环泵或补水泵在供热系统中承担着补充失水和对系统进行定压的任务，系统具有肩动频繁的特点。因此，对电网形成巨大的冲击，从而容易造成管路止回阀的损失，而且还容易造成保护装置的误动作，影响其它设备的正常运行。而变频调速控制水泵的电机从零速以无级变速向使用转速过渡，运行较平稳，对电网不会造成冲击，因此，延长了电机的使用寿命。同时，由于电动机的运行噪声与其转速有关，即转速越高，噪声越大。使用变频调速装置使转速和噪声明显降低，改善了工作环境。目前，在集中供热系统中，为了保持经济运行，同时保证供热质量，变频器结合PLC 控制系统在集中供热系统中，对于节能及系统的稳定性存在着必要的重要性。

2 变频器结合PLC 控制系统设计

供热工程控制系统由西门子300PLC、变频器、变频调速电动机、压力传感器、温度传感器以及流量计等组成。

2.1 变频器控制原理

变频器首先将三相交流电压整流为直流电压，然后再将直流电压转换成幅值和频率均可变的交流电压。因此，电动机输入的电压和频率均可变，从而使三相标准交流电动机实现无级变速功能。

整流器：三相桥式整流器将交流电压整流为直流电压。中间电路：使中问电路电压保持平滑，降低反馈到主电源的谐波电流。逆变器：将直流电压转换成幅值和频率均可变的交流电压。控制卡：控制卡上有控制逆变器产生脉冲序列的微处理器，通过它可以将直流电压转换成幅值和频率均可变的交流电压；提供控制变频器的各种控制信号；监视变频器的工作状态，提供保护功能。

2.2 模块结构型PLC

所谓模块，就是按照功能将电路进行分类，通常是每一种功能制成一块电路板，称为模板或板卡，每块模板置于工程塑料外壳内，成为独立的单元，如CPU 单元、输人单元、输出单元、特殊I／O 单元、通信单元以及供电单元等等。各单元插在带有总线的CPU 底板上，构成CPU 机架；对于无底板的模块结构型PLC，则是通过各个单元侧面的连接器，构成CPU 机架。如果CPU 机架(或称主机架)的I／O 点数不够用，或者需要增加新的特殊单元，可以增加扩展I／O 机架，扩展 I／O 机架由供电单元、I／O 接口单元(仅无底版型需要)、扩展 I／O 底版(仅有底板型需要)、I／O单元以及特殊I／O 单元组成。模块结构型PLC的特点是组态灵活、扩展方便以及维护简单。模块结构型PLC 如图1 所示。

图1

2.3 PLC 程序设计

采用西门子300PLC 作为调节阀的控制器，在一次网中，需要通过室外温度来调节调节阀，从而控制二次供水温度。而室外温度是时时变化的，所以采用根据不同的温度范围调用不同的调节。

阀开度，从而实现智能控制，分为32 组开度值，即：专家控制策略。首先室外温度采用PT100的温度传感器，输出0～10v的直流电压，传送给西门子300的模拟量输入模块，经过程序设计，根据温度的不同，调出不同调节阀开度，通过模拟量输出模块输出4～20 mA的直流信号，调节阀接到不同的电流值，则对开度进行调节，从而保证了二次供水的温度。在整个控制系统中，可编程逻辑控制器其实起到了数据采集的作用，将温度变送器和压力变送器以及电磁流量计的数值采集上来，再根据这些数值进行相应的运算，将结果传送给相应的设备，起到智能调节作用。

2.4 变频器对循环泵的控制设计

现有循环泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通压差阀调节来完成，因此，不可避免地存在较大载流损失。为了解决这个问题，需使水泵随着负载的变化而调节水流量并关闭旁通，又因为水泵采用的是自藕减压或星一三角起动方式，电机的起动电流为额定电流3～4 倍，一台30KW的电动机其启动电流将达到200A 左右，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命将大大下降，同时启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械散件(如轴承，阀门与管道)等造成破坏，从而增加了维修工作量及配件费用，费时费力。变频节能技术和PID 控制电路的应用普及，使循环泵实现软启动及自动"启动、停止、轮换、变量调节、自动故障中文显示及予测"等功能，改变原来由人工控制的模式，大大提高设备的自动化程度和大大地减少了电机的启动电流，使循环水泵最大限度地提高节能效果。

2.5 变频器控制分析

由于30KW的水泵功率较小，因此采用一拖二控制方式，自动时根据回水温度的变化，实现泵的自动投切，投切顺序为：先投先切。若一台泵能持续满足实际的工况要求，变频器自动计时，实现定时倒泵，保证各水泵的机械磨损一样，延长泵的使用寿命。自动变频时，变频器根据冷却水回水控制冷却水循环泵，实现恒流量运行并保证最低流量，节约此前因超压流经节流阀的水泵耗能。

3 结束语

变频器结合PLC 系统这一项自动化技术的采用，大大降低了能耗。这项自动控制技术的采用利于提高企业科学管理水平，有利于供热系统的安全经济稳定运行，有利于企业挖潜改造，提简经济效益，存利于改变环境节省劳动力，这项技术对推动经济的发展起到了积极的作用。

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