可编程逻辑控制器在热水工程中的应用

黄继军

（浙江恒业房地产开发有限公司 浙江杭州 310027）

1 热水供应的重要性

随着我国现代化建设的飞速发展，生活水平的提高，对基础设施建设配套设施的要求也在逐年提高。学校的学生宿舍、酒店客房、高档小区等需求热水的单位，对热水供应的品质也提出了较高的要求，控制系统是热水系统中的关键部分，利用先进的自动化技术、控制技术以及现代通讯技术，提高热水系统的可靠性、稳定性、经济性，适应不同环境、用户的节能、可靠的热水系统成为必然趋势，热水供应具备时间性、集中性点特点，而且对水温有较高的控制要求，文章主要分析应用PLC控制热水系统的时间、温度，水位等关键参数。

2 PLC控制系统的工作原理

PLC的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，由于梯形图形象简单，容易掌握、使用方便，不需要非常专业的知识就可进行编程。

PLC在运行过程中，工作的方式为顺序扫描运行，整个运行顺序为，现场信号的反馈、输入采集—用户程序的执行运算—执行结果的输出，以上3个阶段为PLC的一个扫描周期。PLC的扫描周期一般为几个毫秒，如程序出错、卡死，导致扫描周期过长。PLC内置看门狗程序就会触发报警，停止程序的执行，以防带来更大的损失。

现场信号的反馈、输入采集，PLC顺序扫描读入各输入端口的状态，并将状态实时刷新入相对应的随机存储内[1]。

用户程序的执行也是顺序扫描，PLC程序的编制大部分用户都会采用比较直观易懂的梯形图进行编程，由于PLC程序是遵循先左后右、先上后下的顺序进行逻辑运算，在编制程序的过程中要非常注意程序前后顺序的安排，如程序中优先权比较高的判断语句，位置要排在低优先权语句的后面，避免出现高优先权判定输出，但后续低优先权判定不输出，然后运算结果为没有输出的错误，这种错误在学习PLC程序的过程中是非常容易出现的。

当PLC的用户程序运算结束后，PLC根据程序的运算结果，通过输出电路驱动相应的输出。

3 PLC的热水控制系统应用

3.1 热水控制程序主要控制逻辑和要求

控制程序应完成对整个热水系统设备的控制，包括运行时间设置、热泵启动、停止温度设置、回水启动、停止温度设定、水箱供水警戒水位、循环警戒水位、溢水保护水位的设定。

控制程序能根据预设的时间表（可由管理员自行修改）控制空气源热泵机组的启动和停止，供水泵、循环水泵的启动和停止，冷水进水的时间段控制。

补水控制程序：补冷水阀受储热水箱内的水位和温度控制，当储热水箱内水温达到设定的最低温度（可调）时，补冷水阀启动，此时空气源热泵系统继续运行，补冷水阀直到储热水箱内的温度T1下降到设定的最低温度停止补水，如此反复，直至当前时间段所设定的水位，停止补水，当水位下降时，补冷水阀开启补水，当水位上升至当前时间段所设定的水位时，补冷水阀关闭，如此反复，保证热水系统温度稳定，补水程序中设定警戒水位，当水箱水位低于警戒水位时停止供水、空气源热泵系统运行，并启动紧急补水。

加热控制程序：热泵机组将受PLC控制系统控制同时也受机组自身面板控制器控制，当PLC控制系统出现故障时，可以启动机组面板控制器对机组进行控制。热泵循环受储热水箱内温度控制，当水箱温度＜设定的最低温度（可调）时，循环泵启动，延时30s热泵机组启动，当水箱温度≥设定的最高温度（可调）时，热泵机组停止，循环水泵延时60s停止。同时热泵循环受所设定的循环警戒水位控制，当水箱内水位低于循环警戒水位时，即使水箱温度＜设定的最低温度时，循环水泵和热泵机组亦不启动[2]。

当热泵处于防冻运行等自动运行情况时，热泵反馈信号至PLC控制箱，循环泵立即启动。

供热水泵受PLC系统设定供水的时间段控制启停，供水压力控制，采用PLC系统实时采集管网压力，控制变频器对水泵的运行频率进行控制，保证用户用水压力的稳定，达到经济、可靠运行的目的。

回水系统由回水电磁阀和回水温度传感器组成，同时受供水的时间段控制和回水管末端温度控制，在PLC程序中设置，在非供水时段回水电磁阀不工作的功能，以延长电磁阀的工作寿命。

PLC控制程序的编制中要充分考虑手动和自动的切换功能，以及紧急停止功能，，当自动控制系统故障时，可方便地切换手自动控制和系统的紧急停止。

3.2 PLC控制器及各扩展插件选择

目前，国内外生产的PLC种类很多，考虑热水系统规模、功能、结构等一般选用西门子S7-200smart系列的CPU。smart系列的CPU和早期的S7-200cpu相比，具有扫描速度快，数据存储区可以永久保存，而S7-200cpu需增加电池卡实现数据的长期保存。smart系列的CPU集成了一个以太网接口可以便捷地与触摸屏通讯、程序下载调试、远程控制，节约了昂贵的西门子数据线和以太网模块，RS485接口除CPU本身具备的以外，可方便地通过相比比较价廉的SB CM01扩展板扩展，smart系列的CPU通信端口最大可增至4个端口，充分满足各种设备、变频器及运程控制的要求。

模拟量模块的输入输出信号类型，一般选用相对通用性比较高的4～20mA或0～10V，可以与传感器、变频器等设备方便连接，在日后的运行维护中方便灵活更换损坏设备。

人机交互界面（hmi）选用西门子SMART 700 7寸彩色触摸屏，通过普通网线与smartCPU连接，具有反应速度快、节省空间、坚固耐用等优点，己被广泛应用到自动化控制设备等领域。

传感器根据热水控制系统的需要，有以下类型：

（1）温度传感器一般选用PT100铂热电阻传感器，当PT100在0℃时，其阻值为100Ω，其阻值会随着温度上升而近似匀速地增长，通过PT100温度变送器输出4～20mA信号至PLC控制系统控制，热水系统温度传感器的选用量程一般为0～100℃。

热水系统中的温度传感器一般监测采集水箱的温度，安装位置在水箱侧面1/3高处，回水温度的采集，安装在回水管道处，控制回水电磁阀的开闭，供水温度的采集，安装在供水主管道上，作为故障的判定逻辑点，直观地显示各区域的供水温度，空气温度的采集，安装在设备区空旷处，作为热泵机组投入数量的基准参数。

（2）压力传感器一般选用扩散硅压力变送器，通过压力变送器将管道中热水的压力、水箱中的液位等参数输出4～20mAQ或0～10V信号至PLC控制系统控制，液位传感器选用量程一般为0～50kPa，采集水位高度0～5m，供水压力传感器选用量程一般为0～0.6MPa，采集供水压力，通过PLC控制供水水泵的工作压力。

4 结束语

综上所述，利用PLC控制系统能有效地提高热泵热水控制系统的可靠性、相应速度，结合变频供水系统，在供热水的过程中，减少了热水温度、水压的波动，提高了热水供应的质量，可以非常方便地结合远程监控系统减少系统维护的人力物力，非常适合在热水系统中应用。