基于PLC的智能供暖控制系统的设计

张艳玲

【摘 要】本文针对供暖资源的浪费情况研究，设计了基于PLC的智能供暖控制系统，应用系统集成技术，利用485通信技术和模拟量转换技术读取反馈的温度参数、压力参数、阀门开启度参数等参数，应用PID调节技术，通过改变热水介质的流量，改变该建筑物的热量输入。本文主要介绍供暖控制方案的设计及软件编程思路，通过实践证明，该系统具有运行稳定可靠、可操作性强、维护成本费用低廉等优势，可实现最大程度减少热能浪费，实现精确按需供热，达到能源节约的目的[1]。

【关键词】PLC；供暖控制；PID调节

一、引言

目前，能源节约和环保问题倍受人们关注。飞速发展的经济对能源的要求相当迫切，面临能源问题也更为突出，控制供暖浪费，制定科学合理的供暖控制方案，在节能管控方面显得越来越重要。

供暖节能管控的要点：供暖控制要达到国家规定的供暖温度要求，使其自动化，智能化，远程可操作化，可靠地保证安全、合理的供暖。供暖调节不仅要根据采集的室内温度，不同区域的合理时间段等，制定不同的供暖控制方案，还要根据具体不同区域、不同环境的需求，及时进行方案的调整及优化。

市面上已经有了部分对供暖控制模塊的产品问世，但由于工作环境的恶劣性造成产品运行不稳定，无法长时间实现稳定的监测及控制，通过基于PLC的智能供暖控制系统的研究，利用PLC作为主控制器，控制电动执行器，系统运行稳定性增强，系统运行更稳定，使用寿命更长。系统内部自带RTC万年历，提供工作时间及日期，根据不同工作策略，使系统工作在不同的控制模式下。通过系统集成，实现系统化、智能化控制，实现对供暖的精确控制，同时实现供暖节能的目的[2]。

二、供暖控制面临的主要问题

1.目前校园供暖和市政供暖大部分采用集中控制的方式，即在换热站进行分区域集中控制，换热站主要管路可进行分时段、分压力、分流量的控制，同时，换热站一般有专门人员进行换热站的值守，可有针对性的进行分区域控制，但不能根据进行针对某栋建筑有针对性的调整，更无法及时反映某栋建筑实际供暖情况。

2.针对校园的供暖需求来讲，尤其是教室建筑，晚上放学后，根本不需要高温供暖，可调整至低温运行。但由于未进行智能设备安装，天天手工调节阀门又不现实，造成很大的能源浪费。

3.建筑内漏水无法进行检测，如若管道漏水，不及时发现，会造成换热站不停补水，同时还会造成整个区域的供暖无法达标，造成资源浪费。

三、智能供暖控制系统设计

1.温度传感器。室内分散安装壁挂式温度传感器，采用具有485通信功能的，每个传感器可单独设置地址，通过调试PLC的通信模块，将室内温度参数采集到系统中，通过室内温度的采集，监测供暖温度是否达标。

2.远传流量计。为了监测建筑物内管网是否漏水，在建筑物进回水管路分别安装远传流量计，分别计量进回水管路的瞬时流量和累计流量，通过调试PLC的通信模块，将流量参数采集到系统中，通过对比进回水管路流量的采集，进行对比分析，监测建筑物内管道是否漏水。

3.压力传感器。为了监测建筑物内供暖压力是否达标，在建筑物进水管路分别安装压力传感器，计量建筑进水管路的压力，通过调试PLC的通信模块，将压力参数采集到系统中，通过将各个压力参数与换热站供暖压力参数对比，进行综合分析，判断建筑供暖压力是否达标，管道压力损耗是否在允许范围之内。

4.电动调节阀。为了调节建筑物内供暖温度，通过安装电动调节阀，调试PLC的模拟量数据处理模块，调节电动阀门的开度，改变供暖流量，来调节供暖温度。

5.控制要求。根据对学校的供暖和市政办公建筑的调查情况，供暖控制调节需求如下：

（1）分时间段控制：校园建筑集群中，办公楼、教学楼、实验楼等建筑，晚上放学时间段至早上上课前一个小时左右，可进行低温度运行；白天上课时间段，进行全温供暖运行控制。学生宿舍楼正好相反，白天上课时间段进行低温运行，天黑后，进行全温运行，这样即能保证正常供暖需求，也可达到供暖的节能目的。

（2）PID温控调节：通过设定的温度参数与采集的建筑物内的参数，结合时间段控制，PID调整电动阀门的开启度，调整供暖管道的流量，来实现建筑物内供暖温度达标，满足国家规定的要求。

（3）参数监测：通过采集供暖进回水管道的进回水流量，进水管道的压力，实时判断建筑物内管道是否有漏水现象的存在，避免换热站不停补水，不仅造成水资源的浪费，供暖温度还无法达标，热量流失。

（4）一键旁路功能：为避免意外状况发生，控制器进行程序控制时，可进行一键设置，设置为旁路模式，全温运行，保证正常供暖的运行，如若因电动阀门故障造成无法供暖情况下，直接启用硬件的旁门管路，来保证正常供暖的运行。

6.远程组态监控。PLC控制器主机可适配以太网接口，各个PLC智能供暖控制点可通过光纤进行网络进行组网，上位控制系统中，采用B/S架构的上位机软件，通过开发控制系统程序，编辑实时画面。通过网络组网，将用于现场控制的PLC控制系统和监控系统连接起来。其次，从变量定义和I/O设备的管理入手，利用多样化的绘图工具、强大的脚本语言处理能力和丰富的命令语言函数开发主监控界面，子监控界面。通过美观性极高、灵活性、可操作性的人机交互界面，让操作人员选择自动或者手动运行。对于手动状态也减少了PLC的输入点，从而降低成本，又增加了可操作性[3]。

四、结束语

基于PLC的智能供暖控制系统可根据建筑物用热时间和用热区域的差异，进行分时段、分区域控制，如工作时间工作区域正常供热，非工作时间非工作区域只进行执守供热，防止管道冻裂。该系统自动化程度高，可广泛应用于分时段供暖建筑区域。控制器根据预设控制参数，调节电动调节阀的阀门开度，改变热水介质的流量，改变该建筑物的热量输入；同时管网的温度、流量、压力、阀门开启度等参数也反馈至控制器，根据室内温度的反馈情况实现精度调节，最大程度减少热能浪费，同时提高供热质量，最终实现精确按需供热[4]。

【参考文献】

[1] 熊涛， 丁辛芳，一种新颖的供暖控制技术[J]. 传感器技术， 2015， 18 （5）： 50-53.

[2] 郑雪晶.二级网燃气调峰集中供热系统优化设计[J].天津：天津大学学报，2007.

[3] 龚威，张树臣.实例解读西门子PLC[M].北京：中国电力出版社，2013.

[4] 卢秋实.集中供热控制系统的研究与应用[M].沈阳：沈阳建筑大学，2011.