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西门子PLC在地热系统自动化控制中的应用
西门子PLC在地热系统自动化控制中的应用
来源:中制冷设备网    2009-5-9
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一、概述
 
潘西煤矿地热利用工程从2006年4月1日起施工,2006年6月26日竣工。工程在潘西煤矿北立井安装地热交换机组8台(共16台压缩机),风盘116组,窗式换热器21组。供冷/热面积2388平方米,处理井口入风量5600立方米/分钟。该系统经过2006年夏、冬两季运行,效果良好。北立井地热系统夏季供冷时,办公室温度保持在25℃左右,冬季供热时,办公室温度保持在18℃左右,井口入风在7℃以上,保证了井口不结冰,已达到安全作业的效果。并且比以往用锅炉供暖的方式,一个供暖期可节约资金50万元,实现了真正的环保节能。
 
地热系统的安全、稳定运行,除机组系统设计合理、质量过关外,还和地热系统自动化控制子系统的可靠、快捷性有密不可分的关系。
 
 
二、系统组成
 
控制系统包括上位机集中监控和机组PLC控制两部分,结构图如图1所示。
 
 
上位机监控系统一台计算机(主机)和相应的监控软件组成,并通过100米交换机和局域网相连与另一台计算机(从机)实现远程监控,若用户经过授权可以对PLC发出各种控制指令,以控制8台机组的协调运行,上位机主机不仅显示各机组的运行参数及状态,还保存相关历史数据。上位机组态软件选用西门子公司的组态软件Wincc6.0,上位机通过RS485串口与机组PLC进行联网,PLC另一接口与触摸屏联接,触摸屏可以对机组的运行情况进行显示,也可以现场进行控制。
 
为了满足以上控制要求,配备的PLC包括一块CPU模块226、一块EM223和两块EM231。
 
 
三、控制系统主要功能与特点
 
上位机监控系统(见图2)主要完成对工艺参数的检测、各机组的协调控制及数据的处理、分析等任务,下位机PLC主要完成数据采集、现场设备的控制、连锁等功能。
 
 
 
1、系统主要功能
 
(1)、数据显示:
显示8台机组的运行参数,包括进、出水的温度、水泵、压缩机等所有设备点的运行状况和各种故障报警的详细信息。
 
(2)、历史数据的存储及检索:
对重要的数据进行在线存储,数据的存储时间最长为10年。可以通过历史报表或趋势曲线的方式检索历史数据。
 
(3)、控制:
根据设定的参数,并考虑经验运行数据,PLC应用反馈数据(如所测温度)进行PID调节,以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式:手动控制、本地控制、异地控制。手动控制就是可对机组分别进行控制操作。本地控制是通过机房内的触摸屏对机组进行集中控制。异地控制是用户在值班室通过计算机进行相关设备的启、停及总能量的集中调节控制。通过有效合理的控制,达到启动速度快、停机时间短的目的,即能节约能耗,从而提高地热系统的安全性和经济性。
 
(4)、连锁与保护:
各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序,该功能由PLC的可控程序完成。同时,为保证机组的可靠运行,对相关参数的超限采取保护措施。如循环和冷却水系统的连锁控制等。
 
(5)、报警保护:
冷却泵、循环泵过载保护输入,各个机组的过载、油压、相序等保护输入,尽可能的保证机组安全可靠运行。
 
(6)、机组保养:可设定机组保养时间。当设定的保养时间到后,机组停机,并提示用户进行定期检修、维护处理。
 
(7)、均匀磨损:每台压缩机运行的时间单独计时,当符合开机条件时,总是启动运行时间最短的压缩机;当符合停机条件时,总是停止运行时间最长的压缩机。
 
(8)、启停频度:采用先进的控制理念,在保证要求的温度范围内,最大限度的减少压缩机的启停次数,从而最大限度的延长压缩机的使用寿命。
 
(9)、运行台数:机组投入的运行台数可以在3~8台之间任意设定,方便了检修和不同机组的应用场合。
 
2、系统特点:
 
(1)、灵活性:控制系统选用西门子200系列的小型一体化PLC代替传统控制系统中的单片机,较大程度的提高了系统配置及控制的灵活性,能更好的满足不同用户的不同需求。同时,明显缩短了程序开发周期。PLC能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行,并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强,能适应较宽的温度变化范围,平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。
 
(2)、强大的功能:西门子200系列PLC的编程语言遵从IEC61131-3标准,易学、易懂、易用。除了具备传统的PLC的助记符和梯形图编程功能外,还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块,包括各种通讯功能选择,通讯参数设置。方便了各种功能的实现,有利于缩短开发周期和节省程序容量。
 
(3)、优良的开发性:上位机软件Wincc支持DDE、OPC、ODBC、SQL,并提供丰富的API编程接口,方便接入其它系统。
 
 
四、结束语
 

该方案已经成功应用于潘西煤矿地热系统的控制子系统中,运行效果良好。实现了对地热交换主机(见图3 )的控制及多台主机之间的协调控制,具有先进、可靠、经济、灵活的显著特色。监控人员可以对地热机组进行远程监控,提高了地热系统的可靠性。

 

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