一、項目簡介

1.1行業(yè)介紹

據(jù)了解，按照北京市出臺的《關(guān)于完善北京農(nóng)村地區(qū)“煤改電”相關(guān)政策的意見》，從今年開始，納入農(nóng)村地區(qū)“煤改電”范圍的居民將享受與城區(qū)一樣的補貼標(biāo)準(zhǔn)，即統(tǒng)一全市峰谷電價補貼政策，農(nóng)村煤改電用戶享受谷段電價的優(yōu)惠時間與城區(qū)煤改電客戶相一致，即谷段由22時至次日6時調(diào)整為21時至次日6時，同時增加市區(qū)兩級財政補貼，農(nóng)村地區(qū)居民在享受低谷電價優(yōu)惠期間0.3元/千瓦時的基礎(chǔ)上，再由市、區(qū)縣兩級財政各補貼0.1元/千瓦時。

二、系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1方案背景

霧霾，是霧和霾的組合詞，是空氣污染的一種。中美大氣化學(xué)領(lǐng)域?qū)＜液献鬟M(jìn)行的一項最新研究顯示，北京出現(xiàn)霾的根本成因可能是城區(qū)交通排放的大量揮發(fā)性有機物、氮氧化物和周邊工業(yè)生產(chǎn)排放的大量二氧化硫經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化生成的顆粒物，而直接排放至大氣中的顆粒物貢獻(xiàn)很小，因此控制這三類氣態(tài)污染物是治霾關(guān)鍵。而調(diào)查發(fā)現(xiàn)機動車的貢獻(xiàn)占20-30%汽車帶來的路面揚塵、尾氣；工業(yè)的貢獻(xiàn)30-40%；干洗、餐飲油煙等貢獻(xiàn)在30-40%；但以多年的經(jīng)驗來看冬季供暖供暖脫硫設(shè)施帶出水蒸氣與煙氣的混合物貢獻(xiàn)，是冬季霧霾天氣的主要推手。根據(jù)號召北京市政府的出臺政策及相關(guān)規(guī)定，禁止周邊的工業(yè)采用傳統(tǒng)形式的煤炭供暖；依據(jù)現(xiàn)在用電（峰電、平電、谷電）的一些價格支持，從而更換使用電供暖模式：采用蓄能式電暖氣在夜間用電低谷價時段儲存熱能，白天散熱的方式。通過這樣的方式能夠減緩環(huán)境污染的加重，智能的自動化控制給自動化行業(yè)也帶來可觀的前景。電熱供暖系統(tǒng)方案如表2-1。

表2-1煤改電熱供暖系統(tǒng)方案

2.2客戶需求

根據(jù)客戶要求，煤改電供暖系統(tǒng)的主要功能包括：自動溫設(shè)加熱控制、用電模式切換控制、板換恒溫控制和網(wǎng)絡(luò)回水控制功能。在設(shè)備運行過程中，根據(jù)用電政策資費不同，用電時段說明：谷電：23一7點0.38元/度；平電：7—10點、15—18點、21一23點0·5元/度；峰時：10—15點、18-21點0·94元/度。根椐上述用電時段在晚上23點應(yīng)該全功率加熱、力爭在早七點以前將水箱加熱到87度。在平電時少開、在峰時不加熱。熱供暖具體功能要求如下。

要求1:自動溫設(shè)加熱控制。

要求2:用電模式切換控制。

要求3：板換恒溫PID控制

要求4：網(wǎng)絡(luò)回水控制功能。

要求5：晝夜恒溫及加熱上限獨立可切換。

2.3解決方案

根據(jù)最終設(shè)備使用的工藝要求，該系統(tǒng)設(shè)計過程主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計；其中系統(tǒng)硬件設(shè)計包括硬件（產(chǎn)品）選型配置、機械結(jié)構(gòu)和電氣控制等三部分，系統(tǒng)軟件設(shè)計包括流程控制、I/O配置和程序設(shè)計等三部分；設(shè)計參數(shù)如表2-3；實物圖如圖2-1。

表2-3熱供暖控制設(shè)計參數(shù)            圖2-1供暖設(shè)備實物效果圖

基于上述各項技術(shù)指標(biāo)，從熱供暖系統(tǒng)方案架構(gòu)圖2-2示；本方案控制系統(tǒng)采用永宏FBs系列功能MA型PLC控制器作為系統(tǒng)的主機，主要控制整體設(shè)備的動作流程、模擬量數(shù)據(jù)采集；從機選用B1-20MT2-D24的主機，用于加熱組投入使用的控制，根據(jù)系統(tǒng)的人機時間由主站發(fā)出控制信號給從機進(jìn)而實現(xiàn)時間段的切換功能；上位機采用昆侖通態(tài)12寸觸摸屏，系統(tǒng)的流程動態(tài)演示、模擬量/開關(guān)量的監(jiān)控顯示、參數(shù)設(shè)定及各狀態(tài)的報警等界面。

圖2-2

系統(tǒng)方案架構(gòu)

三、硬件配置

3.1硬件配置

電供暖熱的系統(tǒng)硬件組成由永宏FBS-24MAT2-ACPLC控制器（主機）、B1-20MT2-D24(從機)寸觸摸屏、通訊板卡FBS-CB55及B1-CM55、FBS-6AD及FBS-2DA模擬量模塊；變頻器使用易能的15/18/11及5.5KW的600系列和1000系列；觸摸屏選用昆侖通態(tài)的12寸觸摸屏。系統(tǒng)硬件清單如表3-1；系統(tǒng)硬件配置如圖3-1。

圖3-1電供暖系統(tǒng)硬件配置圖

3.2機械結(jié)構(gòu)

電供暖系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：加熱循環(huán)、蓄水儲能、板換傳溫及網(wǎng)絡(luò)出水回水。整體結(jié)構(gòu)布置解析如下圖。

圖3-熱供暖整體結(jié)構(gòu)

3.3電氣控制

電供暖系統(tǒng)的電氣控制采用永宏P(guān)LC作為設(shè)備核心控制單元，實現(xiàn)對主從站之間的高速聯(lián)機功能，同時對各點位模擬量數(shù)據(jù)的采集，系統(tǒng)的溫度、壓力控制及出現(xiàn)的故障指示等。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1工藝流程

熱供暖系統(tǒng)的工藝流程主要包括四部分：主水箱加熱控溫、副機加熱組泵頭投入切換、板換溫度輸出處理及網(wǎng)絡(luò)出水回水控制4個部分；主水箱加熱控溫為系統(tǒng)根據(jù)晝夜設(shè)定的上下限值，通過從站的用電時間段進(jìn)行水箱水循環(huán)加熱儲能；副機加熱組泵頭投入根據(jù)谷電-平電-峰電-平電-峰電-平電-谷電的循環(huán)進(jìn)行全投與部分投入的切換；系統(tǒng)的供暖使用的是兩個非接觸式的板換熱傳遞，通過水流速度實現(xiàn)溫度PID調(diào)節(jié)；最后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)出水及回水壓力實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)水循環(huán)控制，同時溢流閥控制進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)水量控制。全自動工藝流程如圖4-1。

圖4-1全自動工藝流

4.2控制流程圖

電供暖系統(tǒng)的控制流程圖，主要介紹了從機對各加熱組依據(jù)各時間段的投入/退出處理；在從站設(shè)定了8個溫度點用于平電時根據(jù)當(dāng)前溫度判斷其所需要投入的加熱頭數(shù)量，谷電時加熱組全開，峰電全停，平電1、2加熱組投入，3號停止。在斷電重啟的情況下，能夠保持當(dāng)前的運行狀態(tài)，繼續(xù)運行。如圖4-2所示：

圖4-2電供暖系統(tǒng)控制流程圖

4.3I/O點配置

根據(jù)工藝流程和控制流程要求，進(jìn)行了永宏P(guān)LC程序I/O點配置；其中包含了模擬量及開關(guān)量，具體PLC輸入、輸出明細(xì)配置如表4-1。

表4-1PLC輸入、輸出點配置表

4.4PLC功能指令應(yīng)用

4.4.1通訊聯(lián)機指令

永宏FBs-PLC提供相當(dāng)強大的通訊功能，SoC單晶片中集合5個高速通訊口。主機自帶一個通訊口。多樣的擴展方式，可以選擇通訊模塊或者通訊板卡，每個通訊口通訊速率最高達(dá)921.6Kbps；支持RS-232，RS-485，USB和Ethernet等界面。在本系統(tǒng)中，使用永宏的高速聯(lián)機指令FUN151，多臺主機硬件搭橋從而實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)共享，并且達(dá)到實時響應(yīng)的效果。

4.4.2指針的使用

永宏P(guān)LC除了常用的HR、DR等常用的緩存器地址實現(xiàn)操作外，還提供了指針緩存器V、Z及P0~P9等12個來作間接尋址指定。

如上所示，對指針V進(jìn)行賦值及數(shù)值處理，然后與地址結(jié)合使用能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域地址方便的應(yīng)用處理；圖中R100后面接著指針V=50，即為地址R150，只用MOV指令對R100V送到D100，等同于R150賦值給D100。指針Z、P0~P9的使用同Z，區(qū)別在于在間接尋址應(yīng)用中，RXXXX緩存器可以結(jié)合指針緩存器V、Z和P0～P9作間接尋址應(yīng)用；而DXXXX只可以結(jié)合P0～P9作間接尋址應(yīng)用。

客戶對加熱組中的8個加熱頭逐個啟動，并且在平電時間段內(nèi)依照設(shè)定的溫度值進(jìn)行部分投入（溫度越高，減少投入數(shù)量），這樣在根據(jù)實際溫度的上升下降時需要將最新的一個加熱頭投入（降溫），最先起的加熱頭停止（升溫），通過指針的循環(huán)變址間接訪問，使得程序的處理更加簡單方便，同時更利于技術(shù)員的技術(shù)保留。

五、結(jié)論（實施結(jié)果）

圖5-1設(shè)備HMI操作圖

通過現(xiàn)場調(diào)試，設(shè)備供暖正常，在各個時間點的加熱組投入切換穩(wěn)定，逐個投入給電網(wǎng)造成的負(fù)載變化較低，避免了供電跳閘的情況；客戶屬于初期介入該行業(yè)，對我們廠家所給予的技術(shù)支持比較肯定，最終的實現(xiàn)效果比較滿意，給其帶來的經(jīng)濟效益也比較充裕，客戶表示煤改電的工程在一線供暖城市必然是一個趨勢。