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1、可编程逻辑控制器在热水工程中的应用可编程逻辑控制器在热水工程中的应用摘要：分析了热水工程中使用可编程逻辑控制器的特点，实现热 水系统的自动控制，提高了系统的可靠性、稳定性和经济性，探讨了 使用modbus （工业现场的总线协议）实现远程控制的方案。关键词：热水工程；工业现场的总线协议；可编程逻辑控制器； 人机界面随着我国社会的快速发展，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
2、、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、集中性特点，而且对水温有较高的控制要求，本文主要分析应 用PLC控制热水系统的时间、温度，水位等关键参数。1、PLC控制系统的原理与特点PLC控制系统又称可编程逻辑控制器，本质上是一个内置操作运 行系统的单片计算机系统，现场信号的反馈、输入，通过内置光偶隔 离，以提高系统的可靠性，输出部分一般采用继电器或晶体管输出， 继电器具有带载能力强结构简单的特点，但响应速度慢，在要求脉冲 输出的场合一般采用晶体管输出，PLC的操作系统固化在内置ROM中, 负责PLC的硬件的设置及底层控制，并对写入在EEPROM中的用
3、户程 序进行读取和运行工作，电源-一般由内置开关电源或外部开关电源提 供24V直流电压，由PLC内置电源模块变压后使用、在可靠性要求比 较高的系统中，建议使用外置电源供电，一个成熟PLC系统还有相应 的保护电路及自诊断电路，PLC的控制是由用户程序控制执行的，与 继电器逻辑控制相比，线路简单，可靠性高，运行速度快，具有应用 灵活方便、操作维护方便的优点，成为取代继电器逻辑控制线路的主 要方案。1. 1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
4、场信号的反馈、输入采集一用户程序的执行运算一执行结果的 输出，以上三个阶段为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。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
5、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，当程序比较大的时候也是不容 易排查的一种错误。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。1.2设备选型PLC的选型从PLC的型号、运算速度、存储器容量、输入输出（I/O） 点数、电源带载能力、功能需求、通信能力等多方面加以考虑。PLC机型选型的基本原则是，满足速度要求、满足功能、可靠维护方便、合理的安装结构,机型尽量统一等。I/O点数选型时应考虑一定的余量，统计所需的数字量输入、数 字量输出、模拟量输入、模拟
6、量输出的点数，通常预留10%20%的 余量,各预留至少12个点数，由于热水控制系统对系统响应时间要 求并不严格，数字量的输出可采用继电器结构，以降低成本，提高可 靠性，模拟量输入输出模块可根据现场传感器、变频器要求，输入输 出类型选用相对通用性比较高的420mA或010v信号。2、PLC的热水控制系统应用2.1 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、 热泵启停、集热泵启停、热水加压泵启停、停止温度设定、回水温度 设定、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
7、热泵机组的启动和停止，集热泵、热水加压泵的启动和停止，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高温度（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，直至达到当前时间段所设定 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、空气源热泵系统关闭，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
8、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，集热泵启动，延时30秒热泵机组 启动，当水箱温度2设定的最高温度（可调）时，热泵机组停止， 集热泵延时60秒停止。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，集热泵和热泵机组亦不启动。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，集热泵立即启动。热水加压泵受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
9、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，可方便的切换手自动控制和 系统的紧急停止。2.2 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S7-200 smart系列的CPU。smart系列的 CPU和早期的S7-200cpu相比
10、，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的与触摸屏通讯、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，可方便的通过相对比较价廉的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 420mA或。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
11、门子SMART 700 7寸彩色触摸屏，通 过普通网线与smart CPU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，有以下几种类型：1.温度传感器一般选用PT100粕热电阻传感器，当PT100在0摄 氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似 匀速的增长，通过PT100温度变送器输出420mA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0100。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
12、温度的采集，安装在供水主管道上，作为故障的 判定逻辑点和直观的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420mA或010V信号 至PLC控制系统控制，液位传感器选用量程一般为050kpa,采集 水位高度05米，供水压力传感器选用量程一般为。0. 6mpa,采 集供水压力，通过PLC控制供水水泵的工作压力。2.3热水系统PLC程序编程要点在进行程序设计前，需明确各个设备的控制点位、数量，传感器 的点位、要求，各个输入输出口所定义的设备对象、明确各个
13、设备的 工作顺序，热水系统控制需注意以下几点；1、热泵启动前需先开启集热泵，集热泵开启后1030秒才允许 开启热泵主机，热泵主机关闭后才允许关闭集热泵，集热泵控制程序 需与热泵控制程序做到软硬件的联动。2、PLC程序的编制过程中，尽量将各个功能编制成独立的子程序 功能模块，功能模块在主程序和子程序中调用，如编制模拟量信号运 算程序模块，进行模拟量信号的运算和转换，在模拟量信号采集子程 序中可反复调用此功能模块，对各个端口采集的模拟量信号进行运算 转换，使PLC程序更加精简和易懂，方便后期调试。3、热水系统PLC程序中一般需内置简单的故障判断逻辑，如水箱温度和供水温度、回水温度值的比较判定，各个
14、传感器是否超限的判 定，如出现问题需及时发出报警信号。4、热水系统PLC程序的编制中需充分考虑modbus远程数据监控 的可靠性，在各个参数和反馈值内部寄存器地址分配的时候，尽量做 到连续，如远程程序不考虑控制也可编制独立的modbus从站赋值程 序，将不连续的寄存器地址赋值给连续的modbus地址。5、PLC热水控制程序中还要具有根据各设备工作时间、故障反馈， 自动切换主、副系统的功能。3、展望利用PLC控制系统能有效的提高热泵热水控制系统的可靠性、响 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，可以非常方便的结合远程监控 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。