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永宏P(guān)LC應(yīng)用于煤改電供暖系統(tǒng)

時間:2016-07-04 15:37:27來源:臺灣永宏(研發(fā)).上海范堤(通路).廈門永陞(工廠

導(dǎo)語:?永宏P(guān)LC主要實(shí)現(xiàn)冬季居民或工廠生活供暖;通過現(xiàn)場調(diào)試達(dá)到設(shè)備正常穩(wěn)定工作,各加熱組切換穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)在谷電全開蓄能,白天散熱供暖的經(jīng)濟(jì)效益。

一、項(xiàng)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(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn),即統(tǒng)一全市峰谷電價補(bǔ)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(cái)政補(bǔ)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(cái)政各補(bǔ)貼0.1元/千瓦時。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jī)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(jī)動車的貢獻(xiàn)占20-30%汽車帶來的路面揚(yáng)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(yàn)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。

系統(tǒng)方案

控制器

操作界面

伺服&變頻

方案1

永宏P(guān)LC

昆侖通態(tài)

易能

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(yùn)行過程中,根據(jù)用電政策資費(fèi)不同,用電時段說明:谷電:23一7點(diǎn)0.38元/度;平電:7—10點(diǎn)、15—18點(diǎn)、21一23點(diǎn)0·5元/度;峰時:10—15點(diǎn)、18-21點(diǎn)0·94元/度。根椐上述用電時段在晚上23點(diǎn)應(yīng)該全功率加熱、力爭在早七點(diǎn)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(dú)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(jì)過程主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì);其中系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括硬件(產(chǎn)品)選型配置、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制等三部分,系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括流程控制、I/O配置和程序設(shè)計(jì)等三部分;設(shè)計(jì)參數(shù)如表2-3;實(shí)物圖如圖2-1。

設(shè)計(jì)參數(shù)

實(shí)物效果圖

控制系統(tǒng)

永宏P(guān)LC

 

 

操作界面

昆侖通態(tài)HMI

變頻器

易能

開關(guān)電源

S-100-24

工作效率

20000元/天以內(nèi)

工作電源

380VAC/50Hz

工作環(huán)境

溫度-10-40℃

濕度20-90%

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

基于上述各項(xiàng)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(jī),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(jī)選用B1-20MT2-D24的主機(jī),用于加熱組投入使用的控制,根據(jù)系統(tǒng)的人機(jī)時間由主站發(fā)出控制信號給從機(jī)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)時間段的切換功能;上位機(jī)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(bào)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(jī))、B1-20MT2-D24(從機(jī))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。

硬件明細(xì)表

產(chǎn)品類型

品牌

產(chǎn)品型號

數(shù)量

替換產(chǎn)品

PLC(主機(jī))

永宏

FBS-24MAT2-AC

1

PLC(從機(jī))

永宏

B1-20MT2-D24

3

HMI

昆侖通態(tài)

TPC-1262HI

4

伺服系統(tǒng)

變頻器

易能

600/1000系列

4

 

模擬量

永宏

FBS-6AD/2DA

4

 

開關(guān)電源

國產(chǎn)

S-100-24

4

 

電氣部件

……

……

若干

圖3-1電供暖系統(tǒng)硬件配置圖

3.2機(jī)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(shí)現(xiàn)對主從站之間的高速聯(lián)機(jī)功能,同時對各點(diǎn)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(jì)

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(jī)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(jī)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(shí)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(shí)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(jī)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(diǎn)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(yùn)行狀態(tài),繼續(xù)運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)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。

PLC開關(guān)點(diǎn)輸入/輸出點(diǎn)配置

PLC模擬量輸入/出點(diǎn)配置

編號

批注

編號

批注

編號

批注

編號

批注

X0

允許加熱信號

Y0

加熱循環(huán)

AI0

水箱高位溫度

AI6

網(wǎng)絡(luò)回水溫度

X1

網(wǎng)絡(luò)啟動信號

Y1

網(wǎng)絡(luò)循環(huán)

AI1

水箱中位溫度

AI7

加熱循環(huán)溫度

……

……

Y2

補(bǔ)水泵

AI2

水箱低位溫度

AI8

板換溫度

 

 

Y3

溢流閥

AI3

網(wǎng)絡(luò)出水溫度

……

……

 

 

……

AI4

室內(nèi)溫度

AO0

板換PID控制

 

 

 

 

AI5

室外溫度

……

……

表4-1PLC輸入、輸出點(diǎn)配置表

4.4PLC功能指令應(yīng)用

4.4.1通訊聯(lián)機(jī)指令

永宏FBs-PLC提供相當(dāng)強(qiáng)大的通訊功能,SoC單晶片中集合5個高速通訊口。主機(jī)自帶一個通訊口。多樣的擴(kuò)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(jī)指令FUN151,多臺主機(jī)硬件搭橋從而實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)共享,并且達(dá)到實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)效果比較滿意,給其帶來的經(jīng)濟(jì)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。

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