单位:北京华远意通热力科技股份有限公司
作者:王欢 杜红波 万英华 张建华 张广耀
伴随人力成本的不断攀升,降低人工成本成为摆在劳动密集型产业面前的难题。供热企业亦是如此。无论是传统的集中供暖还是分布式供暖,换热站的巡视、监控、节能是一个历久弥新的问题。伴随着互联网、云计算应用越来越广泛,换热站的无人值守、远程监控成为了现实。对换热站的监控不再受空间距离的限制,降低了巡视的频率。异地监控、自动控制更加节能、便捷。
本文仅以我公司五矿铭品无人值守换热站项目为例进行阐述。换热站工艺设备及工艺流程在此不再赘述。
为什么要建无人值守换热站?那么要先了解这个项目的整体情况。该项目由1个锅炉房,3个换热站组成。其中2个换热站与锅炉房的距离较远,监控上无法采用传统的有线连接方式。需要巡站人员不停的在换热站进行巡视,增加了生产成本和劳动强度。为解决频繁巡站的问题,构建了这个监控系统。
在满足运行管理的需要基础上,综合安全、技术、成本等要素,采用了以下下方法进行系统建设。在下面对该系统的监测部位、控制原理、硬件配置、应用软件、硬件连接、网络通讯设置进行详细描述。
(一)监测部位:
监测部位包括:板式换热器一、二次侧供回水温度、压力;二次侧母管供、回水温度、压力;二次侧流量、热量;二次侧回水母管ph值;循环水泵入口压力;循环水泵变频器运行参数;补水泵水泵变频器运行参数;水箱液位。
(二)控制原理:
①压差控制:二次侧循环水泵采用定压差PID控制。利用供回水母管压差值控制
变频器频率输出,确保压差恒定;
②补水泵采用压力控制:利用循环泵入口压力控制补水泵变频器,压力值低于设定值进行补水,达到目标值停止补水,超过设定压力值上限进行泄水;
③气候补偿:在二次侧供回水温度的基础上引入室外温度测点, 按照拟定好的曲线,对板式换热器一次侧供水电动调节阀进行调节。
(三)硬件配置:
①就地传感器:压力变送器、热电阻、ph计、液位计;
②电动调节阀;
③ABB-ACS510系列变频器;
④PLC控制器:Siemens-S7-200、扩展模块(电源模块、通讯模块等);
⑤触摸屏;
⑥通讯装置:PLC程序远程下载和监控模块(配合OPC云服务器使用)、通讯协议转换器。
(四)应用软件:
组态软件、PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN V4.0以及相关设备驱动软件等 。
(五)硬件连接:
①传感器:压力变送器、ph计、液位计、采用型号为ZR-KVVP-3X1.0的电缆与PLC扩展的模拟量模输入块进行连接。热电阻采用型号为ZR-KVVP-4X1.0的电缆与温度模块进行连接。通过以上方式实现对相关数据的采集;
②电动调节阀:通过UPS电源为其提供220V电源,通过ZR-KVVP-5X1.0电缆与PLC模拟量输入、输出端子连接。通过气候补偿功曲线实现对阀门开度的控制;
③热量表:该表的数据采集采用总线模式。通讯协议为M-BUS。为保证通讯协议与变频器一致,通过协议转换器将M-BUS转换为MOUDBUS协议。最后将转换模块与变频器的通讯接口进行串联后与PLC进行连接;
④变频器:运行参数采集上通过总线模式进行采集。控制上采用ZR-KVVP-3X1,0电缆与PLC模拟量输出端子连接,利用PLC中设定好的供回水压差值进行PID控制。
在硬件连接上,着重介绍一下采用总线通讯模式的优势:①.进行数据传输,提高了数据传输的稳定性,减少因干扰造成的波动或错误;②.提高了数据采集的便利性,通过编程即可选择所需的数据,更便于调整所需参数;③.减少了电缆的使用量,设备连接更加清晰、简洁;④从成本上看,减少了PLC扩展模块的数量。
(六)网络通讯设置:
在介绍网络设置前先介绍一下OPC服务器,以便更方便的了解数据远传的方式。所谓的OPC是一种通讯规范,OPC基金会组织规定的一套规范,按照这个规范去把程序写出来,包括一个OPC服务器程序和一个OPC客户端程序,只要按照规范编写,就能保证OPC服务器能被OPC客户端访问。OPC服务器向下可以读取设备的数据,比如PLC、DCS等等。然后OPC服务器程序把这些读到的数据按规范要求开放在网络上,其他任意OPC客户端程序,可以远程浏览这些数据,并选择读取这些数据中需要的。
PLC程序远程下载和监控模块支持3G、4G、wifi、有线上网模式,不同通讯模式之间可以灵活切换。
PLC程序远程下载和监控模块通过串口(485或232)或以太网接口与PLC编程接口进行连接。若现场有多个带以太网口的设备,可以与该模块接入同一交换机。通过OPC服务器与该模块配套使用,只需电脑能够上网,便可实现以下功能:①.远程上传、下载、监视梯形图;②.使用组态软件远程监控PLC。
通过此模式可以对分散在各个锅炉房、换热站的PLC进行监控。可以实现对换热站的集中管理、监控。
基于以上系统的建设完成后,可以降低人工成本、提高运行效率、使系统更节能。随着运行工艺不断改进,可以对PLC硬件进行扩展、对程序不断优化。通过这种方式对监控系统进行构架,可以减少后期系统升级的投入。
单位:北京华远意通热力科技股份有限公司
作者:王欢 杜红波 万英华 张建华 张广耀
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