一、項目簡介

1.1行業(yè)介紹

據了解，按照北京市出臺的《關于完善北京農村地區(qū)“煤改電”相關政策的意見》，從今年開始，納入農村地區(qū)“煤改電”范圍的居民將享受與城區(qū)一樣的補貼標準，即統(tǒng)一全市峰谷電價補貼政策，農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時調整為21時至次日6時，同時增加市區(qū)兩級財政補貼，農村地區(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。中美大氣化學領域專家合作進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)生產排放的大量二氧化硫經化學轉化生成的顆粒物，而直接排放至大氣中的顆粒物貢獻很小，因此控制這三類氣態(tài)污染物是治霾關鍵。而調查發(fā)現(xiàn)機動車的貢獻占20-30%汽車帶來的路面揚塵、尾氣；工業(yè)的貢獻30-40%；干洗、餐飲油煙等貢獻在30-40%；但以多年的經驗來看冬季供暖供暖脫硫設施帶出水蒸氣與煙氣的混合物貢獻，是冬季霧霾天氣的主要推手。根據號召北京市政府的出臺政策及相關規(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

根據客戶要求，煤改電供暖系統(tǒng)的主要功能包括：自動溫設加熱控制、用電模式切換控制、板換恒溫控制和網絡回水控制功能。在設備運行過程中，根據用電政策資費不同，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：網絡回水控制功能。

要求5：晝夜恒溫及加熱上限獨立可切換。

2.3解決方案

根據最終設備使用的工藝要求，該系統(tǒng)設計過程主要包括系統(tǒng)硬件設計和系統(tǒng)軟件設計；其中系統(tǒng)硬件設計包括硬件（產品）選型配置、機械結構和電氣控制等三部分，系統(tǒng)軟件設計包括流程控制、I/O配置和程序設計等三部分；設計參數如表2-3；實物圖如圖2-1。

表2-3熱供暖控制設計參數            圖2-1供暖設備實物效果圖

基于上述各項技術指標，從熱供暖系統(tǒng)方案架構圖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，主要控制整體設備的動作流程、模擬量數據采集；從機選用B1-20MT2-D24的主機，用于加熱組投入使用的控制，根據系統(tǒng)的人機時間由主站發(fā)出控制信號給從機進而實現(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/開關量的監(jiān)控顯示、參數設定及各狀態(tài)的報警等界面。

圖2-2

系統(tǒng)方案架構

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機械結構

電供暖系統(tǒng)組成結構主要由四部分組成：加熱循環(huán)、蓄水儲能、板換傳溫及網絡出水回水。整體結構布置解析如下圖。

圖3-熱供暖整體結構

3.3電氣控制

電供暖系統(tǒng)的電氣控制采用永宏PLC作為設備核心控制單元，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據的采集，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絡出水回水控制4個部分；主水箱加熱控溫為系統(tǒng)根據晝夜設定的上下限值，通過從站的用電時間段進行水箱水循環(huán)加熱儲能；副機加熱組泵頭投入根據谷電-平電-峰電-平電-峰電-平電-谷電的循環(huán)進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調節(jié)；最后根據網絡出水及回水壓力實現(xiàn)網絡水循環(huán)控制，同時溢流閥控制進行網絡水量控制。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各時間段的投入/退出處理；在從站設定了8個溫度點用于平電時根據當前溫度判斷其所需要投入的加熱頭數量，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

根據工藝流程和控制流程要求，進行了永宏PLC程序I/O點配置；其中包含了模擬量及開關量，具體PLC輸入、輸出明細配置如表4-1。

表4-1PLC輸入、輸出點配置表

4.4PLC功能指令應用

4.4.1通訊聯(lián)機指令

永宏FBs-PLC提供相當強大的通訊功能，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)高速數據共享，并且達到實時響應的效果。

4.4.2指針的使用

永宏PLC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進行賦值及數值處理，然后與地址結合使用能夠實現(xiàn)對區(qū)域地址方便的應用處理；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用中，RXXXX緩存器可以結合指針緩存器V、Z和P0～P9作間接尋址應用；而DXXXX只可以結合P0～P9作間接尋址應用。

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依照設定的溫度值進行部分投入（溫度越高，減少投入數量），這樣在根據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，同時更利于技術員的技術保留。

五、結論（實施結果）

圖5-1設備HMI操作圖

通過現(xiàn)場調試，設備供暖正常，在各個時間點的加熱組投入切換穩(wěn)定，逐個投入給電網造成的負載變化較低，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支持比較肯定，最終的實現(xiàn)效果比較滿意，給其帶來的經濟效益也比較充裕，客戶表示煤改電的工程在一線供暖城市必然是一個趨勢。