变频器搭配GPRS、触摸屏和PLC在城市冬季供暖上的应用

市集中供热具有节约能源、减少污染、改善人民生活和工作条件的综合效益，目前在为数众多的换热站中，仍有相当大的一部分处于仪表监视、人工操作的状态，运行水平很不理想。

简 介

城市集中供热采用自动控制是发展的必然趋势，热网自动控制系统，具有测量精度高、测点覆盖面大，可靠性稳定性高、操作简便、功能强大等特点，可以对热网的温度、压力、流量、液位等各种工况参数进行自动采集、监测，通过传输网络将数据汇总传送至中控室计算机，实现远程监测并与企业内部局域网进行汇接，构成企业网络的一部分。实现了热网生产调度管理的自动化和网络化。通讯系统可以采取通过Modem、ADSL、GPRS、数传电台等有线、无线多种数据传输方式，各有不同的特点。本文主要介绍介绍GPRS无线通讯的使用。 

系统原理，组成及实现功能

系统原理

本方案系统设计由三层组成：上层是中控室的计算机监控系统，实现中央和地方两级监控和协调调度，中间层是无线通讯（GPRS、数传电台等），下层是各个热力站PLC组成的控制系统，实现了对保证热用户供暖需求的调节控制。 

采用可编程控制器（PLC）与变频调速装置构成控制系统，优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，这样既可以满足供水要求，还可节约电能，使系统处于可靠的工作状态，实现恒压供水。同时为了实现远程监控和降低成本增加了GPRS通信设备。

GPRS远程传输技术在恒压供水系统中的应用 

由于热源厂与供暖公司相距较远，为了节约成本同时达到很好的传输效果，供暖公司远程监控系统是通过GPRS通信和Internet网络来实现的，现场数据采集监控终端与GPRS模块连接，远程数据监控中心主机上安装必要的软件，主机必须拥有固定IP地址（或域名）。GPRS模块登录上GSM网络后，自动连接到数据监控中心，向数据监控中心报告其IP地址，并保持和维护链路的连接。这样，数据监控中心和GPRS模块之间就可以通过IP地址用TCP/IP协议进行双向数据通信。 

系统组成

本控制系统主要由2台75kw的水泵，1台30kw的水泵，一台75kw的变频器，一台37kw的变频器，一套PLC，一台TP270，宏电GPRS DTU，2台上位机及若干辅助部件构成。同时根据现场实际情况2台75kw水泵使用75kw的变频器一拖二控制，一台30kw的水泵用37kw的变频器实现变频运行。并由组态王软件把个热力站的数据分别读取上来。 

系统实现功能

监控系统可以实现对一次网、二次网的供回水温度压力、水箱液位、室外温度、阀门开度、频率反馈、一次网流量、二次网流量、补水流量等模拟量，泵启停、断电等状态量，累计补水量、累计耗热量等脉冲量进行采集检测。对控制泵的启停、阀门开度及温度压力、流量等信号进行监视、计量，并计算出供热换热功率、供热热能等。可完成室外及室内温度补偿、最优化启停、回水温差限制等优化控制工作。

系统构成

系统硬件设计 

（1）PLC 

采用西门子公司的S7—226做为整个控制系统的核心控制器，并辅以输入输出扩展模块。此型号的可编程控制器带有两个串口，便于一边和控制拒上的TP270相连，在柜面上实时显示各种参数；一边用自由口和GPRS数传模块相连，定时发出数据给供水公司的上位机。PLC主要实现数据的采集，转换，分析，存储，发出控制命令调节变频器实现恒压供水。

（2）变频器 

变频器主要是采用三晶8000B系列变频器。它为水泵电机提供频率可变的电源，从而改变电机的转速，进而改变出水流量，实现恒压供水。 

（3）TP270触摸屏 

利用该产品的显示功能，实时显示实际压力值，压力设定值，出水流量，水池液位等数据，并且可以手动按键设定压力。通过高速PPI与s7—200 PLC通讯，速率可达187.5kb/s。 

（4）无线数传终端DTU 

DTU是整个GPRS系统的核心部分，它具有发送数据给数据中心的功能，同时还可以接受来自数据中心的数据。通过设置相应的通讯参数就可以使其与GSM网络相连，进而通过Internet网络与数据中心建立连接。 

系统软件设计

PLC程序

为了实现变频恒压供水，同时实现最大程度的节能降耗，本系统控制方案选择遵循以下原则： 

①恒压供水的原则 

这是首要的控制设计原则，系统必须实现在不同时段不同用水情况下的管网出水口压力恒定，满足城市居民供暖需要。本系统采用实时监测出水口压力并将其反馈给PLC控制器，PLC根据用户设定值，通过智能PID控制运算输出控制命令控制变频器及各工频泵的运行，从而实现自动恒压供水。 

②高效节能的原则 

双变频恒压供水系统控制规划以高效节能降耗为重要指导，根据前面所述水厂具体实际。 

③全自动化运行的原则 

系统只要输入出口压力设定值，其余操作全都由系统自动来完成，不需人工操作。 

触摸屏组态 

触摸屏组态使用WINCC flexible编写，主要实现四台泵的远程手动，自动控制，各泵状态的实时显示，必要的供水压力设定，实际压力、水池液位、瞬时流量等模拟量的实时显示，报警等功能。 

供热公司上位机程序

此程序一方面要与DTU自带的数据中心的通讯，从而获取实时状态与数据，并直观的、动态的显示出来；另一方面要有强大的报表、归总功能。利用组态王软件中虚拟串口的配置选择厂家，设备端口号等。并需要在200PLC中做自由口的通讯程序。 

结束语

在供暖现有管路及泵建设条件下，增加相应的变频控制装置，改变了原先不能根据用水量大小自动调节、稳定出口压力的的现象；根据实际情况，采用了双变频恒压供水系统，能够实现系统全自动运行及可选择性的手动运行，大大降低了系统的运行成本，起到了显著的节能效果。同时，对于供暖公司的远程监控采用了GPRS通信方式，解决了换热站与管理公司之间距离远、地点偏僻，进行有线通讯成本高的弊端。总之，本系统的应用大大改善了供暖的环境，提高了供暖质量，节约了供暖成本，提高了企业综合经济效益。