一,、 引言
北方的冬天天氣寒冷，各家各戶(hù)都需要暖氣過(guò)冬,。因此各個(gè)居民區(qū)都要建立小區(qū)換熱站,。換熱站主要應(yīng)用于集中供熱系統(tǒng)中，集中供熱系統(tǒng)具有熱慣性大,、滯后明顯以及受溫度,、天氣因素干擾較大等特點(diǎn)，使得整個(gè)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制難度增大,，并且傳統(tǒng)的換熱控制大多數(shù)采用繼電器,、變頻器等進(jìn)行簡(jiǎn)單控制，系統(tǒng)調(diào)節(jié)完全憑以往積累的經(jīng)驗(yàn),，運(yùn)行維護(hù)的成本過(guò)高,，效率低下。針對(duì)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)中上述的狀況,，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)對(duì)熱網(wǎng)實(shí)行集中監(jiān)控是一種行之有效的方法,。該系統(tǒng)具有如下顯著的特點(diǎn)：
1、監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過(guò)各現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),，監(jiān)控整個(gè)供熱系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù),，對(duì)熱網(wǎng)的水力工況和熱力工況進(jìn)行綜合分析，然后根據(jù)熱力縫補(bǔ)狀況及時(shí)調(diào)整供熱溫度等參數(shù),，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定,、可靠的運(yùn)行，充分發(fā)揮系統(tǒng)的最大效能,，降低成本,。
2、在地理位置相對(duì)分散的各換熱站中則采用美國(guó)HORNER公司的一體化控制器（OCS）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，通過(guò)先進(jìn)的PID算法,，克服了傳統(tǒng)PID控制器時(shí)間常數(shù)過(guò)大,，調(diào)節(jié)慣性大，容易超調(diào)產(chǎn)生大幅度振蕩等缺點(diǎn),，同時(shí)通過(guò)一體化的人機(jī)界面現(xiàn)場(chǎng)顯示和操作十分方便,。
3、通過(guò)串行通信協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)多臺(tái)變頻器進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊,，采集變頻器的關(guān)鍵參數(shù)并不斷進(jìn)行調(diào)整,，使水泵工作在最佳狀態(tài)下。
4,、在數(shù)據(jù)傳輸方面,，通過(guò)先進(jìn)的GPRS網(wǎng)絡(luò)與中心計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊，節(jié)約了大量布有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所造成的時(shí)間,、人力,、資金的消耗。
下面就針對(duì)上述幾部分內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明,。
二,、高度集成的一體化OCS控制器簡(jiǎn)介
您是否在PLC的應(yīng)用過(guò)程中遇到過(guò)這樣的問(wèn)題：I/O設(shè)備，PLC,，顯示設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)分別來(lái)自于不同的廠(chǎng)家,，我們要花許多時(shí)間，經(jīng)費(fèi)將他們集成到一起,，而且可能還需要購(gòu)買(mǎi)好幾種軟件包,，很多培訓(xùn)才能完成。這些無(wú)疑增加了我們工作的復(fù)雜程度,，減緩了產(chǎn)品的研發(fā)投放速度,，提高了產(chǎn)品的成本從而降低了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
那么有什么辦法可以解決這些問(wèn)題呢,？
美國(guó)Horner一體化控制器（OCS）就是把傳統(tǒng)的PLC控制器,、人機(jī)界面HMI、輸入輸出點(diǎn)I/O和網(wǎng)絡(luò)Network集成到一起,，僅用一套軟件就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件配置,、邏輯程序、網(wǎng)絡(luò)連接和人機(jī)界面進(jìn)行配置和編輯,，大大降低了工程師程序開(kāi)發(fā)的時(shí)間和成本,。Horner的OCS產(chǎn)品在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家有著非常廣泛的應(yīng)用，其特別適合設(shè)備制造業(yè),、自動(dòng)化化生產(chǎn)線(xiàn)及各種DCS系統(tǒng),。美國(guó)Horner公司提出的一體化控制理念,，越來(lái)越為業(yè)內(nèi)人士所接受，正逐漸成為自動(dòng)化控制行業(yè)的主流產(chǎn)品,。
在本換熱系統(tǒng)中主要采用了HORNER X系列的兩款主流產(chǎn)品，小巧的緊湊型XLE103,，和具有5.7寸彩色觸摸屏的LX300,。編程軟件使用Horner自己開(kāi)發(fā)的Cscape，并且是免費(fèi)的,。系統(tǒng)配置圖如下,，其中XLE103帶有一個(gè)小的操作員界面（128x64背光顯示，帶有16個(gè)功能鍵）,，并帶有內(nèi)置I/O：12點(diǎn)直流輸入（正/負(fù)邏輯）兼容12/24伏,，12點(diǎn)直流輸出（每通道最大0.5A), 2通道10-bit模擬輸入（0-10V/4-20mA). 2路脈沖/PWM輸出功能，另外還可配置4路高速計(jì)數(shù)器（10kHz）,。XLE103自帶2個(gè)的RS232/485接口,，支持PLC/Drive通訊協(xié)議和一個(gè)大容量可移動(dòng)存儲(chǔ)器插槽（支持標(biāo)準(zhǔn)SD卡）。Xle有集成的CsCAN網(wǎng)絡(luò)端口用于高速通訊和I/O擴(kuò)展,。每個(gè)Xle都是直流供電,。Xle能被安裝在DIN導(dǎo)軌上。LX300自帶 5.7寸標(biāo)準(zhǔn)彩色觸摸屏,。支持CsCAN網(wǎng)絡(luò)接口和遠(yuǎn)程I/O模塊（SmartStix）.
三,、OCS控制器具有靈活的PID控制功能和豐富的運(yùn)算能力
現(xiàn)代化的換熱站需要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的恒壓恒溫供水，因此PLC要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變送器反饋回來(lái)的溫度壓力等參數(shù)來(lái)調(diào)整變頻器的頻率,?？刂苾膳_(tái)循環(huán)泵和一臺(tái)補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速，從而控制二次供熱的溫度和壓力,。此系統(tǒng)的PID完全由軟件編程實(shí)現(xiàn),，不需要添加任何外圍設(shè)備，最多可以實(shí)現(xiàn)8路獨(dú)立的PID控制,。并且LX300的掃描速率在0.2ms左右,，對(duì)PID的響應(yīng)速度很快。其中最具優(yōu)勢(shì)的是其具有參數(shù)自整定得功能,，使最終用戶(hù)即使不具備PID理論知識(shí)也能快速進(jìn)行PID調(diào)節(jié),，用戶(hù)只需開(kāi)啟PID的自學(xué)習(xí)功能，PLC就可以根據(jù)工作狀況自動(dòng)找出比例系數(shù),、積分時(shí)間,、微分時(shí)間等參數(shù)。等到PID參數(shù)找到后就自動(dòng)切入控制程序,，其PID調(diào)節(jié)的具體畫(huà)面如下所示：
此換熱系統(tǒng)共需要3路PID控制：
1,、實(shí)現(xiàn)室外溫度補(bǔ)償,，自動(dòng)控制二次供水溫度功能，控制器既可以根據(jù)設(shè)定的供暖曲線(xiàn)和室外溫度的變化自動(dòng)控制二次側(cè)出水溫度,，又可以根據(jù)設(shè)定的固定出水溫度維持二次側(cè)出水溫度恒定,，以滿(mǎn)足用戶(hù)最佳的節(jié)能效果需求。
2,、二次側(cè)循環(huán)變流量調(diào)節(jié)功能,，控制器可以根據(jù)系統(tǒng)熱負(fù)荷的變化，調(diào)整循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速,，維持二次供,、回水溫差（可以調(diào)整）恒定，達(dá)到最佳的供熱效率和節(jié)能效果,。新啟動(dòng)前有一段時(shí)間（可以調(diào)整）的延時(shí)警報(bào),，用以提醒可能在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的工作人員注意自身安全。
3,、根據(jù)二次回水的壓力調(diào)節(jié)二次供水的流量,，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)二次管網(wǎng)回水的壓力，通過(guò)PID調(diào)節(jié)及時(shí)控制二次管網(wǎng)的流量閥,。保證二次供水的恒壓,。
四、OCS控制器與變頻器的通訊
在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,，最為常見(jiàn)的是PLC和變頻器的組合應(yīng)用,，并且產(chǎn)生了多種多樣的PLC控 制變頻器的方法，其中采用RS-485通訊方式實(shí)施控制的方案得到廣泛的應(yīng)用：因?yàn)樗垢蓴_能力強(qiáng),、傳輸速率高,、傳輸距離遠(yuǎn)且造價(jià)低廉。但是,，RS-485的通訊必須解決數(shù)據(jù)編碼,、求取校驗(yàn)和、成幀,、發(fā)送數(shù)據(jù),、接收數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)、超時(shí)處理和出錯(cuò)重發(fā)等一系列技術(shù)問(wèn)題,，一條簡(jiǎn)單的變頻器操作指令,，有時(shí)要編寫(xiě)數(shù)十條PLC梯形圖指令才能實(shí)現(xiàn)，編程工作量大而且繁瑣,，令設(shè)計(jì)者望而生畏,。
但是在OCS中這一切都變得非常簡(jiǎn)單，我們只需要一個(gè)功能塊就可以實(shí)現(xiàn)Modbus所有的功能,，即保留了RS485通訊的優(yōu)點(diǎn),，又省去了復(fù)雜的編程工作,。以下是編一段通訊程序的例子，可以看到OCS非常簡(jiǎn)單的就從變頻器取得了想要的參數(shù)：
五,、GPRS與OCS的完美結(jié)合
DTU是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminate unit),可以理解為下位GPRS發(fā)射終端,。使用GPRS的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)在線(xiàn)，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才按流量收費(fèi),?？梢允∪ゴ罅康牟季€(xiàn)、調(diào)試,、維護(hù)工作，對(duì)于地理位置相對(duì)很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸有很明顯的優(yōu)勢(shì),。但是其本身也存在著一些弱點(diǎn),，比如說(shuō)系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)（10秒左右），信號(hào)受周?chē)h(huán)境影響較大,、運(yùn)營(yíng)商支持等,。
對(duì)于此換熱系統(tǒng)，計(jì)算中心要求的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性不高（1分鐘左右）,，而且各個(gè)換熱站地理位置相對(duì)很遠(yuǎn),，所以特別適合應(yīng)用此種傳輸方式進(jìn)行PLC和上位機(jī)的通訊。其基本示意圖如下：
換熱控制中心監(jiān)控畫(huà)面如下：
六,、OCS的其他保護(hù)及報(bào)警功能
保護(hù)功能包括常規(guī)的過(guò)壓保護(hù),、欠壓保護(hù)、缺項(xiàng)保護(hù),、漏電保護(hù),、過(guò)流保護(hù)等功能。報(bào)警功能包括循環(huán)泵故障報(bào)警,、補(bǔ)水泵故障報(bào)警,、補(bǔ)水超壓報(bào)警、系統(tǒng)軟化水箱壓力過(guò)低報(bào)警,、二次網(wǎng)回水壓力過(guò)低報(bào)警,、換熱站故障停機(jī)報(bào)警等功能。
HORNER OCS產(chǎn)品首次采用了移動(dòng)存儲(chǔ)技術(shù),，支持普通的SD卡或CF卡（最大可到2G）,， 用于存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警信息。在本系統(tǒng)中我們采用了1G內(nèi)存的SD卡實(shí)時(shí)存儲(chǔ)報(bào)警信息和進(jìn)行數(shù)據(jù)備份,，當(dāng)需要查看時(shí),，只需將SD卡拔出并插到計(jì)算機(jī)上就可以打開(kāi)全部文件，而且所有文件均可以存為EXCEL格式,。