住宅小区集中供热自动控制系统

摘要

经济的发展使得人们对生活质量的追求越来越高，冬季供暖是我国北方地区居民的基本生活要求。对于一些偏远的小城镇，热电联产的热源供应不足，需要建立分布式的住宅小区集中供热系统。分布式的集中供热面临三个问题:
　　第一，普通燃煤锅炉房的烟尘等污染物的排放过大，对环境带来破坏;
　　第二，热源产热和二次网供热的能源利用率不高，能源消耗较大;
　　第三，换热站控制系统的自动控制能力和供热的质量有待提高。针对以上问题和山西西部某城镇住宅小区的实际情况，设计了以燃气锅炉为一次网热源的供热控制系统。
　　该供热系统采用了西门子S7系列可编程逻辑控制器，一次网共4台2.1MW的燃气锅炉，燃气锅炉的控制首先要保证安全，为此在锅炉的启动和停止过程中，控制器只有在检测到上一步的执行结果后才可进入下一步，在程序中进行闭锁。为了现场的监控方便，以触摸屏作为人机交互界面。
　　以PROFIBUS和MPI网络实现各控制站和上位机之间的通信。由于现场设备和中控室距离较远且现场干扰严重，采用光纤作为通信介质。为随时随地掌握系统的运行状况，通过DTU无线传输模块把监控系统接入了GPRS网络。对通讯网络中的硬件配置和软件设置进行了阐述。
　　该住宅小区内的建筑均为高层，为了规避二次网垂直失调，平衡水利工况，对供热管网进行竖向分区。二次网配备了变频器实现循环泵的调速，使得二次网的循环流量可控，实现按需供给。供热调节采用分时段质量调节的方式，在保证水利工况稳定的情况下，灵活调整二次网流量，并针对系统的惯性和滞后性提前预测供水温度。由于人为和自然蒸发、耗损等原因，需要对二次网进行补水，选取的补水恒压点要不受系统运行状况的影响，补水系统采用PID控制算法，能够实现较高精度的二次网恒压。
　　上位机监控组态采用组态王，组态界面包括了整个系统的流程、锅炉监控界面、循环监控界面、补水监控界面、系统报表、报警记录、实时曲线等。既可以看到系统各部分运行的详细参数又可依此进行操作和参数设置。阐述了组态王历史数据的记录方式，并介绍了一种通过Excel VBA接口提取历史数据的方式，该方法简单快捷。
　　在本文中对控制系统涉及到的硬件均进行了说明，介绍了其工作原理和选用的具体规格和型号。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状与发展趋势

1．2．1 国外供热工程的发展概况

1．2．2 国内供热工程的现状

1．2．3 供热工程发展趋势

1．3 本文的结构

第二章 换热站系统结构与设备选型

2．1 换热站系统流程

2．2 燃气锅炉工作原理

2．3 变频调速

2．4 供暖系统总体结构

2．5 设备型号

2．5．1 供热机组

2．5．2 二次网水泵电机选型

第三章 控制系统现场总线网络

3．1 现场总线技术与光纤传输

3．1．1 PROFIBUS-DP现场总线技术

3．1．2 RS485/光纤转换器

3．1．3 MPI总线技术

3．2 DTU无线通信技术

3．3 系统网络设计

3．3．1 PROFIBUS-DP通信硬件连接

3．3．2 PROFIBUS-DP通信设置

3．3．3 主站通信地址

3．3．4 MPI网络设置

3．3．5 DTU通信设置

第四章 供热控制系统设计

4．1 硬件选型

4．1．1 PLC选型

4．1．2 变频器

4．1．3 隔离器

4．2 锅炉控制系统

4．2．1 锅炉控制系统PLC接线图

4．2．2 燃气锅炉控制程序设计

4．3 二次网循环控制系统

4．3．1 循环控制系统主电路

4．3．2 变频器接线

4．4 二次网补水控制系统

4．4．1 补水系统主电路

4．4．2 PID控制算法设计

4．5 供热调节

4．5．1 供热调节方式

4．5．2 供回水温度的计算和流量的分段

4．5．3 温度预测补偿

第五章 人机界面系统设计

5．1 锅炉控制触摸屏设计

5．1．1 MCGS组态软件介绍

5．1．2 人机界面选型

5．1．3 MCGS人机界面通讯配置

5．1．4 MCGS人机画面设计

5．2 上位机系统设计

5．2．1 组态王6．55通用版软件介绍

5．2．2 上位机监控通讯

5．2．3 上位机监控功能设计

5．2．4 历史数据的读取

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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