热力公司换热站控制系统设计

1、河北联合大学综合课程设计说明书 目录引言··································1第一章 绪论···········

2、83;·················21.1热力公司换热站产生的背景·····················21.2产生问题的原因·······

3、···················31.3集中供热的意义··························3第二章 换热站的基本构成·

4、·····················42.1换热站的简介···························42

5、.1.1换热站的简介·························42.1.2换热站的构成·····················&#

6、183;···42.2换热站硬件结构和用处·······················42.3换热站控制系统的硬件··················

7、3;····42.2.1 换热器···························42.2.2 流量计···············&#

8、183;···········62.2.3 循环水泵··························82.2.4阀门·········&

9、#183;··················82.2.5 温度计、压力计·······················102.2.6 PLC S7-20010··

10、83;·····················102.3换热站工作原理·························14第三章 换热站

11、设计思路和总体方案················15 3.1换热站的控制调节························153.2 温度控制回路····&

12、#183;·····················15 3.3供暖系统的常见定压方式·····················16 3.4循环水流量的调节控制·

13、3;····················163.5 换热站控制系统的主要功能····················163.6总体的设计思·····

14、;·····················193.7 控制系统总图··························19参考文

15、献·······························20摘 要从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。P

16、LC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。本文介绍了以换热站为被控对象，以PLC为控制器进行编程，实现换热站温度的自动控制。换热站的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，换热站的性能优劣决定了经济效益的高低。本文分别就换热站的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置等几方面进行阐述。通过改造换热站的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。关键词：换热站的控制系统 温度控制 PLC 第一章 绪论1.1 热力公司换热站产生的背景我国的城市集中供

17、热真正起步是从50年代开始的。党的十一届三中全会以后，特别是国务院1986年下发关于加强城市集中供热管理工作的报告，对我过的集中供热事业的发展起到极大的推动作用。1992年全国有117个城市建设了集中供热措施，换热站监控系统开发与智能控制的研究供热面积达到21262万平方米，“三北”地区集中供热普及率达到1200131。1993年国有158个城市建设了集中供热措施，供热面积达到了32832万平方米，“三北”地集中供热普及率达到18%。到1996年底我国已有286个城市建设了城市集中供热统，供热面积达到73400万平方米，“三北”地区集中供热普及率达到260015。尤其几年，随着国民经济的增长和

18、生活水平的提高，越来越多的城市建设了集中供热系统虽然我国这些年来集中供热事业得到了迅速发展，但与国外相比，我国目前采暖统相当落后，即室温冷热不均，系统热效率低，不仅多耗成倍的能量，而且用户不能行调节室温。当前采暖收费大多按面积计费，无助于用户的节能意识，以至于出现一不正常的现象。如室温过高开窗，室温过低投诉。使得设计人员及业主尽量加大供热量造成效率低、高能耗的重复浪费。我国能源紧缺，而采暖用能又十分浪费。据资料介绍我国住宅建筑采暖能耗为相近气候条件的发达国家的3倍左右。目前采暖用能占全国品能源总消耗的9.6%，采暖能耗不仅造成资源的浪费，而且是大气污染的一个重要。1.2 产生问题的原因供热系统

19、效率地下，致使供热能耗高而热环境质量差，是我国目前建筑供热状况的基本特征。就全国范围内集中供热地区而言，建筑物供热主要状况是热源紧缺，总体供热不足，无法满足人民日益提高的生活水平需要，因此在现有能源供给条件下，节能成为首要的紧迫任务。我国现行的换热站运行管理扔处于手工操作阶段，大部分依靠经验来警醒温度调节，影响了集中供热优越性的充分发挥，无法对运行工况进行系统的分析判断；虚脱运行工况失调难以消除，造成用户冷热不均；供热参数未能在最佳工况下运行，供热量与需热量不匹配；运行数据不全，难以实现量化管理。研究和建立热网分部式计算机监控系统，实现热网运行过程中的信息采集、信息集成、科学有效的控制和管理热

20、网，为供热公司各级领导、管理和生产部门提供辅助决策和优化手段，已成为许多供热攻速的迫切需求。1.3 集中供热的意义为更多的用户提供更好的供热服务是供热公司的首要任务。将测控监控和自动化控制引入供热系统中，对供热系统的调节实现由手动到自动的转变，这才能满足新形势下的供热需求。在供热行业大力推广计算机控制技术必将是今后的发展方向。由于我国供热系统管理运行跟不上供热规模的发展，绝大多数系统仍处于手工操作阶段，从而影响了集中供热优越性的充分发挥。这主要反映在：缺少全面的参数测量手段，无法对运行工况进行系统的分析判断；系统工况失调难以消除，造成用户冷热不均；供热参数未能在最佳工况进行；供热量与需热量不匹

21、配，造成热能源浪费；故障发生时，不能及时诊断报警，影响可靠运行；数据不全，难以量化管理。供热系统的计算机监控系统，恰好弥补了上述不足。概括起来可以实现以下五方面的功能：（1）实时检测（2）自动控制，消除冷热不均（3）合理匹配工况，宝珠按需供热（4）及时诊断故障，确保安全运行（5）健全运行档案，实现量化管理。第2章 换热站的基本结构2.1换热站的简介2.1.1换热站的简介换热站和热水管网是连接热源和热用户的重要环节，在整个供暖系统中具有举足轻重的作用。换热站是指连接于一次网与二次网并装有与用户连接的相关设备、仪表和控制设备的机房。它用于调整和保持热媒参数(压力、温度和流量)，使供热、用热达到安全

22、经济运行，是热量交换、热量分配以及系统监控、调节的枢纽。换热站一般由汽水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的循环水系统、补水泵组成的补水系统来构成。在控制过程中，需要采集大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数2。需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。换热站的自动控制，即实现整个进汽和供水过程的全自动控制。2.1.2换热站的构成通常换热站内部设备可分为两大部分，即采暖系统和民用生活热水系统，目前我国换热站大部分没有民用热水设施。今后随着人民生活水平的提高在换热站内应增加生活热水系统，来提高集中供暖的效益。换热站的主要设备有:离心水泵、水一水(汽一水)换热器、热水储水箱、过滤器、补水箱

23、、调节阀门、热媒参数调节和检测仪表、防止用户热水供应装置生锈和结垢的设备等。换热站内还安装有热量表以及调节供热量的自动调节装置。2.2换热站硬件结构和用处换热站由换热器、流量计、水泵、进汽阀、减压阀、自动排汽阀、止回阀、温度表、压力表等组成，下面就来逐一介绍它们在换热站中所起的作用。2.2.1换热器换热器是换热站结构中一个最为重要的部分，它是连接一次管网和二次管网的中间环节，它的主要功能是将一次管网的蒸汽和循环水混合，加热循环水送至用户。换热器种类多式多样，换热器按照热传递原理可以分为以下几种主要的形式:(1).直接接触式换热器:利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。这类换热器具有

24、传热效率高、单位体积的传热面积大、设备结构简单、价格便宜等优点，缺点是仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。(2).蓄热式换热器:借助于由固体(如固体填料或多孔性格子砖等)构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。这类换热器具有结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面积大的优点。适合用于汽一汽热交换的场合。(3).间壁式换热器:利用间壁(固体壁面)将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器。(4).中间载热体式换热器:把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。工业应用中

25、，最为常见的是管壳式换热器、板式换热器以及其它的各种紧凑高效的新型换热器，下面对其进行简要的介绍4。.管壳式换热器:虽然各式各样的换热器使人们选择的范围越来越大，但是由于管壳式换热器具有结构坚固、易于制造、生产成本低、弹性大、适应性强、耐高温高压、材料选用范围广等优点，其在化工生产中仍占据主要地位，在高温高压或有腐蚀性介质的作业中更能显示其优势，是目前使用最广泛的换热器。管壳式换热器由一些直径较小的圆管加上管板组成管束，外套一个外壳而构成。管壳式换热器又可以做如下划分:固定管板式换热器。固定管板式换热器集中了管壳式换热器的优点，因此应用相当广泛。主要适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高以及壳

26、程结垢不严重或能用化学品清洗的场合。.浮头式换热器:浮头式换热器适用于管壳壁间温差较大或易于腐蚀和易于结垢的场合。但其缺点是结构复杂、笨重，造价比固定管板式高20%左右，材料消耗量大。管式换热器。适用于高温高压的情况，对于壳程需要经常清洗的管束，则要求采用正方形排列。一般情况下按三角形排列。填料函式换热器。用于腐蚀严重，温差较大的场合，但是壳程压力不能过高，也不适合用于壳程内为易挥发、易燃、易爆和有毒介质的场合。管壳式换热器也有它的不足之处，最主要的就是体积太过庞大，占地面积大，对土建造价影响也比较大，但管壳式换热器换热量大，特别适用于大型工艺系统。.板式换热器:板式换热器是将用薄金属板压制成

27、具有一定波纹形状的换热板片进行叠装，然后用夹板、螺栓紧固而成的一种新型高效换热器，现在正被越来越多的行业所采用。它具有以下几个方面的特点:总传热效率高。在相同的压力损失下，板式换热器传递的热量为管壳式换热器的6一7倍。结构紧凑、占地面积小。板式换热器的高效传热，决定了它结构紧凑体积小的特点。其板片间距一般为4mm，而板片表面的波纹又大大增加了有效换热面积。板式换热器每单位体积内可以布置25om的传热面积。每平方米换热面积只消耗金属16kg左右，占地仅为管壳换热器的十分之一至五分之一。热损失小。由于只有板片间的密封垫周边暴露在大气中，所以其热损失极小，一般为1%左右，无需采取保温措施。在换热面积

28、相同的条件下，板式换热器散热损失仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式换热器的一半。传热温差小。由于板式换热器具有高值的传热系数及剧烈的湍流特点，可使热交换器在两种流体温度十分接近的情况下运行，两种介质的平均对数温差可以低至1。.折流杆换热器:在折流杆换热器内，壳程流体以轴向流动为主，因此降低了壳侧压降。与折流板换热器相比，折流杆换热器具有更高的壳程单位压降与总传热系数的传热特性比。同时，由于在折流杆换热器内不存在严重的滞留区域，因而效益高，且具有不易结垢的优点。.螺旋板式换热器:螺旋板式换热器是由两块平行的钢板卷制而成，两钢板同时绕成螺旋形状形成两个同心通道，冷热流体在两个通道中作逆

29、流或错流流动，进行热量交换。由于螺旋板式换热器为等截面单通道，因此不存在流动死区，定距柱及螺旋通道对流动的扰动降低了流体的临界雷诺数，使换热器的传热能力很高。螺旋板式换热器还具有自洁能力强、不易堵塞、散热损失小、传热温差小、结构紧凑、成本较低等优点。近年来成为工业中比较常见的换热设备。2.2.2流量计在一次管网和二次管网处都应安装流量计，用以测量流量。流量计量仪表按不同的测量原理可以分为以下几类:(1).差压流量计差压流量计是一种用节流装置或其它差压检测元件(如测速管)与差压计配套使用来测量流量的仪表。这种流量计是一种比较成熟的产品。50年代以前，国外就广泛应用。由于它具有结构简单、使用寿命长

30、、适应性强和价格较低等优点，因而占有的市场比例很大，70年代曾达到73.5%。目前占有的市场比例虽然比以前小了，但仍占有绝对大的市场。与节流装置配套使用的差压变送器近年来发展很快，主要在简单、可靠、提高精确度和增加功能这几方面下功夫。为了实现这个目的，主要采取了下述措施:.尽量减少零部件的种类和数量，仅使用经过证明是可靠的零部件;.左右对称结构，从本质上消除了产生误差的因素;.检测元件使用半导体复合型传感器，可测量差压、静压和温度三个参量;.利用微处理机补偿传感器的特性，变送器的精确度一般可达到量程的0.1%，最高可达到量程的0.075%; (2).电磁流量计电磁流量计是一种测量导电液体流量的

31、仪表，其特点是测量管光滑，压力损失小，精确度高，应用广泛。自50年代问世以来，发展很快。在70年代，电磁流量计的主流是采用商用频率激磁方式，在这种方式中，信号的载波频率与商用电源频率是一致的。由于测量流体中的涡流分布的变化和其它商用电源噪声的影响，因而零点稳定性欠缺，精确度一直提不高，始终为量程的1%。80年代采用了具有商用电源整数倍周期的低频或方波激磁方式，基本上消除了源于磁通时间变化率的噪声(零点的变化因素)，精确度提高到量程的0.5%，近几年来，又提高到流速的0.5%6。低频激磁方式存在着这样一个问题:当载波频率为6Hz左右，进行泥浆流体测量时，容易受到与载波频率相近的低频噪声的影响。为

32、了解决这个问题，国外最近开发出了一种双频率激磁方式的电磁流量计。这种电磁流量计设立了两个滤波器:低通滤波器;高通滤波器。经过低频采样的信号通过数字式的低通滤波器，信号的高频成分通过高通滤波器，然后，再把两种成分相加，由于这两个滤波器具有相同的截止频率，因而相加起来的信号能再现原来的信号，应用实例证明其能降低流体噪声。(3).容积流量计容积流量计是一种广泛应用于测量石油类流体、饮料类流体、气体以及水流量的流量计。容积流量计是利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知体积，并进行重复不断地充满和排放该体积部分的流体而累加计量出流体总量的流量仪表8。它的主要优点为:测量准确度高、安装管道条件对流

33、量计的计量精度没有影响、可用于高粘度液体的流量测量、测量范围较宽(典型的测量范围为5:1到10:1)、直读式仪表可直接得到流体流量。其缺点为:机械结构较复杂、体积庞大，被测介质的种类、口径、介质工作状态等的适应性不够宽，大部分容积流量计只适用于洁净单相流体，部分形式的仪表在测量过程中会给流动带来脉动，甚至使管道振动。(4).超声流量计近年来，使用超声流量计的越来越多。这是因为它是一种非接触式测量，压力损失小，结构简单，检测器安装在管道外侧，非常方便。目前，超声流量计广泛采用的测量方式主要有两种:时间差法和多普勒效应法。一般来讲，一台超声流量计只采用其中的一种测量方式。近年来，有的公司研制出了双

34、功能超声流量计。该流量计可采用上述两种测量方式，测量周期为0.055，精确度为量程的上1.0%。此外也出现了使用微处理机的超声流量计。超声流量计今后会朝着下述方向发展。不受(或很少受)测量环境和条件左右的产品;除了能测量水、气体之外，还能测量油等。(5).涡街流量计涡街流量计是70年代发展起来的产品，这种流量计利用流体振荡原理来测量流量或流速。在流体中放置一个具有均匀断面形状的物体(挡体)，在挡体的两侧会交替产生一种有规律的漩涡，并向下游流去，非对称地形成二列漩涡列，这就叫卡门涡街。按漩涡发生体的不同，涡街流量计可以分为以下几类:.圆柱涡街流量计.矩形柱涡街流量计.三角柱涡街流量计.梯形或T形

35、柱涡街流量计.组合柱型涡街流量计除了上述几种基本柱型以外，在涡街流量计发展过程中，陆续出现了一些形状及结构比较复杂的柱型。采用形状复杂的柱型或者组合柱型的目的，是为了进一步加强漩涡的强度，加强涡街的稳定性，或者是为了便于装设敏感元件。组合柱型由于形状复杂，不易制造装配，同时复制性差，一般不易采用。华业小区采用的是合肥仪表总厂生产的涡街流量计。2.2.3循环水泵换热站的水力循环以及补水定压都需要水泵，水泵的种类很多，按工作原理分为:(1).叶片式水泵:它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮的高速旋转完成的。包括离心泵、轴流泵、混流泵等。(2).容积式水泵:它对液体的压送是靠泵体工作室的容积的改变来完成

36、的。如活塞式往复泵、转子泵等。(3).其他类型:除上述的两种以外的特殊泵。如螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵等。他们都是利用高速液流或气流的动能来输送液体的。华业小区采用的是上海凯泉给水工程有限公司生产的离心泵7。驱动方式：有直流也有交流,电驱动。 主要结构：分为，波轮或叶片，外壳（塑料或金属）过滤网或罩，电机（直流或交流）汽车冷却水泵靠传动轴带动。 分类：从外形上分为立式和卧式，从用途上分为高扬程小流量和低扬程大流量等。 水泵运行：循环水泵启动前应对设备及管路系统进行全面检查和清洁工作，确认检修工作已结束，设备管道系统完整良好，表计齐全，符合启动条件才可进行启动。循环水泵进口平板闸门

37、应在开启位置，进口二道滤网应完好清洁，其中一道在运行位置，一道滤网在备用位置。 2.2.4阀门换热站中用到进汽阀、减压阀、自动排汽阀、止回阀等阀门。自动排汽阀是用来排除管道中蒸汽冷凝水，进汽阀用来调节蒸汽量，减压阀是用来调节减少蒸汽的压力，止回阀是为了防止系统中的水会倒流15。供热常用的九种阀门一、闸阀闸阀也叫闸板阀、闸门阀，是广泛使用的一种阀门。 工作原理：闸板密封面与阀座密封面高度光洁、平整、一致，加工成一个非常合、严密的密封副。闸板通过阀杆的上提、下压，对介质形成导通和关断。它在管路中起关断作用。 二、截止阀截止阀也是广泛使用的一种阀门。一般口径在100mm以下。它的工作原理与闸阀相近，

38、只是关闭件(阀瓣)沿阀座中心线移动。它在管路中起关断作用，亦可粗略调节流量。 三、球阀球阀相比闸阀、截止阀，球阀是一种新型的、逐渐被广泛采用的阀门。它的工作原理是：阀芯为一个有通腔的球体，通过阀杆控制阀芯作90°旋转，使阀门畅通或闭塞。它在管路中起关断作用。 四、蝶阀蝶阀在供热系统中，目前是使用最广泛，种类也最多的一种阀门。 工作原理：阀瓣是一个圆盘，通过阀杆旋转，阀瓣在阀座范围内作90转动，实现阀门的开关。它在管路中起关断作用。 亦可调节流量。 五、止回阀止回阀也叫逆止阀、单流门。一种常用的起辅助作用的阀门。 工作原理：依靠流体自身的力量以及阀瓣的自重，自动启闭的阀门。顾名思义，它

39、的作用是阻止介质倒流。一般装在水泵出口，防止水锤对水泵造成损坏。 六、调节阀也叫节流阀。是供热系统二次网的常用阀门。 工作原理：外形、结构与截止阀相似。只是密封副不同，调节阀的阀瓣和阀座类似暖水瓶的瓶塞和瓶口，通过阀瓣的移动改变过流面积来调节流量。在阀轴上有标尺表示相应流量。 七、平衡阀改进型调节阀。流道采用直流式，阀座改为聚四氟乙烯； 克服了流阻大的缺点，同时增加了两个优点：密封更合理、兼有截止功能。 供热工程中在热力站二次网上使用，具有优异的流量调节特性，特别适用于变流量系统。 八、自力式平衡阀自力式平衡阀也叫流量控制阀。它的工作原理是：在阀门内有一个由弹簧与橡胶膜组成的机构，它与阀杆连接

40、。如果流量增大，会在其上产生一个不平衡力，使得阀瓣向关闭方向移动，以减少过流面积，降低流量，使流量回归设定值。反之亦然。由此始终保持阀后流量不变，达到控制流量的目的。 安装在供热系统的热人口，分支点。 九、安全阀当介质压力超过规定数值时，阀门能自动开启并泄压，当压力正常后，又能自动闭合，以保证系统正常运行，起这种作用的阀门叫安全阀。 按结构分有：弹簧式、杠杆式、脉冲式。 2.2.5温度计、压力计换热站中采用温度计、压力计来测量进汽、出汽、供水、出水温度和压力，给其运行调节提供依据。2.2.6 PLC S7-200S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种小型PLC。它具有紧凑的结构，

41、良好的扩展性能，丰富的指令功能，低廉的价格，极高的可靠性，强大的通信能力等，已成为现代工业各种小型控制工程的理想控制器。适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200的STEP7Micro/WIM32编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监视和控制，使得PLC的编程更加方便、快捷。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。1）S7-200PLC系统硬件组成工业软件CPU主机人机接口I/O模块通信模块功能模块图4-1 PLC系统组成S7-200系列PLC包含了一个单独的C

42、PU主机和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同模块的控制器。也可以方便地组成PLC-PLC网络和PLC-微机网络，完成规模更大的工程。S7-200 PLC系统硬件组成如图4-1所示。2） CPU主机CPU主机又称作CPU模块，也称为本机。CPU主机本身就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。该模块的主要功能是：采集的输入信号通过中央处理器运算后，将生成结果传给输出装置，然后输出点输出控制信号，驱动外部负载做出处理。S7-200 PLC主机型号有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM等。CPU224XP为CPU224的改进型

43、，CPU226XM为CPU226的增强型，功能有所加强。其中CPU224集成了14点输入/10点输出，共有24点数字量I/O。2个模拟量电位器，最大可扩展35AI/AO点；1个RS-485通信/编程口，2路独立的(20kHz)高速脉冲输出，具有PID控制器，6路高速计数器(30 kHz)。它具有强大的模拟量处理能力，因此是S7-200系列产品中使用最多的。CPU226集成了24点输入/16点输出，共有40点数字量I/O。2个模拟量电位器，最多可扩展35AI/AO点；2路独立的(20kHz)高速脉冲输出，具有PID控制器，6路高速计数器(30 kHz)，与CPU224相比，增加了通信口数量，2个

44、RS-485通信/编程口。它主要用于点数较多，要求较高的小型或中性控制系统。3） I/O模块I/O模块内部没有电源模块，不可独立工作，主要是为CPU主机服务。当CPU主机I/O点数量不能满足控制系统的要求时，用户就可以根据需要扩展各种I/O模块，I/O模块包括输入模块EM221、输出模块EM222和输入/输出模块EM223等。4） 功能模块当需要完成某种特殊功能的控制任务时，需要扩展功能模块。包括模拟量输入模块EM231、模拟量输出模块EM232、模拟量输入/输出模块EM235、热电偶温度测量模块EM231TC、热电阻温度测量模块EM231RTD等。其中EM231模拟量输入点数为4；EM231

45、TC模拟量输入点数为4；EM231RTD模拟量输入点数为2。5） 通信模块为组成各种层次的网络而扩展的专门应用于通信的模块为通信模块。6) 人机接口人机接口是近些年PLC发展进步的重要标志之一，可以充分和方便地利用系统的硬件和软件资源，通过友好的界面轻松完成各种监视、调整和控制任务。人机操作接口有文本显示器TD200和TD400，触摸屏TP170和TP270等。7) 工业软件工业软件是为了更好地管理和使用上述设备而开发的与之相配套的程序。8） S7-200PLC扩展模块1.开关量I/0扩展模块S7-200系列CPU主机提供一定数量的数字量I/O点，但在主机I/O点数不够的情况下，就必须使用扩展

46、模块来增加I/O点。开关量I/O扩展模块一般也叫数字量扩展模块。开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换成PLC内不接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组有一个公共端，各组之间是分隔的。开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。典型的开关量输入模块和输出模块种类：（1）输入扩展模块EM221有2种：8点DC输入和8点AC输出。（2）输出扩展模块EM222有3种：8点DC晶体管输出、8点AC输出和8点继电器输出。（3）输入/输出混合扩展模块EM223有6

47、种：分别是4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）输出和4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）继电器输出。对于开关量输入模块，在选择时没有特殊要求，输入端电源也可用PLC自带的传感器电源。S7-200PLC的开关量输出模块主要有继电器输出和晶体管输出两种方式。2.模拟量扩展模块在工业控制中，压力、温度、流量和转速等输入量是模拟量，变频器、电动调节阀和晶闸管调速装置等设备要求输出模拟量信号进行控制。CPU主机一般只有数字量I/O接口，或者是仅具有少量的模拟量接口，所以就要进行模拟量输入和输出模块的扩展才能满足控制要求。模拟量扩展模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相

48、连，也有电气隔离功能。模拟量输入（A/D）模块是将现场由传感器检测产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出（D/A）模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。模拟量扩展模块类型如下：（1）模拟量输入扩展（2）模拟量输出扩展模块EM232（3）模拟量输入/输出混合模块EM235EM232的模拟量输出点数为2，信号输出范围：-10V到+10V，电流0到20MA。EM231模拟量输入点数为4，输出阻抗大于等于10M，最大输入电压30V DC，最大输入电流32MA。模拟量扩展模块的主要技术参数参见附录表A-4，A-5，A-6。典型模拟量扩展模块的量程为-10V到+10V，

49、-5到+5V和4到20MA等，可根据实际需要选用不同等级，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。特模拟量输入模块可用来直接接收传感器信号。3.温度测量模块温度测量模块专门为检测温度而设计。温度测量模块有热电偶温度测量模块EN231 TC和热电阻温度测量模块EM231RTD。4.为控制模块EM235位控模块是S7-200的特殊功能模块，它能够产生脉冲串用于步进电机或伺服电动机的速度和位置开环控制。它与S7-200通过扩展的I/O总线通信，它带有8个数字输出。5.通信模块（1）PROFIBUS-DP现场总线通信模块 EM277是PROFIBUS-DP的现场总线通信模块，用来将CPU224连接到PR

50、OFIBUS-DP现场总线网络。EM277通过RS-485通信接口连接到PROFIBUS-DP网络的其他设备上。（2）AS-i接口模块 AS-i接口模块CP243-2是专门用于现场执行器和传感器接口的模块，并且有集成模拟量处理和传送单元。（3）工业以太网模块 工业以太网根据国际标准IEE802.3定义。S7-200PLC所应用的工业以太网模块主要有CP243-1和CP243-1 IT两种。（4）调制解调器模块调制解调器模块EM241，可连接到模拟电话线，应用Modbus主/从协议实现S7-200PLC主机与远程PC机进行通信，即实现PLC-TO-PC通信。2.3换热站工作原理换热站的工作原理为

51、热源提供的蒸汽在换热器中与循环水相混合，加热循环水并经供水管道输送到用户，再把用过的热水经回水管道通过循环水泵回收到换热器中加热循环使用，利用供、回水温差产生的热量给用户供暖。由于原换热站几乎无任何调节控制设备，完全凭操作人员经验进行手动调节，这样调节存在很强的主观性和不确定性，往往会造成大量的能源浪费。为此，我们对其进行结构改造，增加用以调节控制的设备，使换热站运行调节更科学、更合理，在保证热用户的需求前提下，最大限度的节约能源。改造后结构采用的调节方式是一次侧采用量调节方式，二次侧采用分阶段改变流量的质调节方式，并且采用变频调速技术调节补水泵对系统进行补水定压，本系统的控制部分采用PLC可

52、编程控制器来进行计算及控制各传感元件和执行器，实现对换热站的自动调节。该改造方案主要是结合换热站的实际情况，通过对环境温度、二次供水温度及压力的监测，实现对一次侧的供汽量和二次循环水供水温度、流量的自动调节以适应热用户的实际需求，同时，对二次管网系统进行自动补水定压以维持管网的稳定性。第三章 换热站设计思路和总体方案3.1换热站的控制调节在换热站中，采暖系统与热网的连接可以分为：直接连接方式，间接连接方式。直接连接方式：是指热网的循环水直接进入用户内部的散热器。间接连接方式：是指热网循环水与热用户内部采暖系统循环水相互隔绝，而其间只限于热量交换的连接形式。从运行角度来分析，直接连接系统的水力工

53、况和热力工况受到热网运行工况的影响，故又称为局部系统与热力网的关联式连接。3.2 温度控制回路换热站二次侧供水温度的控制至关重要，是系统实现热用户生活舒适、按需供热的关键，是本系统的温度控制的主要控制目标。要使用户家里温度更加舒适，必须保证换热站供出的温度(热量)合适，这样我们就根据不同情况对换热站的二次出水温度进行控制。本论文的控制方式为:根据室外温度传感器检测到的实际室外温度值，使用下面介绍的关系模型，计算出相应的二次供水温度设定值，根据一次供水温度情况，采用温度智能PID控制器，实时调节控制一次管网的控制阀，以使实际的二次供水温度与其设定值相符。换热站系统对温度的调节控制就是要保证二次侧

54、有一个恒定的与设定供水温度，控制元件是换热器一次侧的电动调节阀，该阀门控制换热器的一次供汽量。讲将预设定温度作为给定值，测量温度值作为反馈值，法门的开度作为输出值，保证二次供水温度的恒定。当换热器的二次供水温度偏离设定值时，控制调节系统就自动调整执行器的动作，即改变电动调节阀的开度，从而改变进入换热器的一次热媒的流量，改变传送到换热器的热能，使二次的供水温度稳定在设定值附近。二次回水温度二次供水温度控制对象换热器一次回水控制阀二次供水温度设定值PLC控制器温度传感器3.3供暖系统的常见定压方式：1）膨胀水箱定压；2）定压罐定压；3）间歇补水定压；集中供热系统的控制是一个多层次的复杂控制系统。集

55、中供热换热站集散控制系统融换热站的自动控制系统、各个换热站与中央调度室之间的通讯系统、中央调度室的监控管理系统于一身。换热站动力配电柜和检测控制系统构成，配电柜完成循环水泵系统和补水系统的控制功能，具有手动和自动运行模式，也有工频和变频运行模式。换热站的运行程序独立存在于其控制系统PLC内，能够脱离上位机监控管理软件而独立运行，运行可以通过中央控制室上位机监控管理系统来观察并实施调整。各个换热站独立工作的同时，利用通讯系统将运行状态数据传给监控管理系统供参考，同时接受监控管理软件进行的运行参数调整。中央控制室管理系统安装在中央调度室的工控机上，通过以太网和下位机的换热站通讯模块相连，完成换热站

56、运行与管理系统数据之间的数据交换，既可以监控各换热站的运行情况，也调整可以换热站的运行状态。3.4循环水流量的调节控制由于供暖系统供暖的热负荷是随着室外温度等因素的变化而不断的变化，当室外温度偏高时，供暖热负荷就应偏低，如果还按着设计热负荷进行供暖就会造成不必要的浪费。针对上面出现不必要浪费的情况，对换热站二次侧采用分阶段改变流量的质调节方式。把室外温度分成二个阶段，当室外温度高于某个设定值时，循环水泵工频运行；当室外温度低于设定值时，循环水泵以0.75工频运行，此时系统的循环水量也就相应的减小。分阶段改变流量的质调节方式的控制原理如图12所示，调节器变频器循环水泵。3.5换热站控制系统的主要

57、功能1. 一次网电动调节阀控制换热站控制系统具有气候补偿和恒温供水功能，即根据气候的变化自动调节供热量。应用可编程控制器（PLC），根据室外温度的变化和当地热负荷曲线，决定二级网侧的供热量，实测供热量和设定值相比较后，进行PID闭环调节，控制器输出信号至电动调节阀，调节电动调节阀的开度，从而改变一级网侧的流量，实现二级网侧供热量调节。2. 二次网循环泵变频控制实现二次网供/回水压力差值PID控制，从而保证最不利点正常供暖。压差设定值可根据经验参数或经验曲线进行设定。3. 补水泵变频控制自动补水是由二次网侧回水管路上的压力变送器检测的压力信号与控制器上回水压力设定值比较后输出一个控制信号，通过PID控