基于PLC智能控制实现空调市政热源节能系统的设计与应用_开题报告

1.1国内外研究现状

传统供热换热站的一次网系统主要由电动调节阀、压力传感器、电动执行器、流量传感器和相关温控器组成。在其运行过程中，需要根据实际的使用需求，对供热温度进行调节，一般采用人工控制方法，将实际供水温度需求与设定供水水温进行比较，温控器采用PID方式单点温度控制调节阀门，如果不满足供水温度要求，则调整电动调节阀门，从而改变换热器的一次侧水流量，达到对水温进行调节的目的[5]市政热源节能方面的应用是 PLC 控制技术的一个重点应用方向，但目前供热系统的整体自动化控制水平还较低，有必要加快相关研究，促进研究成果向实际应用成果的转换。

1.2进展情况

虽然于丹等人设计了“气候补偿器”来根据室外温度调节板换阀开度，从而避免了传统换热站盲目供热的问题，但该补偿器并未考虑实际用热情况的复杂性。[6]由于建筑热容等问题，供热常常具有较大的滞后性，单纯根据温差调节板换阀开度，控制精度不高，而且容易产生振荡。且该补偿器对系统整体的稳定性和安全性考虑不足，没有应对系统故障的解决方案，而且供热管网中的流量问题没有解决。

针对用户负荷变化时，环路阻力变化的情况，李瀛等人设计了分布式变频控制系统。该系统通过在用户侧设置小流量高扬程变频水泵，解决了供热管网中压力波动大，供热不平衡的问题[1]。然而，该系统需要额外增加水泵，在实际使用中需要不小的改造工程，显然不利于现有系统改造。另外，该系统的控制依据是根据室外气象参数(温度、湿度、风速、太阳辐射等)，城市热网供、回水温度，用户热网供、回水压力，城市热网流量，用户热网供、回水温度，用户热网供、回水压力，分布式水泵运行反馈等等诸多因素通过神经网络分析运算得到的。这些因素数量过多，通过神经网络计算分析这些因素，需要十分巨大的数据支持[7]。即使得到恰当的神经网络模型，同一模型也不能简单迁移至其他项目，不利于技术的推广。因此，本控制系统没有使用神经网络控制。

1.3传统市政热源控制系统的缺点分析

传统换热站在板式换热器一次进水侧装有手动或电动调节阀，简称为板换阀，用来调节板式换热器一次侧热水流量，从而控制二次侧的水温。传统控制方案中，操作人员或自控系统根据用户情况，为控制一定的供水温度，进行调整板换阀开度。人工判断调节手动阀，人的主观因素起决定性作用，是系统稳定性和可靠性的不利因素。传统自控系统控制时，仅依靠PID控制，能维持供水温度一定值，但人为设定的温度一般很少改动，造成日不同的负荷工况下，末端负荷需求易冷易热。也易产生滞后性，造成能量浪费。因此，对板换阀的控制，必须采用新的控制方案。

传统换热站的热水泵以工频水泵为主，为了保证在最大供热负荷下，仍能满足最不利环路的用热需求，水泵的流量和扬程普遍较大。但在一般负荷下，则容易造成能量浪费。尤其是在较小负荷的情况下，为了保证管道压力不超过设计上限，常常需要打开旁通管道以平衡压力，这样的运行方式会造成严重的能量浪费[10]。部分热水泵采用变频控制，具有较好的经济性，但变频水泵的频率控制必须与压力传感器联动，才能保证用户负荷增大时，及时调整水泵频率，从而保证系统流量。

1.4传统PLC控制系统的优缺点分析

传统使用PLC控制采暖站的系统运行，主要包括以下几种情况：

1、PLC只控制系统的启停。对水泵等设备不进行变频控制，只控制启停；不调节阀门开度，只调节开关；系统不测量供回水温度，而依靠温控开关来确定系统负荷需求。显然，依靠温控开关控制启停不能真实反映系统的运行状态， PLC控制系统也不能自行判断供暖是否正常，可靠性较差。而仅水泵和阀门的开关，无疑造成了巨大的能量浪费，而且频繁启动水泵还会缩短设备寿命。因此，这种控制方式急需改进。

2、PLC控制器不仅控制系统的启停，还通过测量供水温度，控制水泵频率和阀门开度。这种控制方式在能效和可靠性上都得到了明显提升。然而，这种控制策略常常需要人工辅助，因为供暖系统特有的滞后性，会导致控制系统反应迟缓，用户集中用热时，系统供热不足，高峰期过后，系统又供热过量。这种控制方式仍需改进。

另外，传统PLC控制器并不十分适合暖通系统。因为一般的PLC其IO点位中数字量占绝对主流，而且一般具有高速计数器等功能。一般来说，这些功能十分适合工厂流水线等生产场景，其特点是控制目标明确，工作速度有要求。但是，暖通系统本身具有特有的滞后性，使得PLC控制系统的运行速度无关紧要，目前的PLC运行速度远远超出采暖站的需求。暖通系统的另一个特点是模拟量远比一般生产场景为多，尤其是需要精确控制温度的情况。在这样的条件下，一般的PLC本身不能满足IO点位的需求，必须加装额外的模拟量IO点位。这使得PLC控制系统更为复杂，而且成本较高。因此，供暖站有必要在节能系统中选择特殊的PLC型号。

1.5PLC智能控制系统的设计要点

根据对传统市政热源换热站的缺点的分析，而设计基于PLC智能控制实现的空调市政热源节能控制系统重点在于板换阀的控制和热水泵流量的控制。板换阀除应采用PID控制外，还应有其他控制方法补充。尽管利用大数据（大数据来源：建立不同月段的数据报表:日消耗时段的冷热量、室外温湿度、末端负荷供回水温度、压力）技术对系统冷热量负荷进行预测仍具有难度，但供暖系统的负荷确实具有一定的规律性特征，结合室外温湿度，通过分析系统周期性的运行规律，可以弥补系统负荷变化时，PID调节板换阀开度控制出水温度的滞后性，提高系统整体稳定性，减少系统波动产生的能耗浪费。对系统热水泵是供暖系统中主要的动力设备，除应采用PID控制压力外，还要有完善的负荷保护限制和报警系统，这样才能最大程度的实现节能控制。

2^范文提纲

绪论

引言

PLC智能控制器的发展历史

市政热源供暖站节能情况现状

PLC智能控制器应用情况现状

本文研究的主要问题

节能控制系统的逻辑实现

需要控制的变量

控制方案研究

节能控制系统所需参数

节能控制系统的逻辑流程

保护和报警功能

PLC智能控制器的程序设计

硬件输入输出点位的确定

节能控制系统功能的程序编写

保护和报警功能的程序编写

上位机程序设计

上位机程序的选择

与PLC控制器的连接

上位机的程序与画面研制

验证系统功能与可靠性

总结

3参考文献.

[1]李瀛. 《基于精细化控制的供热系统节能分析》. 《城市建设理论研究(电子版)》. 2019年04期.

[2]刘复生. 《基于PLC的锅炉供热监控系统的研制》. 哈尔滨工业大学. 2012年6月.

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[5]张侃. 《PLC控制在供热系统中的节能应用探讨》. 《中国设备工程》. 2019年03期.

[6]于丹,郑丽丽,齐世清. 《基于PLC的气候补偿器设计》. 《仪器仪表学报》. 2008年4月第29卷第4期增刊.

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