1、第一章 緒論1.1 集中供暖的發展概述集中供暖是在十九世紀末期，伴隨經濟的發展和科學技術的進步，在集中供暖技術的基礎上發展起來的，它利用熱水或蒸汽作為熱媒，由集中的熱源向一個城市或較大區域供應熱能。集中供暖不僅為城市提供穩定、可靠的熱源，改善人民生活，而且與傳統的分散供熱相比，能節約能源和減少污染，具有明顯的經濟效益和社會效益。1.1.1 國外集中供暖發展概況集中供暖方式始于1877年，當時在美國紐約，建立了第一個區域鍋爐房向附近14家用戶供熱。20世紀初期，一些工業發達的國家，開始利用發電廠內汽輪機的排氣，供給生產和生活用熱，其后逐漸成為現代化的熱電廠。在上世紀中，特別是二次世界大戰以后，西

2、方一些發達國家的城鎮集中供暖事業得到迅速發展。原蘇聯和東歐國家的集中供暖事業長期以來是實行以積極發展熱電廠為主的發展政策。原蘇聯集中供暖規模，居世界首位。地處寒冷氣候的北歐國家，如瑞典、丹麥、芬蘭等國家，在第二次世界大戰以后集中供暖事業發展迅速，城市集中供暖普及率都較高。據1982年資料，如瑞典首都斯德哥爾摩市，集中供暖普及率為35%；丹麥集中供暖系統遍及全國城鎮，向全國1/3以上的居民供暖和熱水供應。第二次世界大戰后德國在廢墟中進行重建工作，為發展集中供暖提供了有力的條件。目前除柏林、漢堡、慕尼黑等城市已有規模較大的集中供暖系統外，在魯爾地區和萊茵河下游，還建立了聯結幾個城市的城際供暖系統。

3、在一些工業發達較早的國家中，如美、英、法等國家，早期多以鍋爐房供暖來發展集中供暖事業，鍋爐房供暖占較大比例。不過這些國家已非常重視發展熱電聯產的集中供暖方式。1.1.2 國內集中供暖發展概況我國城市集中供暖真正起步是在50年代開始的，黨的十一屆三中全會以后，特別是國務院1986年下發關于加強城市集中供熱管理工作的報告，對我國的集中供暖事業的發展起到了極大的推動作用。雖然我國這些年來集中供暖事業取得了迅速發展，但是和國外相比，我國目前采暖系統相當落后，具體體現在供暖質量差，即室溫冷熱不均，系統效率低下，不僅多耗成倍能量，而且用戶不能自行調節室溫。在功能上，發達國家通常室內溫度保持22攝氏度，我國

4、僅為16攝氏度，而且我國的供暖質量很差，室溫冷熱不均，系統熱效率低下，大多數地方沒有采取按戶計費，用戶也不能自行設定和調節室溫等等。我國城市集中供暖目前存在的能源浪費主要來源與：建筑的保暖隔熱和氣密性能差；采暖系統相當落后。造成結果是：低效率，我國供暖采暖系統普遍存在低負荷、低效率運行，實際供暖面積平均只有設備能力的40%左右。管網輸送效率低，管道泄漏和偷水現象嚴重；缺乏控制手段：我國供暖系統只有簡單的調節手段，水力水平失調、垂直失調嚴重：沒有恒溫裝置，供熱不足和過度時，沒有有效的調節手段；缺乏計量手段：采暖系統一般不設熱表，沒有計量收費造成用戶不會主動去節能，沒有計量也造成了管理運行人員沒有

5、具體數量上的依據來運行管理。換熱站的發展為改變了之前供熱系統的眾多缺陷。1.2 換熱站的簡介及運行現狀換熱站與鍋爐房是根本不同的。鍋爐房是用燃料把水（或其他介質）加熱到具有一定參數的地方；而換熱站是為了把鍋爐房生產的高溫熱水（高于100C）轉換成能夠直接給用戶供熱的熱水（低于100C）。鍋爐房是生產地，其主要設備有：鍋爐、鼓風機、引風機、循環泵、和各種輔助設備（上煤機，除渣機）等，其中鍋爐是主體。而換熱站是個中轉站，現在換熱站的主要換熱方式有：換熱板、混水等。說白了換熱站就像一個大的過水熱，唯一不同的是它很大.它們都屬于供熱系統的一部分，又各自具有不同的功能。其工藝流程是：鍋爐房（高溫熱水）換

6、熱站（低溫熱水）用戶（低溫熱水）換熱站（低溫熱水）鍋爐房通常換熱站內部設備可分為兩個部分，即采暖系統和民用生活系統，目前我國換熱站大部分沒有民用熱水設施。今后隨著國民經濟的發展，人民生活水平的提高在換熱站內應該普及生活熱水系統，來提高集中供暖的效益。換熱站的主要設備有：離心水泵、汽-水換熱器、熱水儲水箱、過濾器、補水泵調節閥熱媒參數調節和檢測儀表、防止用戶熱水供應裝置生銹和結垢的設備等。換熱站內還安裝有熱量表以及調節供熱量的自動調節裝置。但是目前來說大部分換熱站還不能實現全自動化無人值守，大部分缺乏控制手段，耗能嚴重造成資源的許多不必要的浪費。1.3 課題的來源及意義隨著國民經濟的不斷發展，人

7、們對供暖質量的需求也在逐步提高。在傳統供熱模式下，為滿足供熱需求，換熱站內設備運行參數多為人工調節，隨著室外溫度及熱負荷的不斷改變，不斷的人工調節二次供水溫度以保證用戶室內能夠維持恒定的溫度。在這種情況下，人工手動調節必然存在著較大偏差，只能夠根據經驗達到粗調節，不能夠 居民對室內溫度恒定。為了改變這一情況，多年以來供熱行業一直在探討開發能充分適應熱負荷不斷變化的細調節運行方式，以適應熱負荷變化較大、調節頻率較高對系統平衡能力的需求，滿足熱用戶的合理需求，達到經濟運行目的。目前，由微機監控換熱站從技術上滿足了這種需求，其原理是通過變送器遠程采集系統運行數據，經有線或者無線方式將信號傳遞到控制中

8、心進行中央監控，同時將控制信號以組態模式實時反饋，控制電控執行機構進行系統調節，實現對二次供、回水溫度的合理控制和處理突發事故。無人值守換熱站具有以下特點：運行人員少，人員培訓時間段，界面人格化，且能只管的監控換熱站的運行情況；可以科學的根據天氣情況及負荷變化通過適時反饋自動進行蒸汽流量細調節，降低直接成本；既可以循環監控各換熱站的運行參數，又能抽調某個換熱站的運行狀態，保證了系統監控實時性；可以設定系統臨界參數，系統異常時在控制中心實現報警，在必要時能及時的將控制信號自動反饋到電動執行機構，處理突然事故，保證了系統的安全性。從理論上，通過計算機技術、PLC、傳感器數據通訊技術和測控技術，需做

9、到換熱站在整個運行期間無需人員巡視時可行的，但是相應的硬件設施投入相對過大。因此從企業經濟效益角度出發，應以遠程監控影像安全運行參數為主，輔以人員巡查，達到無人值守的目的。本課題來源于平安小區換熱站的控制與技術，如何隨時了解換熱站的工作情況和有關信息，并根據這些信息和室外溫度對換熱站進行及時調控，使供暖系統始終在一個最佳工況下運行，從而獲得良好的經濟效益和社會效益，這就是本課題的研究目的所在。第二章 換熱站控制方案2.1換熱站的簡介 換熱站和熱水管網是連接熱源和熱用戶的重要環節，在整個供暖系統中具有舉足輕重的作用。換熱站是指連接于一次網與二次網并裝有與用戶連接的相關設備，儀表和控制設備的機房。

10、它用于調整和保持熱媒參數（壓力，溫度和流量），是供熱，用熱達到安全經濟運行，是熱量交換，熱量分配一集系統監控，調節的樞紐。換熱站一般由汽水換熱器組成的換熱系統，循環水泵組成的循環系統，補水泵組成的補水系統來構成。在控制過程中，需要采集大量的物理量，如壓力，溫度，流量等模擬量參數。需要通過PLC對這些參數進行實時采集和處理。換熱站的自動控制，即實現整個進氣和供水過程的全自動控制。2.2換熱站的構成換熱站控制系統由以下3部分組成： 1）測量儀表及變送器。用于對換熱站的運行參數及室內外溫度進行測量，主要包括一二次供水溫度、室內外溫度、二次側供水流量、一二次壓力等測量傳感器。 2）執行機構。對于換熱站

11、運行的個調節機構進行電動調節，主要由變頻器和泵電機組成。 3）PLC和工控機。用對于換熱站運行的自動控制和運行參數進行監測控制、記錄、統計、報警、報表打印等。 換熱站控制系統主要對二次側供水溫度進行自動控制，最終使室溫達到要求。系統由PLC作為底層的 DDC控制器，先進的工業控制機作為上位機，并配備彩色顯示器、打印機、網絡通信卡等高品質的硬件設備，具有系統控制算法、組態等先進供暖的軟件，可使系統實時地顯示換熱站運行情況，實時地反映出按需供熱，以適應供暖符合的變化，同時使換熱站運行達到最佳工況，并可在惡劣環境下長期、穩定、可靠的運行。通常換熱站內部設備可分為兩大部分，即采暖系統和民用生活熱水系統

12、，目前我國換熱站大部分沒有民用熱水設施。今后隨著人民生活水平的提高在換熱站內應增加生活熱水系統來提高集中供暖的效益。換熱站的主要設備有：水水（汽水）換熱器，過濾器，補水箱，補水泵，循環水泵，調節閥，熱媒參數調節和檢測儀表，防止用戶熱水供應裝置生銹和結垢的設備等。換熱站內還安裝有熱量表及調節供熱量的自動調節裝置。2.3系統總體方案設計思路集中供熱系統的控制是一個多層次的復雜控制系統。由換熱站控制柜和檢測控制系統構成，控制柜完成循環水泵系統和補水系統的控制功能，具有手動和自動運行模式，也有工頻和變頻運行模式。PLC可以根據室外溫度傳感器測量的室外溫度對一次供汽量進行控制，以達到對二次供水溫度進行控

13、制，以達到節省能源，提高供熱質量的目的。PLC通過壓力傳感器和變頻器來實現對二次供水壓力的控制，當一臺補水泵無法通過變頻補水達到所要求的壓力時，控制器可使另一臺備用泵以工頻的方式進行補水。最終實現更加智能化得恒定補水控制。 換熱站的運行程序獨立存在于其控制系統PLC內，能夠脫離上位機監控管理軟件而獨立運行，其運行可以通過中央控制室上位機監控管理系統來觀察并實施調整。各個換熱站獨立工作的同時，利用通訊系統將運行狀態數據傳給監控管理系統供參考，同時接受監控管理軟件進行的運行參數調整。2.4 該方案要實現的控制功能本方案包括以下基本控制功能：1.運行參數檢測功能：該熱交換站主要監測內容有一次熱媒側供

14、回水溫度、二次熱水流量、二次供回水溫度、供回水壓差、室內外溫度、供熱水泵工作、故障及手動/自動轉換狀態等。并進行信號處理后在彩色顯示器上顯示，同時還顯示運行模擬圖、主要工藝參數的變化曲線等畫面。換熱站監控系統主要檢測內容又一次熱媒側供回水溫度、二次熱水流量、二次供回水溫度、供回水壓差、室內外溫度、供熱水泵工作、故障及手動、自動轉換狀態等。 1、系統可以自動進行故障診斷，并在監控畫面上顯示各工況參數并控制設備運行狀態。 2、根據本地的氣候條件以及供熱對象的特性，給出一條室外溫度與二次供水溫度之間的對應曲線。控制器可以通過這條曲線根據室外溫度傳感器測量的室外溫度對一次供汽量進行控制，以達到對二次供

15、水溫度進行控制，以達到節省能源，提高供熱質量的目的。3、在系統中增加晚間節能的設置，根據需要設置晚間供熱溫度。自控系統通過加入時間日程表的控制，實現一天當中不同時刻對應不同的溫度。4、PLC通過壓力傳感器和變頻器來實現對二次供水壓力的控制，當一臺補水泵無法通過變頻補水達到所要求的壓力時，控制器可使另一臺備用泵以工頻的方式進行補水。最終實現更加智能化得恒定補水控制。 5、當前可編程控制器是專業為工業環境下應用而設計的工業控制計算機，已成為電氣控制系統中應用最為廣泛的核心位置，他不僅能實現法杖的邏輯控制，還能完成各種順序或定時的閉環控制功能，并且抗干擾能力強、可靠性高穩定性好、體積小，能在惡劣環境

16、下長時間不間斷運行。6、在換熱站的控制系統中還附加了安防系統的功能，在監測環境溫度濕度的同時，還可檢測門窗、電源、電壓、電流、地面水分、設備溫度等安防信息，出現意外時，系統自動遠程報警，達到無人值守基站的防護標準。 7)換熱站控制系統的調節系統采用PID調節控制，確保了進氣和供水溫度、壓力準確穩定，使換熱站溫度達到用戶的要求，并對其故障實現實時報警和連鎖啟停切換控制。2.控制功能（1）供水溫度的自動控制：根據裝設在熱水出水管處的溫度傳感器檢測的溫度值與設定值的偏差，自動調節二次側供熱水泵的頻率，實現水泵的變頻調節。實際使用中當高溫水側流量變化時，出口溫度就降低，用一般反饋由于存在較大的慣性滯后

17、可能使供水溫度產生較大的動態偏差，為此在系統中應加入流量前饋補償信號。（2）供回水壓差控制：測量供回水壓差控制其旁通閥的開度，以維持壓差設定值；（3）當供熱泵停止運行時，一次熱媒電動調節閥自動關閉；（4）根據裝設在熱水出水管處得溫度傳感器檢測的溫度值與設定值的偏差，自動調節二次側供熱水泵的頻率，實現水泵的變頻調節。實際使用中當溫度水側流量減小時，出口溫度就降低，采用一般反饋由于存在較大的慣性滯后，可能使供水溫度產生較大的動態偏差，因此在系統中應加入流量前饋補償信號。另外由于供水溫度的設定值主要由室內溫度來確定，因此還需要對室內溫度進行控制。找一個標準房間作為被調對象進行室內溫度的調節，其設定溫

18、度約為18度，從而通過測定滿足室內溫度的換熱站出水溫度和回水溫度及流量，并通過計算獲得較為準確的跟蹤實際情況的熱負荷，達到按需供熱的目的。3. 報警功能：系統將對運行參數越限、運行故障和設備故障報警并發出相應的報警信號。4豐富的實時管理功能：操作人員可方便地在線修改各受控輸出的設定值、越限報警值和故障報警值。維修人員可方便地調整內部參數，使之適應系統的大幅度調整，如更換儀表、執行機構等。第三章 換熱站組成及工作原理3.1 換熱站組成換熱站由換熱器、循環泵、補水泵、變頻器、流量計、水泵、進氣閥、減壓閥、自動排氣閥、止回閥、溫度表、壓力表等組成，下面就來逐一介紹它們在換熱站中所起的作用。3.1.1

19、換熱器換熱器是換熱站結構中一個最為重要的部分，它是連接一次管網和二次管網的中間環節，它的主要功能是將一次管網的蒸汽和循環水混合，加熱循環水送至用戶。 換熱站種類很多，換熱器按照傳遞原理可以分為一下幾種形式： 1）直接接觸式換熱器：利用冷熱流體直接接觸，彼此混合進行換熱的換熱器。這類換熱器具有傳熱效率高、單位體積的傳熱面積大、設備結構簡單、價格便宜等優點，缺點是僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合。2）蓄熱式換熱器：借助于由固體構成的蓄熱體與熱流體和冷流體交換接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。這類換熱器具有結構緊湊價格便宜、單位體積面積大的優點。適合于汽汽熱交換的場所。3）間壁式換熱器：

20、利用間壁將進行熱交換的冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。間壁式換熱器是工業生產中應用最為廣泛的換熱器。4）中間載熱體式換熱器：把兩個間壁式換熱器由在其中循環的載熱體連接起來的換熱器。工業中，最為常見的是管殼式換熱器、板式換熱器以及其他的各種緊湊高效的新型換熱器。該結構采用的調節方式是一次側采用量調節方式，二次側采用分階段改變流量的質調節方式，并且采用變頻調速技術調節補水泵對系統進行補水定壓，本系統的控制部分采用PLC可編程控制器進行計算及控制各傳感元件和執行器，實現對換熱站的自動調節。該改造方案主要是結合換熱站的實際情況，通過對環境溫度，二次供水溫度及壓力的

21、監測，實現對一次側的供汽量和二次循環水供水溫度，流量的自動調節以適應熱用戶的實際需求，同時對二次管網系統進行自動補水定壓以維持其的穩定性。3.1.2循環水泵換熱站的水利循環以及補水定壓都需要水泵，水泵的種類很多，按工作原理分為：1）葉片式水泵：它對流體的壓送是靠裝有葉片的葉輪的高速旋轉完成的。包括離心泵、軸流泵、混流泵的等。2）容積式水泵：它對液體的壓送是靠泵體工作室的容積的改變完成的。如活塞式往復泵、轉子泵等。3）其他類型：上述的兩種泵。如螺旋泵、射流泵、水錘泵、水輪泵以及氣升泵等。他們都是利用高速液流的動能來輸送液體的。 變頻調速原理：通過流體力學的基本定律可知：循環泵屬平方轉矩負載，其n

22、(轉速)、Q(流量)、H(壓力)以及P(軸功率)具有如下關系：Qn ，Hn2，Pn3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。可以看出改變電機轉速可以調節循環泵的流量的方法，要比采用閥門調節更為節能經濟，設備運行工況也將得到明顯改善。電機的轉速與工作電源輸入頻率成正比，即： n =60 f（1-s）p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）,由于s、p對某一電機是固定值，因此通過改變電動機工作電源頻率能達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術，集電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。對循

23、環水系統進行變頻的改造正是基于以上原理。改造后的系統，將室外溫度、系統供回水壓差及回水溫度作為輸入參數，加上PLC控制器處理下達變頻調速指令，通過變頻器適時適量地控制循環泵電機的轉速來調節循環泵的輸出流量，滿足供暖負荷要求。這就使電機在整個負荷和變化過程當中的能量消耗降到最小程度。再有，應用變頻器還能提高系統的功率因數，減少電機的無功損耗，并提高供電效率和供電質量。綜上所述，不難看出，對供暖換熱系統進行變頻節能控制能夠帶來巨大的節能效果。對系統進行變頻控制時，為確保安全可靠性，保證系統可以方便地在工頻和變頻兩種運行狀態下進行切換。3.1.3閥門換熱站中用到進氣閥、減壓閥、自動排氣閥、止回閥等。

24、自動排氣閥是用來排出管道中蒸汽冷凝水，進氣閥用來調節蒸汽量，減壓閥是用來調節減少蒸汽的壓力，止回閥是為了防止系統中的水倒流。3.1.4溫度計、壓力表換熱站中采用溫度計、壓力計來測量進氣、出氣、供水、出水溫度和壓力，給其運行調節提供依據。3.2 換熱站工作原理換熱站的工作原理為熱源提供的蒸汽在換熱器中與循環水相混合，加熱循環水并經供水管道輸送到用戶，再把用過的熱水經回水管道通過循環水泵回收到換熱器中加熱循環使用，利用供，回水溫差產生的熱量給用戶供暖。該結構采用的調節方式是一次側采用量調節方式，二次側采用分階段改變流量的質調節方式，并且采用變頻調速技術調節補水泵對系統進行補水定壓，本系統的控制部分

25、采用PLC可編程控制器進行計算及控制各傳感元件和執行器，實現對換熱站的自動調節。以熱水和蒸汽為載能體，通過管網為一個區域的所有熱用戶供熱。通常是由一個和多個供熱設備集中供熱，例如供熱鍋爐、熱電聯產裝置、溫泉地熱、低溫供熱核反應堆的熱源及工業余熱等。集中供熱系統是由熱源、熱用戶和熱網三部分組成。熱源負責制備熱媒，熱力網負責熱媒的輸送，熱用戶是指用熱場所。集中供熱系統的熱用戶有供暖、通風、熱水供應、空氣調節及生產工藝等用熱系統。由于供熱系統中熱用戶的熱負荷并不是恒定的，如供暖通風熱負荷隨室外氣象條件變化，熱水供應和生產工藝用熱隨使用條件等因素變化。要保證供熱質量，滿足各熱用戶要求，并使熱能的制備和

26、輸送合理，就要對供熱系統進行運行調節一一也就是供熱調節。在城市集中熱水供熱系統中，供暖熱負荷是系統最主要的熱負荷，甚至是唯一的熱負荷。因此，在供熱系統中，通常按照供暖熱負荷隨室外溫度的變化規律，作為供熱調節的依據。供熱調節的目的，在于使供暖用戶的散熱設備的放熱量與用戶熱負荷的變化規律相適應，以防止供暖熱用戶出現溫度過高或過低。換熱站是供熱網路與熱用戶的連接場所，在其內安裝有與用戶連接的有關設備、管道、閥門、儀表和控制裝置。它的作用是根據熱網工況和不同的條件，采用不同的連接方式，將熱網輸送的熱媒加以調節、轉換，向熱用戶系統分配熱量以滿足用戶的需求;同時還應根據需要，進行集中計量、檢測供熱熱媒的參

27、數和數量。根據規模和設置地點不同，換熱站又可分為首站、區域換熱站、集中換熱站和用戶換熱站。熱力輸配網絡控制的重點是換熱站的控制。換熱站主要完成從供熱一次網到二次網的熱量交換，置換出的二次網的熱水溫度一般在4065之間。換熱站監控系統可對熱網的溫度、壓力、流量、開關量等進行信號采集測量、控制、遠傳，實時監控一次網、二次網溫度、壓力、流量，循環泵、補水泵運行狀態，及水箱液位等各個參數信息，進而對供熱過程進行有效的監測和控制。在供熱期間可按室外溫度調節二次網供回水溫度（可手動、自動切換），達到按需供熱，實現氣候補償節能控制；也可以進行分時分區節能控制，實現供熱全網熱量平衡及節約能源。該方案主要是結合

28、換熱站的實際情況，通過對環境溫度，二次供水溫度及壓力的監測，實現對一次側的供汽量和二次循環水供水溫度，流量的自動調節以適應熱用戶的實際需求，同時對二次管網系統進行自動補水定壓以維持其的穩定性。第四章 PLC S7-200的介紹4.1 PLC S7-200的硬件介紹S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一種小型PLC。它具有緊湊的結構，良好的擴展性能，豐富的指令功能，低廉的價格，極高的可靠性，強大的通信能力等，已成為現代工業各種小型控制工程的理想控制器。適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。S7-200的STEP7Micro/WIM32編程軟件可以方便地在Windows

29、環境下對PLC編程、調試、監視和控制，使得PLC的編程更加方便、快捷。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。4.2 S7-200PLC系統硬件組成工業軟件CPU主機人機接口I/O模塊通信模塊功能模塊S7-200系列PLC包含了一個單獨的CPU主機和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同模塊的控制器。也可以方便地組成PLC-PLC網絡和PLC-微機網絡，完成規模更大的工程。S7-200 PLC系統硬件組成如圖4-1所示。 圖4-1 PLC系統組成4.2.1 CPU主機CPU主機又稱作CPU模塊，也稱為本

30、機。CPU主機本身就是一個完整的控制系統，可以單獨完成一定的控制任務。該模塊的主要功能是：采集的輸入信號通過中央處理器運算后，將生成結果傳給輸出裝置，然后輸出點輸出控制信號，驅動外部負載做出處理。S7-200 PLC主機型號有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM等。CPU224XP為CPU224的改進型，CPU226XM為CPU226的增強型，功能有所加強。其中CPU224集成了14點輸入/10點輸出，共有24點數字量I/O。2個模擬量電位器，最大可擴展35AI/AO點；1個RS-485通信/編程口，2路獨立的(20kHz)高速脈沖輸出，具

31、有PID控制器，6路高速計數器(30 kHz)。它具有強大的模擬量處理能力，因此是S7-200系列產品中使用最多的。CPU226集成了24點輸入/16點輸出，共有40點數字量I/O。2個模擬量電位器，最多可擴展35AI/AO點；2路獨立的(20kHz)高速脈沖輸出，具有PID控制器，6路高速計數器(30 kHz)，與CPU224相比，增加了通信口數量，2個RS-485通信/編程口。它主要用于點數較多，要求較高的小型或中性控制系統。4.2.2 I/O模塊I/O模塊內部沒有電源模塊，不可獨立工作，主要是為CPU主機服務。當CPU主機I/O點數量不能滿足控制系統的要求時，用戶就可以根據需要擴展各種I

32、/O模塊，I/O模塊包括輸入模塊EM221、輸出模塊EM222和輸入/輸出模塊EM223等。4.2.3 功能模塊當需要完成某種特殊功能的控制任務時，需要擴展功能模塊。包括模擬量輸入模塊EM231、模擬量輸出模塊EM232、模擬量輸入/輸出模塊EM235、熱電偶溫度測量模塊EM231TC、熱電阻溫度測量模塊EM231RTD等。其中EM231模擬量輸入點數為4；EM231TC模擬量輸入點數為4；EM231RTD模擬量輸入點數為2。4.2.4 通信模塊為組成各種層次的網絡而擴展的專門應用于通信的模塊為通信模塊。4.2.5 人機接口人機接口是近些年PLC發展進步的重要標志之一，可以充分和方便地利用系統

33、的硬件和軟件資源，通過友好的界面輕松完成各種監視、調整和控制任務。人機操作接口有文本顯示器TD200和TD400，觸摸屏TP170和TP270等。4.2.6 工業軟件工業軟件是為了更好地管理和使用上述設備而開發的與之相配套的程序。4.3 S7-200PLC擴展模塊1.開關量I/0擴展模塊S7-200系列CPU主機提供一定數量的數字量I/O點，但在主機I/O點數不夠的情況下，就必須使用擴展模塊來增加I/O點。開關量I/O擴展模塊一般也叫數字量擴展模塊。開關量輸入模塊是用來接收現場輸入設備的開關信號，將信號轉換成PLC內不接受的低電壓信號，并實現PLC內、外信號的電氣隔離。分組式的開關量輸入模塊是

34、將輸入點分成若干組，每一組有一個公共端，各組之間是分隔的。開關量輸出模塊是將PLC內部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現PLC內外信號的電氣隔離。典型的開關量輸入模塊和輸出模塊種類：（1）輸入擴展模塊EM221有2種：8點DC輸入和8點AC輸出。（2）輸出擴展模塊EM222有3種：8點DC晶體管輸出、8點AC輸出和8點繼電器輸出。（3）輸入/輸出混合擴展模塊EM223有6種：分別是4點（8點、16點）DC輸入/4點（8點、16點）輸出和4點（8點、16點）DC輸入/4點（8點、16點）繼電器輸出。對于開關量輸入模塊，在選擇時沒有特殊要求，輸入端電源也可用PLC自帶的傳感器電源。

35、S7-200PLC的開關量輸出模塊主要有繼電器輸出和晶體管輸出兩種方式。2.模擬量擴展模塊在工業控制中，壓力、溫度、流量和轉速等輸入量是模擬量，變頻器、電動調節閥和晶閘管調速裝置等設備要求輸出模擬量信號進行控制。CPU主機一般只有數字量I/O接口，或者是僅具有少量的模擬量接口，所以就要進行模擬量輸入和輸出模塊的擴展才能滿足控制要求。模擬量擴展模塊的主要功能是數據轉換，并與PLC內部總線相連，也有電氣隔離功能。模擬量輸入（A/D）模塊是將現場由傳感器檢測產生的連續的模擬量信號轉換成PLC內部可接受的數字量；模擬量輸出（D/A）模塊是將PLC內部的數字量轉換為模擬量信號輸出。模擬量擴展模塊類型如下

36、：（1）模擬量輸入擴展（2）模擬量輸出擴展模塊EM232（3）模擬量輸入/輸出混合模塊EM235EM232的模擬量輸出點數為2，信號輸出范圍：-10V到+10V，電流0到20MA。EM231模擬量輸入點數為4，輸出阻抗大于等于10M，最大輸入電壓30V DC，最大輸入電流32MA。模擬量擴展模塊的主要技術參數參見附錄表A-4，A-5，A-6。典型模擬量擴展模塊的量程為-10V到+10V，-5到+5V和4到20MA等，可根據實際需要選用不同等級，同時還應考慮其分辨率和轉換精度等因素。特模擬量輸入模塊可用來直接接收傳感器信號。3.溫度測量模塊溫度測量模塊專門為檢測溫度而設計。溫度測量模塊有熱電偶溫

37、度測量模塊EN231 TC和熱電阻溫度測量模塊EM231RTD。4.為控制模塊EM235位控模塊是S7-200的特殊功能模塊，它能夠產生脈沖串用于步進電機或伺服電動機的速度和位置開環控制。它與S7-200通過擴展的I/O總線通信，它帶有8個數字輸出。5.通信模塊（1）PROFIBUS-DP現場總線通信模塊 EM277是PROFIBUS-DP的現場總線通信模塊，用來將CPU224連接到PROFIBUS-DP現場總線網絡。EM277通過RS-485通信接口連接到PROFIBUS-DP網絡的其他設備上。（2）AS-i接口模塊 AS-i接口模塊CP243-2是專門用于現場執行器和傳感器接口的模塊，并且

38、有集成模擬量處理和傳送單元。（3）工業以太網模塊 工業以太網根據國際標準IEE802.3定義。S7-200PLC所應用的工業以太網模塊主要有CP243-1和CP243-1 IT兩種。（4）調制解調器模塊調制解調器模塊EM241，可連接到模擬電話線，應用Modbus主/從協議實現S7-200PLC主機與遠程PC機進行通信，即實現PLC-TO-PC通信。第五章 控制系統總體方案設計5.1 換熱站的控制調節換熱站與熱用戶的連接方式為間接連接方式間接連接方式是指熱網循環水與熱用戶內部采暖系統循環水相互隔絕，而其間只限于熱量交換的連接形式。從運行角度來分析，直接連接系統的水力工況和熱力工況受到熱網運行工

39、況的影響，故又稱為局部系統與熱力網的關聯式連接。即一次供水和二次供水分開，如圖所示:換熱站系統對溫度的調節控制就是要保證二次側有一個恒定的與設定供水溫度，控制元件是換熱器一次側的電動調節閥，該閥門控制換熱器的一次供汽量。將預設定溫度作為給定值，測量溫度值作為反饋值，法門的開度作為輸出值，保證二次供水溫度的恒定。當換熱器的二次供水溫度偏離設定值時，控制調節系統就自動調整執行器的動作，即改變電動調節閥的開度，從而改變進入換熱器的一次熱媒的流量，改變傳送到換熱器的熱能，使二次的供水溫度穩定在設定值附近。為了保質供熱質量，采用了如圖所示二次供水溫度自控系統對工況進行分段質調節。主要功能是通過對二次供水

40、系統的溫度檢測、分析，結合外界干擾因素，算出最佳供水溫度，通過調節一次管網流量，使二次供水溫度接近設定值。控制元件是換熱器一次水出口的控制閥，該閥門控制換熱器的一次供水流量。將預設定溫度作為給定值，測量溫度值作為么饋值，閥門開度作為輸出值，采用PID算法，保證二次供水溫度的恒定。如下圖所示：根據傳感器檢測到的實際溫度值，使用下面介紹的關系模型，計算出相應的二次供水溫度設定值，根據一次供水溫度情況，采用溫度智能PID控制器，實時調節控制一次管網的控制閥，以使實際的二次供水溫度與其設定值相符。控制原理如圖：二次回水溫度PLC控制器二次供水溫度控制對象換熱器一次回水控制閥二次供水溫度設定值溫度傳感器

41、5.3 循環水流量的調節控制由于供暖系統供暖的熱負荷是隨著室外溫度等因素的變化而不斷的變化，當室外溫度偏高時，供暖熱負荷就應偏低，如果還按著設計熱負荷進行供暖就會造成不必要的浪費。針對上面出現不必要浪費的情況，對換熱站二次側采用分階段改變流量的質調節方式。把室外溫度分成二個階段，當室外溫度高于某個設定值時，循環水泵工頻運行；當室外溫度低于設定值時，循環水泵以0.75工頻運行，此時系統的循環水量也就相應的減小。分階段改變流量的質調節方式的控制原理如圖12所示，調節器變頻器循環水泵。管網壓力水泵變頻器調節器PLC壓力傳感器5.4 壓力的調節控制壓力傳感器將用戶管網水壓信號變成電信號(4一20mA)，送給變頻器內部PID控制器，PID控制器根據壓力設定值與實際檢測值進行