基于台达自动化技术的建筑供热系统

摘 要：本文在讨论PLC技术的建筑恒压供水系统设计的过程中，论述了变频恒压供水系统设计原理，较详细地分析一拖多变频供水工程实际问题，给出了基于台达PLC的恒压供水主控电气设计。

1 引言
系统用于酒店，小区高层供采暖/生活热水。系统采用循环控制自动调节，保证恒定温
度和压力。系统根据室外温度和设定的供水温度循环控制供热流量，根据管道回水压力波动，控制供水泵组中单台电机的转速或多台电机的投入及退出，使管网主干出口端压力始终保持恒定．以满足用户对高性能、高质量供水的要求，并使整个系统始终保持在高效节能的最佳运行状态。

2 基于PLC技术的恒压供水系统设计
1.1供热机组自动控制技术要求
（1）供热机组自动显示功能：一次供水流量，压力和温度；一次回水压力和温度；二次供水压力和温度；二次回水压力和温度；水箱水位；循环泵，补水泵故障警报；二次供水压力和温度过高和过低报警；二次回水压力和温度过高和过低报警；水箱水位过高和过低报警。

（2）供热机组自动控制功能。根据二次供水温度和室外补偿温度调节，一次供水流量达到二次供水温度恒定；停电自动关闭一次供水；二次回水恒压运行；自动上水；系统设备发生过压，过温，欠压，过流。超载，过热，短路等故障可远程报警。

1.2生活热水机组自动控制
（1）运行功能。自动变频：用于水泵正常供水的工作状态；手动变频：用于系统调试，手动控制变频；手动工频：自动控制失灵。切换到手动，工频控制水泵；故障报警：系统设备发生过压，过温，欠压，过流。超载，过热，短路等故障可报警；显示：数码显示器可显示频率，压力，电流，电压等数字信号。变频运行定时切换：当一台水泵连续运行达到一定时间，自动变频启动另一台水泵，前一台水泵自动停机，保障每台水泵的磨损系数。如果系统主泵数大于2台，则此过程依次轮换。切换泵时候需要一定的延时，保证电气安全，防止电流冲击。

（2）恒压供水控制。循环方式控制水泵恒压运行；变频，工频自动转换：系统用水量
超过水泵的额定供水量时，水泵自动转为工频运行，同时自动变频启动另一台水泵运行，共同向系统供水。若用水量又趋于下降到单台水泵的额定供水量时，原工频运行的水泵停止工作，变频工作的水泵在新的频率下单独向系统供水。如果系统主泵数小于2台，则此过程依次轮换。当变频器控制的电机满足不了设定流量要求，此时变频器输出频率逐渐上升，直到工作在设定的上限频率，如压力仍达不到设定值，由可编程控制器，通过PID运算得到输出量给发出速度控制指令。如系统用水量超过水泵的额定供水量时，水泵自动转为工频运行，同时自动变频启动另一台水泵运行，共同向系统供水。若用水量又趋于下降到单台水泵的额定供水量时，原工频运行的水泵停止工作，变频工作的水泵在新的频率下单独向系统供水。如果系统主泵数小于2台，则此过程依次轮换。
供水系统结构参见图1。二次供水温度PID控制比例阀的开口（热水流量阀）回馈二次温度。二次回水压力，控制回水压力（变频器）回馈回水压力。


（3）系统特点。自动化控制避免用水高峰压力不足，用水量少时恒压防止管网压力
过高爆管，实现无人看守；可以利用变频技术显着节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大；安全卫生。系统实行循环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。

2 系统电气设计
主控制器选用PLC,自动化程度高,简化了线路。开关量(包括启动停止按纽,限位,故障,频率检测等)输入24点;输出10点；模拟量检测11路(压力.温度,水位)；模拟量输出2路.分别控制变频器和比例阀,控制系统压力和流量。主控制电路如图2所示。

2.1 PLC控制电路设计
（1）配置设计。根据系统控制需求分析, 电气系统配置如图3所示。
（2）CPU单元设计。PLC选取台达CPU单元DVP48EH：24 IN/24 OUT，CPU单元控制电路如图4所示。
（3）扩展单元设计。1个4通道AD输入2通道AO输出模拟量扩展单元06XA-H，2个4通道AD模拟量扩展单元04AD-H ，模拟量控制电路如图5所示。


图2主控制电路




图4 CPU单元控制电路




图5模拟量控制电路
2.2 人机界面设计
人机界面选取台达7.5”彩色触摸屏。人机界面（HMI）可显示工艺流程、工艺参数和设备状态，HMI图形接口友好，只需直接对图示进行手动点触操作，因此操作简便灵活。
具体画面规划如下:
（1）开机画面说明：系统上电后，在人机界面上显示如图6所示画面，按画面提示进入各个子画面界面。


图6 开机画面
（2）参数设定画面说明。可以设定二次供水温度，3位加一位小数；二次供水压力，1位加2位小数，单位MPA；同时可以设置温度和压力的高限和低限。
（3）控制画面说明。1#循环泵启动和停止，2#循环泵启动和停止；手动变频可以直接设速度，同时也可以用增加按钮和减小按钮来手动调节速度；校表功能可以调节各种表的系数；PID参数可以来调节系统的PID参数比例/积分/微分，积分饱和限制等。
其它画面包括：当前警报；历史警报；历史趋势；系统数据说明（图7）等。


图7系统数据说明
3 结束语
系统均采用台达系列自动化技术控制，操作方便简单,实时检测,多种保护.该系统主要应用在设备档次及自动化要求比较高、智慧化比较高供水场合，系统运行稳定可靠，是传统控制系统的最佳替代产品，代表未来恒压供水发展方向。