针对以上问题，提出建造智能自动供暖系统的方案。本系统以PLC为控制核心，加以变频器对电机的变速控制，依据换热站现场状态信息、换热站内外温度因素自动完成对室内温度的调控，从而实现供暖智能化，能够有效解决之前出现的人力资源和能源的浪费，保证了换热站快速安全的运行，极大提高供暖系统的工作效率。
1 换热站结构及原理
1.1 换热站工作原理及改进方法
供暖系统分为一次网络和二次网络，换热站就是两个网络的中间枢纽。其工作原理为：换热站接收来自火电厂等热源输送过来的热水，通过网管输送给用户，这样热能就被传递到了用户处。由于热能在输送和用户处会不断消耗，所以要不定时利用循环水泵将用户处热水送回换热站，换热站中的换热器再次将其加热循环使用。因此，换热站就是利用供水和回水之间的温差达到给用户供暖的目的。这个过程基本凭借工作人员的实际经验进行手动调节，具有较强的主观因素，容易增大能耗的浪费。
现对换热站进一步改造升级，主要是在其结构上增加了调节和控制设备，让换热站的运行调节更加科学合理，在为用户正常供暖的前提下，把能源的利用率提到最高。
改造之后的换热站，其优点主要在：可以利用PLC的信息处理和变频器对电机的调速功能，实现温度和循环水量的自动调节，不再需要人为的操作，更加安全可靠。
1）温度的调节控制
传统二级水热交换器的温度由人工进行测量和计算，当工作量过大时，二次供水的温度很难保证在合适值附近。本系统提出用PLC作为温度的检测和控制器，设定一个合适的温度值，温度传感器直接将温度信号传给PLC，可以及时做出合理的温度调节控制，保证了二次供水温度始终稳定在给定值附近。
2）循环水量的调节控制
在供暖系统的正常运行过程中，供暖负荷会随着一些外部因素的变化而改变，如室外温度。如果室外温度偏高，却仍然按照预先设计的供暖负荷进行加热，就会浪费掉一部分资源，这时候应该降低供暖负荷，所以本系统提出分级改变流量的方法进行调节。
3）补水定压方式的改进
对于管道内水的压力，人力控制的精度不高，很难达到恒压供水。所以采用变频器恒压供水的方法对其进行完善。
压力传感器把管内水的压力信号P传递给调节器，调节器把P与设定好的固定压力值P0进行对比，将比较结果传给变频器，变频器根据比较结果的不同而对水泵进行相应的转速调节。当P<P0时，变频器驱使水泵转速加快；当P=P0时，变频器驱使水泵转速保持不变；当P>P0时，变频器驱使水泵转速减慢。
1.2 换热站的节能分析
下面是水泵转速与扬程、流量、轴功率的关系变化图，如图1所示。
图1 水泵流量、扬程和轴功率与转速关系图
设水泵原来的转速为n0，原来的耗电量为W0；通过变频器调速后的转速为n，耗电量为W。当n=n0×80%时，W=W0×51.2%；当n=n0×50%时，W=W0×12.5%。由以上数据可以看出，通过变频器对水泵的无级调速，可以节省出相当可观的一部分电能。
2 硬件系统设计
2.1 硬件系统结构设计
该硬件系统主要由PLC，含特殊功能模块A/D,D/A；换热器、液位传感器、管网压力表；变频器；水泵机组、管道、相关低压电器等组成。
PLC作为本系统的主控制器，接收来自各种传感器、外部控制开关和变频器的信号；变频器驱动机组工作并保持和PLC的信号交换；机组作为最终的执行机构，对供暖系统整个管道内的热水进行调动。
PLC接收系统各个部分传来的信号后，经过自身内部的程序运算，输出对应的数字量给对应的模拟量给变频器。然后通过变频器控制机组，进行供暖热水的循环。管道上的压力传感器及时反馈压力信号给PLC,PLC再根据液位、压力等传感器传送过来的信号，对供暖系统做出相应的调节，如补水、冷凝、污水处理等。
2.2 换热站供电设计
由于换热站在供电系统中属于三级负荷，直接从外部电网引入进电线作为电源即可。本文采用的是380V低压电路，所有水泵机组均为三相电机。地线的接线采用TN-S接线方式，即把零线和设备地线独立分开，可以有效提高裸露金属外表设备的安全性，最大程度上削减对人员的安全隐患。控制线路使用常见的放射式接线法，保证控制电路和主电路之间的互不干扰，提高系统供电的方便性和稳定性。
3 软件系统设计
3.1 启动程序
程序开始启动运行，当液位传感器检测到水位符合预先设定的要求时，PLC给变频器开始驱动1#水泵缓慢运行的信号，此时PLC也会收到来自压力传感器的压力信号，经过对压力信号的运算给出变频器适当的输出频率。如果检测到管道供水压力不够，则频率上升至最高频率50Hz。一段时间后，1#水泵改为工频运行，变频开始启动2#水泵，增加2#水泵的频率，直到供水压力达到目标值。2#水泵仍达不到目标压力值，就依次类推增加水泵。
3.2 水泵切换程序
1）循环泵控制
本系统中循环水泵共三台，一般情况只会用到两台，另一台作为备用使用。如果循环水泵出现故障能及时补上，运行的两台循环水泵由变频器依次启动。设计手动/自动均可控制循环水泵，只有在自动控制状态下，循环泵可以3台电机一起运行。
2）补水泵控制
本系统中补水泵共两台，一台正常运行，一台作为备用。PLC接收来自管道的压力信号后，输出合适的信号给变频器，变频器驱动补水泵运行，让管道压力处于一个合适的数值，保证供水的正常进行。
3）冷凝泵和污水泵控制
本系统中冷凝泵和污水泵各有三台，具体需要几台泵运行根据实际情况而定。当需要多台泵运行时，需要变频器逐一启动，一次只能启动一台。当需要进行冷凝（污水）处理时，要先让变频器通上电，按下启动按钮后，控制柜上的指示灯被点亮，变频器开始驱动冷凝（污水）泵工作。如果一台泵不够用，就依次启动剩余的泵，直到冷凝（污水）工作达到理想状态。
4 结束语
综上所述，本文对于现今换热站能耗浪费较大的问题，重新设计出一项高效节能的自动调节换热站，利用PLC和变频器实现换热站的自动调节，提高了资源调度和节约复用的效率，为供暖系统提供了充分的全方位的安全保障，实现了管理的自动化和简易化，更加便于统一调度管理，值得推广。
参考文献
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