摘要：UW2100通用智能控制器是杭州優(yōu)穩(wěn)自動(dòng)化聯(lián)合浙江大學(xué)、上海電氣、上海寶信等，在國(guó)家863“高端大規(guī)?？删幊套詣?dòng)化控制器與系統(tǒng)”研發(fā)的基礎(chǔ)上，成功研制的小型可編程控制器與系統(tǒng)。本文首先對(duì)該控制器的功能特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并通過(guò)分析換熱站的工作原理，使2100控制器與之緊密結(jié)合，從而將換熱效率提高到90%以上。
一、換熱站自控系統(tǒng)的基本構(gòu)成
換熱站就地自控系統(tǒng)由UW2100控制器、人機(jī)界面（觸摸屏）、VPN防火墻、UPS、控制柜體等設(shè)備構(gòu)成。主要實(shí)現(xiàn)換熱站內(nèi)各種數(shù)據(jù)的采集及設(shè)備控制。在正常情況下，就地自控系統(tǒng)獨(dú)立控制本換熱站自動(dòng)運(yùn)行。在聯(lián)網(wǎng)情況下，換熱站就地自控系統(tǒng)可以接受熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的指令運(yùn)行。換熱站就地自控系統(tǒng)可選擇通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)或者GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，采用VPN防火墻和熱網(wǎng)監(jiān)控中心組建VPN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，將過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳至熱網(wǎng)監(jiān)控中心，并通過(guò)熱網(wǎng)監(jiān)控中心遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)發(fā)布設(shè)備控制質(zhì)量和進(jìn)行過(guò)程運(yùn)行參數(shù)目標(biāo)設(shè)置。
1.1換熱站現(xiàn)場(chǎng)控制器
UW2100通用型智能控制器采用工業(yè)級(jí)高性能嵌入式微控器，基于實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)微內(nèi)核，提供IEC61131-3FBD標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言，支持modbus、GPRS等協(xié)議，具備用戶程序、配置參數(shù)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)掉電保持功能。
UW2100簡(jiǎn)介：
A、功能簡(jiǎn)介：
1、嵌入式操作系統(tǒng)，解釋運(yùn)行IEC61131-3FBD；
2、集成6模入，2模出，4數(shù)入，4數(shù)出
3、支持2路RS485通訊，支持主從MODBUS-RTU協(xié)議；
4、內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘，支持總線同步；
5、可選支持以太網(wǎng)（百兆）或GPRS無(wú)線通訊。
B、技術(shù)指標(biāo)：
1、模擬量輸入：支持0~10V、0~20mA、Pt1000、Pt100等多種信號(hào)的輸入，精度0.2%F.S.；
2、模擬量輸出：支持0~20mA的輸出,精度0.5%F.S.；
3、數(shù)字量輸入：支持計(jì)數(shù)器、電平信號(hào)輸入；
4、數(shù)字量輸出：支持4通道繼電器輸出，觸點(diǎn)容量1A/30VDC；
5、軟件運(yùn)行最小周期80ms；
6、外形尺寸：120mm×77mm×42mm；重量：小于250g；
7、控制器運(yùn)行溫度范圍-20℃-70℃
UW2100控制器可獨(dú)立工作，可實(shí)現(xiàn)以下功能：
a參數(shù)采集、處理（包括數(shù)字運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、流量累計(jì)等）和顯示功能；
b獨(dú)立完成現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)控制和內(nèi)部聯(lián)鎖控制功能；
c獨(dú)立完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；
d配置必要的硬件和軟件、人機(jī)界面等可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改；
e報(bào)警功能；
f向工程師站及其它現(xiàn)場(chǎng)控制單元發(fā)送必要的數(shù)據(jù)；
g接收操作員站、工程師站發(fā)送的命令，完成控制任務(wù)；
h具有故障分析功能。
控制單元除了獨(dú)立實(shí)現(xiàn)以上的自動(dòng)監(jiān)控功能外，還具有遠(yuǎn)程和遠(yuǎn)設(shè)功能，即在熱網(wǎng)監(jiān)控中心可以完成現(xiàn)場(chǎng)控制單元的參數(shù)設(shè)定和設(shè)備的控制。
1.2 UW2100控制器優(yōu)勢(shì)
（1）結(jié)構(gòu)緊湊，適用于供熱自控系統(tǒng)。它通過(guò)I/O通道，輸入數(shù)字量和模擬量、模擬輸出和數(shù)字輸出和現(xiàn)場(chǎng)儀表相連，I/O數(shù)可通過(guò)控制器級(jí)聯(lián)來(lái)滿足工程的要求。
（2）應(yīng)用程序組態(tài)軟件含多種專用功能塊，程序可以通過(guò)485通訊接口下載到控制器。編程語(yǔ)言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn). 具有面向?qū)ο缶幊痰膱D形化編輯工具。
（3）控制器內(nèi)置通訊組件，RS-485 接口支持 Modbus RTU 模式,可通過(guò)VPN寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與熱網(wǎng)監(jiān)控中心的通訊。
（4）控制器可以通過(guò)人機(jī)界面現(xiàn)場(chǎng)操作，數(shù)據(jù)上傳，熱力站可以完全無(wú)人值守。
（5）具有良好的可擴(kuò)展性，可進(jìn)行多控制器級(jí)聯(lián)達(dá)成控制要求。
（6）具有遠(yuǎn)程維護(hù)功能。
二、換熱站控制方案
1、數(shù)據(jù)采集：通過(guò)UWinTechPro控制工程應(yīng)用軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取控制器數(shù)據(jù)，由人機(jī)界面（觸摸屏）顯示運(yùn)行參數(shù)；并以GPRS無(wú)線通訊協(xié)議或以太網(wǎng)等上傳到熱網(wǎng)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；采集信息包含但不局限于以下內(nèi)容：
壓力（壓差）：一次網(wǎng)供、回水壓力，二次網(wǎng)供、回水壓力，一次網(wǎng)供水過(guò)濾器前后壓差，二次網(wǎng)回水過(guò)濾器前后壓差，二次網(wǎng)出口供回水壓差。
溫度：一次網(wǎng)供水、回水溫度、二次網(wǎng)供水、回水溫度，室外溫度；
閥位：一次網(wǎng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位
液位：水箱液位
變頻電機(jī)運(yùn)行頻率：循環(huán)泵變頻器反饋頻率、補(bǔ)水泵變頻器反饋頻率
運(yùn)行狀態(tài)：循環(huán)泵啟、停狀態(tài)、故障狀態(tài)；補(bǔ)水泵啟、停狀態(tài)、故障狀態(tài)；
報(bào)警情況：能根據(jù)設(shè)定的情況進(jìn)行報(bào)警。
2、溫度控制回路：
換熱站的基本控制策略即保證二次水出口溫度、壓力恒定，通過(guò)控制一次水進(jìn)水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)保證溫度恒定。
將預(yù)設(shè)定溫度作為給定值，測(cè)量溫度作為反饋值，通過(guò)PID計(jì)算輸出閥門開度保證二次供水溫度的恒定。預(yù)設(shè)溫度根據(jù)室外溫度和熱網(wǎng)監(jiān)控中心給定的值權(quán)衡計(jì)算得出，這個(gè)設(shè)定點(diǎn)可跟隨室外溫度的變化和供熱站給定值而改變。
控制器通過(guò)模擬量輸出信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行，可選擇手自動(dòng)控制；自動(dòng)情況下，根據(jù)二次供溫反饋值和設(shè)定值進(jìn)行PID計(jì)算，自動(dòng)連續(xù)控制調(diào)節(jié)閥開度；手動(dòng)情況下，人工給定調(diào)節(jié)閥開度。
3、 補(bǔ)水控制（補(bǔ)水泵控制）
控制器通過(guò)補(bǔ)水泵變頻器啟?？刂撇⒄{(diào)節(jié)補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速，可選擇手自動(dòng)控制兩種模式。自動(dòng)情況下，根據(jù)二次回壓設(shè)定值，進(jìn)行啟停判定，低于二次回壓值啟動(dòng)補(bǔ)水泵，高于二次回壓值停止補(bǔ)水泵；手動(dòng)情況下，人工直接啟停補(bǔ)水泵。補(bǔ)水泵頻率控制也可選擇手自動(dòng)，自動(dòng)情況下，根據(jù)二次回壓反饋值和設(shè)定值差值進(jìn)行PID計(jì)算，自動(dòng)連續(xù)控制補(bǔ)水泵頻率。手動(dòng)情況下，人工直接修改補(bǔ)水泵頻率。
4、循環(huán)泵控制
4.1泵的啟?？刂疲嚎蛇x擇手自動(dòng)控制兩種模式。自動(dòng)情況下，根據(jù)二次供回壓差值進(jìn)行啟停判定，低于設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)循環(huán)泵，當(dāng)出現(xiàn)故障后，自動(dòng)停止循環(huán)泵；手動(dòng)情況下，人工直接啟停循環(huán)泵。
4.2泵的頻率控制：可選擇手自動(dòng)控制兩種模式，自動(dòng)情況下，根據(jù)二次供回壓差反饋值和設(shè)定值差值進(jìn)行PID計(jì)算，自動(dòng)連續(xù)控制循環(huán)泵頻率，手動(dòng)情況下，人工直接給定循環(huán)泵頻率。
5、泄水電磁閥控制
泄水電磁閥可選擇手自動(dòng)控制兩種模式，手動(dòng)情況下通過(guò)觸摸屏或者上位監(jiān)控系統(tǒng)直接開閉電磁閥；自動(dòng)情況下，當(dāng)二次供壓超過(guò)安全設(shè)定值，在安全閥打開之前，先打開泄水電磁閥進(jìn)行泄水，降低管道壓力，保護(hù)管道運(yùn)行安全，當(dāng)二次供壓恢復(fù)到正常值時(shí)，關(guān)閉泄水電磁閥。
6、水箱補(bǔ)水電磁閥控制
水箱補(bǔ)水電磁閥可選擇手自動(dòng)控制兩種模式，手動(dòng)情況下通過(guò)觸摸屏或者上位監(jiān)控系統(tǒng)直接開閉電磁閥；自動(dòng)情況下，當(dāng)水箱液位低于安全設(shè)定值時(shí)，打開補(bǔ)水電磁閥給水箱補(bǔ)水，當(dāng)水箱液位達(dá)到正常值時(shí)，關(guān)閉補(bǔ)水電磁閥。
7、系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)
1）泵閥互鎖：當(dāng)循環(huán)泵運(yùn)行停止后，為保護(hù)設(shè)備，自動(dòng)關(guān)閉一次調(diào)節(jié)閥，防止二次高溫水過(guò)熱汽化，損壞換熱器；
2）一次回溫高高限：設(shè)定一次回溫高高限，當(dāng)一次回溫超過(guò)高高限后報(bào)警，自動(dòng)關(guān)閉一次調(diào)節(jié)閥；
3）二次供溫高高限：設(shè)定二次供溫高高限，當(dāng)二次供溫超過(guò)高高限后報(bào)警并自動(dòng)停止循環(huán)泵運(yùn)行，保護(hù)末端用戶；
4）二次供壓高高限：設(shè)定二次供壓高高限，當(dāng)二次供壓達(dá)到高高限時(shí)報(bào)警并自動(dòng)停止循環(huán)泵運(yùn)行，防止管道超壓；
5）二次回壓低低限：設(shè)定二次回壓低限和低低限，當(dāng)二次回壓達(dá)到低限時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水，當(dāng)二次回壓達(dá)到低低限時(shí)報(bào)警并自動(dòng)停止循環(huán)泵運(yùn)行，防止管道倒空，循環(huán)泵空轉(zhuǎn)損壞；
6）水箱液位低低限：設(shè)定水箱液位低低限，當(dāng)水箱液位達(dá)到低低限時(shí)報(bào)警并停止補(bǔ)水泵運(yùn)行，防止管道倒空，補(bǔ)水泵空轉(zhuǎn)損壞；
7）停電報(bào)警：當(dāng)控制器監(jiān)測(cè)到UPS前繼電器傳過(guò)來(lái)的停電信號(hào)時(shí)，進(jìn)行停電報(bào)警，并關(guān)閉一次調(diào)節(jié)閥。
8.通訊功能
與觸摸屏通訊：采用Modbus協(xié)議
與熱量表通訊：采用Modbus協(xié)議
與熱網(wǎng)監(jiān)控中心通訊：采用工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP或GPRS無(wú)線傳輸協(xié)議
