供热系统是由热源、管网、换热站、散热器等组成，为了确保居民室温达到一定标准，需要对管网的水力工况和热力设备的运行状态进行调节。因此，如何合理地控制系统运行、保证其安全可靠地工作至关重要。传统的热力站控制系统采用工控机（CPU）作为主控制器，并利用可编程逻辑控制器（PLC）来完成相应的控制任务。这种控制方式只能实现简单的自动控制功能，在复杂的工业环境中很难满足要求。而且，由于工控机性能不稳定、价格昂贵、体积庞大且易受干扰而经常出现故障，使得整个系统的运行受到了很大影响。随着计算机技术的迅速发展，各种嵌入式设备不断涌现，尤其是微处理器与操作系统相结合所产生的以微机为核心的控制技术使人们看到了一条新的控制途径。本文主要探讨了某厂热力站自动控制系统的设计及实施，具体包括：采用西门子S7-200PLC作为整个热力站的核心控制单元，实现数据处理和控制操作；利用现场数据采集与显示系统（SCADA）采集各组成单元的运行参数和实时信息，然后通过计算机网络通信系统将信息传输到上位机进行处理分析；最后根据综合分析结果给出指令，从而实现对热力站的自动控制。

一、热力站自动控制系统的设计原则

（一）安全性原则

热力站负责集中供热工作，如果控制系统出现问题，将会影响到供热质量，同时会引发安全问题。因此在设计热力站自动控制系统的过程中，需要遵循安全性原则。保障系统软硬件运行的稳定性，适应不同工况和环境^【1】。此外需要优化自控系统的自诊断和报警功能，及时反映异常情况，避免不断扩大负面影响。遵循安全性原则，还可以保护工作人员，例如人机界面，可以简化相应操作，避免出现错误操作行为。通过设置系统的权限和确认机制，工作人员获得授权之后才可以开展工作，降低危险操作的发生率。

（二）高效性原则

高效性原则不仅是实现系统基本功能，同时在满足安全运行需求下实现系统优化运行条件。这就需要利用自动控制系统精准地对供热参数进行调节，对负荷变化就及时响应，避免浪费相应的能源。遵循高效性原则，在自控系统中需要融合先进的控制算法，例如可以利用自适应控制措施等，使整体系统的运行水平得以提升^【2】。因此自控系统对智能化程度较高，利用自动学习和优化运行模式，可以降低工作人员的干扰程度，合理节省工作投资。此外在设计过程中，需要合理选择相应的设备，做好设备布局工作，协同各部门运行，对系统能量损失进行控制。利用上述措施，不仅可以满足热力站供热需求，同时可以高效利用能源。

（三）智能化原则

实现智能化原则，指在供热过程中，自动控制系统必须具有自主学习、自主决策与自主寻优的功能，以满足用户的各种需要。为了达到智能化要求，必须将机器学习和深度学习等现代人工智能理论应用于热力站的自动化控制中。通过对运行过程中的运行参数进行统计和分析，可以实现对供暖过程中运行状态的预测，从而达到节能、稳定运行的目的。另外智能化原则也对数据的处理功能提出了更高的要求，即可以快速准确地对海量的数据进行分析与处理，从而为生产过程中的控制与决策提供强有力的支撑。另外，该智能控制系统还要求具有较好的人机对话接口，便于使用者对其进行监测与调节。通过对热力站的智能控制，实现了对热力站精确、高效、方便的控制，提高集中供热的便利性。

（四）可拓展性原则

在城市化发展过程中，不断完善相应的技术，同时也在逐渐改变供热需求和技术标准等方面，在系统设计过程中需要遵循可拓展性原则。通过采取模块化设计方式，可以独立地升级和拓展不同的功能模块^【3】。此外在系统中需要利用各种通信协议，有利于紧密联通各类设备和系统。在系统设计中，保证接口和容量预留量的合理性，如果日后使用过程中需要增设新功能，可以便利地升级软硬件，延长自动控制系统的使用寿命，同时可以保证系统始终满足技术标准和供热需求。遵循可拓展性原则，有利于保证系统适应城市未来供热需求变化，保证自动控制系统的实用性。

二、自动控制系统的组成和特点

（一）组成

热力站自动控制系统是由现场数据采集与显示系统（SCADA）、集散控制系统（DCS）及计算机网络通信系统所组成，它们之间通过网络进行信息的传输和交换。1.现场数据采集与显示系统（SCADA）：实现实时、自动采集现场设备状态信息，根据预先设置的控制目标，生成控制指令，并传输至上位机。2.集散控制系统（DCS）：利用硬件装置及软件技术，以分散的方式对系统中各类过程实施控制。主要包括机组保护与自动调节、安全监控与故障处理、计量与数据分析等功能。3.计算机网络通信系统：实现上位机与下位机之间的通信，包括：远程集中控制中心与现场控制站、DCS与PLC之间的通信，以及各分散控制单元之间的通讯。

由于系统采用了微处理器作为核心部件，因此其具有很强的可编程性，可通过编写不同的程序来完成多种复杂控制任务，如PID控制、模糊控制等。同时，还可以通过编写相应的组态软件，将PLC的I/O口转换成上位机所需要的各种输入输出信号，从而完成上位机所要求的控制任务。

本系统采用西门子公司生产的S7-200系列的PLC控制器。S7-200系列的PLC可编程逻辑控制器是由西门子公司最新开发的一种高性能、高可靠性、功能强大的工业自动化产品，在全球范围内得到广泛应用^【4】。它以梯形图为编程语言，并以PROFIBUS、CAN、TCP/IP、RS485总线作为通讯手段，不但能满足工业过程控制的各种需求，而且能保证极高的可靠性和极低的维护成本。此外，该PLC还有丰富的功能模块可供选择，且安装、使用方便，操作简单，已成为目前国内外绝大多数企业最理想的集散式控制系统解决方案。

其中，RS485总线适配器作为通讯接口，将两个或多个设备连接起来形成一个网络，并与PLC控制器相连接。网络中所有的节点都有一个唯一的地址码，当任意一个节点向另外一个节点发送数据时，该节点只需将自己的数据传送到其它节点就可以了。这样大大减少了网络中的布线数量，提高了网络的稳定性和安全性。除此之外，PLC控制器还具备许多其它优点，例如：可完成多任务的操作；能够进行逻辑运算和判断；具有很强的抗干扰能力；具有很强的可靠性等等。

（二）特点优势

1.系统采用开放式、模块化设计，具有良好的可扩展性和灵活性。2.系统结构简单，易于实现现场控制和管理，保证了系统的可靠性和稳定性。3.系统能够根据不同负荷变化情况自动调整运行策略，优化调节参数，节约能源，降低成本；同时能够对设备故障进行快速诊断和处理，提高了系统的安全性和可靠性。4.系统具有较强的可编程能力，可以方便地实现各种复杂的控制策略^【5】。5.系统具有丰富的通讯接口，可以与其他控制系统或信息系统进行集成，实现数据共享和信息交换。6.系统具有良好的人机交互界面，操作人员可以通过图形界面直观地了解整个系统的运行状态，并能够对关键参数进行实时监控和调整。7.系统具有良好的扩展性，可以根据实际需要进行灵活配置和升级。8.系统具有良好的兼容性和开放性，可以与其他工业控制软件进行集成，实现数据共享和信息交换。

三、自动控制系统功能实现

（一）实时监控：根据系统需要，在微电脑上设计人机界面，将采集到的现场信号（如温度、压力、流量等）通过现场总线传送至PLC或DCS中进行分析处理后显示出来。

（二）自动报警：当运行过程中出现故障时，会发出各种警报。可设置不同的报警等级和报警方式，以便及时采取措施防止事故的发生。

（三）趋势预测：利用历史数据，建立模型对设备的运行趋势进行预测，并提供合理的控制策略。

（四）节能管理：通过实时监测和分析机组的运行情况，实现能源的节约与优化控制。

（五）报表统计：提供日、周、月、季及年的运行报表，为管理层决策提供依据^【6】。

（六）参数修改：对于一些关键参数的设定值，如温度等，可以在一定范围内自由调节，也可以根据实际情况对其进行修改，以保证系统的稳定性。

（七）远程控制：在必要时可以对现场设备进行远程遥控，使其按照预先设定的程序自动运行，从而达到降低能耗的目的。

（八）故障诊断：系统能够在采集到的信息中查找出可能导致停机或其他异常现象的原因，并提出相应的解决方案。

（九）通信网络：采用局域网技术，通过以太网向外传递信息，提高了系统的可靠性和灵活性。

（十）在线学习：利用网络技术，可以从另一台计算机上下载程序，对原有的程序进行修改和补充，从而实现在线编程。

（十一）数据备份：当系统需要更换硬件设备或软件升级时，可以将所有的数据保存下来，以备以后使用。为了避免因操作不当而造成的事故，可以在系统中添加紧急停止按钮，一旦检测到故障或者误操作，系统将立即进入安全保护状态。人机界面：在系统中加入丰富的图形界面和友好的操作界面，便于操作人员对系统进行管理和维护^【7】。

四、热力站自控系统的运用

热力站以用户供热面积和楼层等因素，可以进一步划分为单系统和双系统以及三系统等类型，下文主要分析了热力站单系统，实现用户暖气管中对换热管，利用换热站对换热器向二次网中传递一次网热量，在这一阶段需要发挥出自控系统对作用。

大网中包含供水管和回水管，利用热力管道可以联通热水和热源厂。综合热负荷计算结果和运行情况，在热力站反馈二次网运行数据，可以确定电动调节阀对开度，同时利用人机界面合理设定开度值，由此来调节一次网对热量。二次网利用换热器获取一次网的热量，但是无法向用户直接输送，主要是因为新旧管网压力要求是不同的，如果压力不同将会增加流速和热量差异性，因此需要结合不同地区对实际情况对压力合理分配。调节二次网管网对过程中，需要利用变频器对循环泵进行调整，利用二次管网中对温度和压力传感器收集PLC需要对数据，并且在一体化触摸屏显示出来，有利于技术人员明确流量情况，也可以利用PLC传达工作指令，对频率调节流量来进行转变，完成温度调节^【8】。在二网定压补水过程中，热力站原来是利用电节点压力表对补水泵对启停进行控制，不断完善相关技术，可以利用PLC变频器发布工作指令，有利于实现补水泵补水的精准性，通过合理设定PLC程序对最高和最低限值，有利于实现补水工作对自动化，因为具有较高对精准性，因此不会因为补水泵因素冲击二次管网。

结束语

本文对热力站系统进行了分析，提出了一个新的控制方案，并详细介绍了系统的组成和工作原理。在实际应用中取得了较好的效果，使整个热力站的运行更加安全、稳定、可靠，降低了能耗，提高了供热质量，减少了人力成本，为企业创造了更多的经济效益。

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