基于西門子S7-1200PLC得樓道供暖設計和仿真

發布時間：2023-06-15 10:58:39

第一章緒論1.1研究背景及意義隨著現代城市的不斷發展，我國各地城市基礎建設取得了巨大成就，高層建筑日益增多，各種居民樓房更是不斷

第一章 緒論

1.1研究背景及意義

隨著現代城市的不斷發展，我國各地城市基礎建設取得了巨大成就，高層建筑日益增多，各種居民樓房更是不斷涌現，作為現代城市智能樓房住宅，供暖供熱正逐漸成為民眾日益關注的問題。

傳統的供熱供暖設備大多以煤炭作為能源，效率低下，對空氣和環境污染比較大，采用PLC控制系統控制樓房供暖則很好地避免了此類問題。PLC控制系統應用電能提供熱量，通過管道系統集中供熱，采用散熱片傳遞熱量。它不僅熱效率高、采暖費用低，還具有環保、溫度可控等優點，可以提高樓房供暖系統效率。

樓房集中供暖作為現代化城市的文明標志和發展方向，體現了顯著的經濟效益和社會效益，不僅能為城市提供穩定、可靠的優質熱源，而且對于節約能源，改善大氣環境，減少城市大氣污染，有效利用城市空間等方面都具有重要作用。

1.2國內外發展現狀

國外各個地區因地制宜采用不同的供暖方式。

環保、節能、舒適則是一些發達國家所追求的主要供暖方式。加拿大國家的水電資源豐富，主要采用的是電供暖。美國的南部是以空調供暖為主，北部的大部分地區則采用的是燃油或者燃氣供暖的方式，中部的地區是以電供暖為主。

北歐國家的丹麥、芬蘭、瑞典等供暖方式在世界屬于領先地位，主要是以熱電聯供暖為主。挪威的石油和電資源豐富，主要采用集中熱水供暖、電供暖的方式。冰島的地熱資源非常豐富，主要采用地熱供暖方式。瑞典的主要為熱泵供暖。

以丹麥為例，幾十年來致力于熱電聯產，它的天然氣、再生能源及熱電聯產已經滿足了全國四分之三的供暖需求。而芬蘭則是對建筑物的外保溫要求很高，它已實現了建筑物的低能耗，且許多建筑物已經安裝了室內通風系統，因而住戶不在額外需要開窗換空氣。希臘選擇了類似芬蘭的道路，希臘的重點是使用更多的可再生能源，特別是太陽能、電供暖，加強供熱管道保溫，加強屋頂保溫等此類方式。西歐的國家里面，法國主要采用電供暖，英國主要采取集中供熱。南歐的意大利、葡萄牙國家的氣候全年溫暖，通常采用空調供暖方式。東歐國家的俄羅斯夏季炎熱、冬季嚴寒，主要采用集中供暖的方式。

亞洲國家與我國氣候比較接近的是韓國和日本。與北京相比，日本、韓國冬季的氣溫相對較溫暖，夏季較炎熱。所以，日本、韓國的大型集中供熱不多，大多采用每家每戶的燃氣供暖，只有公用建筑使用集中熱水供暖。大量采用地板輻射熱供暖也是這兩個國家室內供暖的主要特點。

在我國，主要采用市政熱力管網、小區內鍋爐集中供暖、中央空調系統供暖、地熱采暖等供暖方式。集中供暖主要是以城市熱網、區域熱網或較大規模的集中供暖為熱源的供暖方式。在我國普遍采用集中供暖的方式較多。熱源供給的主體是由熱力公司直接供給，或者由熱力公司經過熱交換后間接供給的，其它還有由小區鍋爐房直接供給的。大部分樓房供暖采用的是散熱器供暖，這種供暖方式不僅使用安全方便，可以全天候供暖，而且費用由政府統一收費標準收取，價格便宜。但它也有明顯的缺陷：供暖的溫度與時間不由自己控制，立體式的散熱片不美觀、占空間，可能會影響室內的裝修效果，且供熱的不均衡，有的熱，有的冷，不方便調節。因此有些樓房住宅中會采用地熱地板采暖，地熱地板采暖的采暖是通過埋于地板下的鋁塑復合管或導電管加熱管，把地板表面加熱到適宜的溫度，使熱空氣由下到上向室內均勻輻射熱量而達到供暖的效果。不僅可以使樓房住宅內的溫度分布均勻，高效節能，還大量節省了空間。但它也有不足之處：地板地熱采暖對于地板質量的環保要求較高，在持續加熱的情況下更容易產生擇發性有害氣體，因此在選擇地板時，要選擇真正環保的地板才可能避免這種危害。還有一些高檔樓盤中會使用中央空調采暖方式，這種供暖方式檔次高、外形美觀、舒適度高，帶有新風系統的“風冷式〞更為舒適，溫度與時間可調節，一般用于面積較大的低密度住宅與別墅。但是這種采暖方式前期的投入大且運行費用較高，耗電量大，而且無法享受國家低谷用電的優惠政策。

集中供暖系統自1877年美國開始采用，到現在為止已有一百多年的歷史。在樓房集中供暖控制這一領域，北歐的一些國家發展較早，系統較為完善，控制設備質量相對較高，控制技術成熟，有比較好的供暖效果。我國的集中供暖發展起步比較晚，主要是在解放后才開始的，從改革開放之后，國家大力發展經濟，國民生活水平得到大幅度提高，樓房供暖作為能夠為北方以及寒冷地區人民帶來良好的生活體驗，以及改善人們生活水平的一項市政工作，才得到了迅速發展。我國結合國情和供暖具體方式與其他國家略有不同，研究出了適合我國供暖情況，實行節約能源與開發能源并重的方針，采取節約資源和保護環境等一系列措施，并經過十幾年的努力，在供熱管網方面的優化規劃以及供暖系統的可靠性方面進行了深入的研究，在許多工程中得到了應用，并在持續完善改進。

1.3本次設計的主要研究內容

供暖是人類最早發展起來的建筑環境控制技術，它的出現解決了我國北方居民冬季采暖的基本生活需求，作為現代城市智能樓房住宅，樓房供暖控制系統通過PLC實現了樓房溫度控制、循環系統控制以及補水系統控制。在PLC控制系統結構簡單、編程方便、調試周期短、可靠性高、抗干擾能力強、故障率低、對工作環境要求低等一系列優點的基礎上，提高了樓房供暖的供暖質量，實現了供熱系統的高效管理。

通過熟練掌握PLC的原理及其編程的應用、變頻器的技術及其應用、PLC和變頻器之間的通信、控制系統的基本組成等相關知識，對基于PLC的樓房供暖控制系統進行設計，本課題研究的主要研究內容為：

1、確定樓房供暖控制系統的硬件系統設計及選型。

2、根據樓房供暖控制系統的控制和設計要求，確定系統總體的設計方案，以及各個流程部分的設計，編寫控制流程圖。

3、編寫準確、合理、高效的樓房供暖PLC控制程序，實現樓房供暖的溫度控制、循環控制、補水控制。

4、通過仿真調試，驗證所編寫的樓房供暖控制系統程序，并對驗證結果進行分析，對程序邏輯控制功能做進一步優化。

第二章 樓房供暖供暖系統總體方案設計

2.1 供暖系統的介紹

2.1.1供暖系統基本原理

低溫熱媒在熱源中被加熱，吸收熱量后，變為高溫熱媒（主要形式是高溫水或蒸汽），經熱媒輸送管道送往樓房住宅室內，通過散熱設備再放出熱量，使樓房室內的溫度升高；散熱后溫度降低，變成低溫熱媒（低溫水），再通過回收管道返回熱源，進行循環使用。如此不斷循環，從而不斷將熱量從熱源送到樓房室內，補充室內的熱量損耗，使室內保持一定的溫度。

2.1.2供暖系統組成

供暖系統是冬季人工供暖的裝置，主要由熱源、熱媒輸送管、散熱設備三大部分組成。

熱源：是制取具有壓力、溫度等參數的蒸汽或熱水的設備。集中供暖系統的熱源一般是供暖鍋爐或熱交換機。

熱媒輸送管道：把熱量從熱源輸送到熱用戶的管道系統。樓房室內供暖系統設備包括供回水管道、管路上的排氣閥、伸縮器閥件、散熱設備及室內地溝等。

散熱設備：將熱源提供的熱量進行傳遞散發，傳送給室內空氣，實現供暖需要的裝置，樓房室內常用的散熱設備是暖氣片。

供暖系統有很多種不同的分類方法，按照熱媒的不同可以分為: 熱水供暖系統蒸汽供暖系統、熱風采暖系統。按照熱源的不同又可分為熱電廠供暖、區域鍋爐房供暖、集中供暖三大類等。本文主要是根據熱水供暖來進行課題設計。

2.2樓房供暖系統的控制要求

水源系統由電動機和水泵構成，本系統根據樓房供暖的基本原理，明確供暖系統的總體結構、關鍵部件，根據設計要求和供暖系統運行情況，對比分析控制系統的設計方案，確定系統的總體方案；然后分析并確定樓房供暖系統的三大控制對象，溫度控制，循環泵控制，補水系統控制。確定系統運行的分步流程，并編寫相應的PLC程序，詳細了解控制程序。圖1是系統的控制流程圖。