基于西门子S7-1200PLC得楼道供暖设计和仿真

2023-06-15 10:58:39

第一章绪论1.1研究背景及意义随着现代城市的不断发展，我国各地城市基础建设取得了巨大成就，高层建筑日益增多，各种居民楼房更是不断

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随着现代城市的不断发展，我国各地城市基础建设取得了巨大成就，高层建筑日益增多，各种居民楼房更是不断涌现，作为现代城市智能楼房住宅，供暖供热正逐渐成为民众日益关注的问题。

传统的供热供暖设备大多以煤炭作为能源，效率低下，对空气和环境污染比较大，采用PLC控制系统控制楼房供暖则很好地避免了此类问题。PLC控制系统应用电能提供热量，通过管道系统集中供热，采用散热片传递热量。它不仅热效率高、采暖费用低，还具有环保、温度可控等优点，可以提高楼房供暖系统效率。

楼房集中供暖作为现代化城市的文明标志和发展方向，体现了显著的经济效益和社会效益，不仅能为城市提供稳定、可靠的优质热源，而且对于节约能源，改善大气环境，减少城市大气污染，有效利用城市空间等方面都具有重要作用。

1.2国内外发展现状

国外各个地区因地制宜采用不同的供暖方式。

环保、节能、舒适则是一些发达国家所追求的主要供暖方式。加拿大国家的水电资源丰富，主要采用的是电供暖。美国的南部是以空调供暖为主，北部的大部分地区则采用的是燃油或者燃气供暖的方式，中部的地区是以电供暖为主。

北欧国家的丹麦、芬兰、瑞典等供暖方式在世界属于领先地位，主要是以热电联供暖为主。挪威的石油和电资源丰富，主要采用集中热水供暖、电供暖的方式。冰岛的地热资源非常丰富，主要采用地热供暖方式。瑞典的主要为热泵供暖。

以丹麦为例，几十年来致力于热电联产，它的天然气、再生能源及热电联产已经满足了全国四分之三的供暖需求。而芬兰则是对建筑物的外保温要求很高，它已实现了建筑物的低能耗，且许多建筑物已经安装了室内通风系统，因而住户不在额外需要开窗换空气。希腊选择了类似芬兰的道路，希腊的重点是使用更多的可再生能源，特别是太阳能、电供暖，加强供热管道保温，加强屋顶保温等此类方式。西欧的国家里面，法国主要采用电供暖，英国主要采取集中供热。南欧的意大利、葡萄牙国家的气候全年温暖，通常采用空调供暖方式。东欧国家的俄罗斯夏季炎热、冬季严寒，主要采用集中供暖的方式。

亚洲国家与我国气候比较接近的是韩国和日本。与北京相比，日本、韩国冬季的气温相对较温暖，夏季较炎热。所以，日本、韩国的大型集中供热不多，大多采用每家每户的燃气供暖，只有公用建筑使用集中热水供暖。大量采用地板辐射热供暖也是这两个国家室内供暖的主要特点。

在我国，主要采用市政热力管网、小区内锅炉集中供暖、中央空调系统供暖、地热采暖等供暖方式。集中供暖主要是以城市热网、区域热网或较大规模的集中供暖为热源的供暖方式。在我国普遍采用集中供暖的方式较多。热源供给的主体是由热力公司直接供给，或者由热力公司经过热交换后间接供给的，其它还有由小区锅炉房直接供给的。大部分楼房供暖采用的是散热器供暖，这种供暖方式不仅使用安全方便，可以全天候供暖，而且费用由政府统一收费标准收取，价格便宜。但它也有明显的缺陷：供暖的温度与时间不由自己控制，立体式的散热片不美观、占空间，可能会影响室内的装修效果，且供热的不均衡，有的热，有的冷，不方便调节。因此有些楼房住宅中会采用地热地板采暖，地热地板采暖的采暖是通过埋于地板下的铝塑复合管或导电管加热管，把地板表面加热到适宜的温度，使热空气由下到上向室内均匀辐射热量而达到供暖的效果。不仅可以使楼房住宅内的温度分布均匀，高效节能，还大量节省了空间。但它也有不足之处：地板地热采暖对于地板质量的环保要求较高，在持续加热的情況下更容易产生择发性有害气体，因此在选择地板时，要选择真正环保的地板才可能避免这种危害。还有一些高档楼盘中会使用中央空调采暖方式，这种供暖方式档次高、外形美观、舒适度高，带有新风系统的“风冷式〞更为舒适，温度与时间可调节，一般用于面积较大的低密度住宅与别墅。但是这种采暖方式前期的投入大且运行费用较高，耗电量大，而且无法享受国家低谷用电的优惠政策。

集中供暖系统自1877年美国开始采用，到现在为止已有一百多年的历史。在楼房集中供暖控制这一领域，北欧的一些国家发展较早，系统较为完善，控制设备质量相对较高，控制技术成熟，有比较好的供暖效果。我国的集中供暖发展起步比较晚，主要是在解放后才开始的，从改革开放之后，国家大力发展经济，国民生活水平得到大幅度提高，楼房供暖作为能够为北方以及寒冷地区人民带来良好的生活体验，以及改善人们生活水平的一项市政工作，才得到了迅速发展。我国结合国情和供暖具体方式与其他国家略有不同，研究出了适合我国供暖情况，实行节约能源与开发能源并重的方针，采取节约资源和保护环境等一系列措施，并经过十几年的努力，在供热管网方面的优化规划以及供暖系统的可靠性方面进行了深入的研究，在许多工程中得到了应用，并在持续完善改进。

1.3本次设计的主要研究内容

供暖是人类最早发展起来的建筑环境控制技术，它的出现解决了我国北方居民冬季采暖的基本生活需求，作为现代城市智能楼房住宅，楼房供暖控制系统通过PLC实现了楼房温度控制、循环系统控制以及补水系统控制。在PLC控制系统结构简单、编程方便、调试周期短、可靠性高、抗干扰能力强、故障率低、对工作环境要求低等一系列优点的基础上，提高了楼房供暖的供暖质量，实现了供热系统的高效管理。

通过熟练掌握PLC的原理及其编程的应用、变频器的技术及其应用、PLC和变频器之间的通信、控制系统的基本组成等相关知识，对基于PLC的楼房供暖控制系统进行设计，本课题研究的主要研究内容为：

1、确定楼房供暖控制系统的硬件系统设计及选型。

2、根据楼房供暖控制系统的控制和设计要求，确定系统总体的设计方案，以及各个流程部分的设计，编写控制流程图。

3、编写准确、合理、高效的楼房供暖PLC控制程序，实现楼房供暖的温度控制、循环控制、补水控制。

4、通过仿真调试，验证所编写的楼房供暖控制系统程序，并对验证结果进行分析，对程序逻辑控制功能做进一步优化。

第二章 楼房供暖供暖系统总体方案设计

2.1 供暖系统的介绍

2.1.1供暖系统基本原理

低温热媒在热源中被加热，吸收热量后，变为高温热媒（主要形式是高温水或蒸汽），经热媒输送管道送往楼房住宅室内，通过散热设备再放出热量，使楼房室内的温度升高；散热后温度降低，变成低温热媒（低温水），再通过回收管道返回热源，进行循环使用。如此不断循环，从而不断将热量从热源送到楼房室内，补充室内的热量损耗，使室内保持一定的温度。

2.1.2供暖系统组成

供暖系统是冬季人工供暖的装置，主要由热源、热媒输送管、散热设备三大部分组成。

热源：是制取具有压力、温度等参数的蒸汽或热水的设备。集中供暖系统的热源一般是供暖锅炉或热交换机。

热媒输送管道：把热量从热源输送到热用户的管道系统。楼房室内供暖系统设备包括供回水管道、管路上的排气阀、伸缩器阀件、散热设备及室内地沟等。

散热设备：将热源提供的热量进行传递散发，传送给室内空气，实现供暖需要的装置，楼房室内常用的散热设备是暖气片。

供暖系统有很多种不同的分类方法，按照热媒的不同可以分为: 热水供暖系统蒸汽供暖系统、热风采暖系统。按照热源的不同又可分为热电厂供暖、区域锅炉房供暖、集中供暖三大类等。本文主要是根据热水供暖来进行课题设计。

2.2楼房供暖系统的控制要求

水源系统由电动机和水泵构成，本系统根据楼房供暖的基本原理，明确供暖系统的总体结构、关键部件，根据设计要求和供暖系统运行情况，对比分析控制系统的设计方案，确定系统的总体方案；然后分析并确定楼房供暖系统的三大控制对象，温度控制，循环泵控制，补水系统控制。确定系统运行的分步流程，并编写相应的PLC程序，详细了解控制程序。图1是系统的控制流程图。