基于PLC的热油融冰系统在南水北调京石段的应用

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摘要：介绍了热油融冰系统的的原理和特点，阐述了以施耐德Twido控制器为核心的控制系统的组成。

关键词：热油融冰系统；自动控制；PLC

中图分类号：TV文献标识码： A

一、引言

南水北调中线京石段应急供水工程南起河北省石家庄，北至北京团城湖，全长307公里。京石段工程建成并输水进京是南水北调工程建设的重要阶段性成果。为缓解北京水资源短缺状况，自2008年9月开始至今，已通过南水北调中线京石段工程调水入京累计调水量达14亿立方米，有效保障了首都的供水安全。

京石段应急输水渠道位于北方冬季寒冷地区，在冬季输水会出现结冰现象。造成了冬期输水的一系列问题：如门槽埋件工作表面结冰时，如果提升闸门，闸门止水会被撕裂；另外京石段水渠采用定水位的方式运行，弧形工作闸门需经常启闭，若弧门两侧门槽与弧门如果冻结在一起则会影响弧门的启闭，影响总干渠的正常输水。针对于此，在冬季冰期输水时采用了热油融冰系统来给弧门埋件进行加热，有效地解决了上述问题。

二、融冰系统工作原理

热油融冰系统原理是通过电热器将油箱里的油加热，由油泵将热油通过管路送达门槽附近的埋件，此时由于热量传递，门槽温度逐渐升高，将门槽附近的冻冰消融。本系统由液压油缸、电加热器、电气装置操作柜、油泵（一备一用）、油流控制阀门、油温检测单元、油位检测单元、压力检测单元以及一些辅助配件等组成（图一）。控制系统采用PLC和人机交互终端等装置，实现了可靠、便捷的自动控制功能。

（一）控制系统分为自动、手动、远程控制三种方式可以切换。根据工程现场情况，多采用自动控制方式：通过触摸屏设定控制、保护和开启的参数，选择“自动”开启后，整套系统即可自动运行。

（二）启动设备后，若现场均满足自动运行条件，设备按照程序顺序自动启动。如：油泵首先开始运行，此时油路上的电磁阀对应各自的启闭状态，保持冷油在较短的油路内循环，待到油温加热到一定程度时，相应的电磁阀开启，热油开始进入对应的埋件开始融冰。并且具有多种模式可供选择：如选择加热的门槽数量、开启的加热器数量（共有三组）等。

（三）整套装置设油位检测、油管压力检测、温度检测等，这些信号均接入控制系统，参加设备的报警及联锁停车，以保证设备和人身安全。

图一、热油融冰系统图

三、控制系统

（一）控制系统的硬件构成。

该套系统采用了施耐德公司型号为TWIDO的小型PLC作为主控单元，采用模块化的结构。组成单元有模拟量输入模板、数字量输入模板、数字量输出模板(Relay-Out)。运行过程中输入模板将系统的各种电量信号采集到PLC。通过预置在CPU单元中的控制程序运算后，将运算结果通过输出单元输出，驱动相应的线圈或接触器，开启电磁阀或电机，最终完成程序控制。其中CPU模块具有串行接口，连接了PRO_FACE公司生产的GP系列人机交互触摸屏，方便显示设备状态，设定参数。

图二、PLC控制系统硬件结构图

（二）控制系统的软件配置

施耐德小型PLC采用TwidoSoft软件进行编程，采用梯形图实现逻辑控制，并且还配置了自检和自恢复程序等特殊功能。TwidoSoft软件是标准的Windows界面，有应用程序浏览器和多窗口浏览支持编程、调试和配置，可与控制器进行多种方式（包括串行口）的通讯。很好的完成了本系统的控制和通讯任务。

（三）控制系统的特点

（1）选用的控制器先进且适合工程现场环境，控制系统实时性好，可靠性高。

（2）多种操作方式，控制方式有手动、自动、远控等方式，使系统灵活可靠。

（3）具有多种模式选择功能，根据工况和安全需要启闭相应的电磁阀，使油流经不同的油路，达到融冰及节能和保护设备安全的目的。

四、结束语

采用PLC作为控制单元的热油融冰系统具有可靠性高，使用方便，节能环保等特点。已经在南水北调京石段紧急供水工程中得到了广泛使用，能够很好的达到消冰融冰的效果，为冰期顺利输水提供了条件。

参考文献

【1】 王振兴 《热油融冰系统原理及操作维护》2010年

【2】张鹏 刘青 张志秀 《基于现场总线的闸门控制系统》 《工业仪表与自动化装置》 2007年第1期P50-P52

【3】OMRON公司 《可编程控制器操作手册》1997年

作者简介：刘彦凯（1979—），男，河北邢台人，2004年毕业于河北理工大学自动化专业，助理工程师，从事自动化设备管理工作。