CN220730653U - 一种换热站控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种换热站控制系统,涉及供热技术领域，该系统包括人机交互界面组、主控制器组、中间控制器、传感器与执行器，其中，主控制器组包括第一主控制器和第二主控制器，人机交互界面组包括第一人机交互界面、第二人机交互界面与中间人机交互界面；传感器与执行器分别通过硬接线、串口通信或以太网与中间控制器通信，第一主控制器和第二主控制器分别通过以太网与中间控制器通信；第一主控制器对应配置第一人机交互界面，第二主控制器对应配置第二人机交互界面，中间控制器对应配置中间人机交互界面。本实用新型提出的控制架构能够在主控控制器因故障或技术升级时，由其他控制器接管其主控角色，使换热站运行的可靠性和连续性得到保障。

Description

一种换热站控制系统

技术领域

本实用新型涉及供热技术领域，尤其涉及一种换热站控制系统。

背景技术

供热工程中的换热站通常采用可编程逻辑控制器(PLC)作为主要控制设备，PLC采集换热站内传感器信号，根据人工输入或既定控制逻辑向执行器(如阀门、变频器)输出控制指令，实现工艺系统的运行控制和调节。换热站通常采用单套PLC作为主控制器，PLC的输入和输出信号直接来自现场仪表设备。

然而在一些情况下，传统控制架构不能完全满足功能需求，例如，在一些需要根据供热需求的变化不断进行系统软硬件扩展或升级的换热站，既需要进行新技术开发和调试，又希望保留原PLC及其内部程序作为“兜底”保障。再例如，换热站一般设计寿命较长，但换热站PLC及控制程序的提供商通常不向运营单位提供源程序，若提供商企业停止维护或相关程序年久丢失，则业主对换热站主控制系统软硬件的维护将难以把控，在供暖期一旦出现故障则需要较长时间才能恢复，导致停暖或供暖质量下降，影响居民和用热单位的正常生产生活。

实用新型内容

针对上述问题，提出了一种换热站控制系统，该控制系统包括人机交互界面组、主控制器组、中间控制器、传感器与执行器，其中，

所述主控制器组包括第一主控制器和第二主控制器，所述人机交互界面组包括第一人机交互界面、第二人机交互界面与中间人机交互界面；

所述传感器与所述执行器分别通过硬接线、串口通信或以太网与所述中间控制器通信，所述第一主控制器和所述第二主控制器分别通过以太网与所述中间控制器通信；

所述第一主控制器对应配置所述第一人机交互界面，所述第二主控制器对应配置所述第二人机交互界面，所述中间控制器对应配置所述中间人机交互界面。

可选的，所述第一主控制器、所述第二主控制器与所述中间控制器为同一型号的PLC产品，或为不同型号的PLC产品。

可选的，所述第一人机交互界面、第二人机交互界面和所述中间人机交互界面为允许人与控制器进行交互的软硬件，包括：

触摸屏设备、按钮、开关、可传输远程指令的网络界面和协议。

可选的，所述中间控制器，用于：

采集传感器信号并存储在运行内存；

在所述中间控制器接管主控权限时，根据所述中间人机交互界面的控制指令控制所述执行器。

可选的，所述中间控制器，还用于：

根据所述第一主控制器或所述第二主控制器的请求信号移交主控权限；

在所述第一主控制器或所述第二主控制器主控时，根据所述第一主控制器或第二主控制器的控制指令控制所述执行器；

以及，在所述第一主控制器或所述第二主控制器主控时，持续监测所述第一主控制器或所述第二主控制器的状态，当发现所述第一主控制器或所述第二主控制器处于故障状态或无法通讯时，所述中间控制器自动接管主控权限。

本实用新型的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

通过增添多个主控制器以及中间控制器，保证了当某一控制器因故障或技术升级等因素需要退出主控而进入跟随状态时，可安全、快速地由其他控制器接管其主控角色，从而保证工艺系统连续、稳定工作，不会导致换热站故障停机，并在某一控制器升级控制程序并重新投运后发现工作异常时，通过迅速恢复其他主控制器为主控，可以在很短时间内即可恢复换热站的正常工作状态。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例示出的一种换热站控制系统的架构示意图；

图2是根据本实用新型实施例示出的工作模式E下的数据流向示意图；

图3是根据本实用新型实施例示出的工作模式A下的数据流向示意图；

图4是根据本实用新型实施例示出的工作模式B下的数据流向示意图；

图5是根据本实用新型实施例示出的工作模式E切换至模式A的流程图；

图6是根据本实用新型实施例示出的工作模式A主动退出至模式E的流程图；

图7是根据本实用新型实施例示出的工作模式A被动退出至模式E的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，换热站控制系统包括人机交互界面组、主控制器组、中间控制器E、传感器与执行器，其中，所述主控制器组包括第一主控制器A和第二主控制器B，所述人机交互界面组包括第一人机交互界面HMI_A、第二人机交互界面HMI_B与中间人机交互界面HMI_E。

本实用新型实施例中，所述传感器与所述执行器分别与所述中间控制器E连接，所述第一主控制器A和所述第二主控制器B分别通过以太网与所述中间控制器E通信，所述第一主控制器A对应配置所述第一人机交互界面HMI_A，所述第二主控制器B对应配置所述第二人机交互界面HMI_B，所述中间控制器E对应配置所述中间人机交互界面HMI_E。

需要指出的是,主控制器组内主控制器的数量并不仅仅有第一主控制器A和第二主控制器B，根据实际需求可以接入更多的主控制器。

本申请实施例中，各控制器间通过以太网进行通信，既可以通过线缆进行有线连接通信，也可以通过无线进行通信，执行器与传感器分别通过硬接线、串口通信或以太网与所述中间控制器通信，且第一人机交互界面HMI_A、第二人机交互界面HMI_B与中间人机交互界面HMI_E为允许人与控制器进行交互的软硬件，包括：

触摸屏设备、按钮、开关、可传输远程指令的网络界面和协议。

本申请实施例中，硬接线指通过电缆直接传递如4～20mA电流、0～5V电压等模拟量信号，串口通信包括基于RS485总线的Modbus协议。

如图1所示的架构，中间控制器E与现场仪表和执行机构连接，主控制器A和B不与现场仪表和执行机构连接，中间控制器E采集传感器信号并存储在运行内存中，接受外部控制指令按照设定的工作模式将有效的控制信号输出至现场执行机构。也即，所有的控制指令都必须通过中间控制器E发出，主控制器A和B的控制指令不直接发往执行机构。

需要注意的是，本实用新型实施例中，主控制器A和B各自运行的控制程序可以相同，也可以不同，优选情况是二者运行不同的控制程序，此外，在当前的架构设计下，控制器A、B和E之间通过通讯的方式进行连接，只需要采用共同支持的通讯协议即可构成有效的控制架构，因此这些控制器可以是相同品牌系列的PLC产品，也可以是完全不同的厂商品牌。

另外，本实用新型提出的换热站控制系统的工作模式有三种：

模式E：中间控制器E主控，主控制器A和B跟随。该模式下主控制器A、B均不做决策和逻辑运算，不向中间控制器E发出指令，而是使其控制指令跟随中间控制器E发出的控制指令，换热站控制指令来自于HMI_E，经中间控制器E发送至执行器。

即，本模式下换热站运行为经中间控制器E的手动控制，实际控制行为与主控制器A、B解列而只存在中间控制器E相当。

模式A：主控制器A主控，主控制器B跟随，中间控制器E执行。该模式下，中间控制器E将来自于主控制器A的控制指令转发至执行机构，主控制器A可以运行在手动模式下，也可以运行在自动模式下，此时主控制器B跟随中间控制器E。

模式B：主控制器B主控，主控制器A跟随，中间控制器E执行。该模式下，E将来自于主控制器B的控制指令转发至执行机构，主控制器B可以运行在手动模式下，也可以运行在自动模式下，此时主控制器A跟随中间控制器E。

需要说明的是，上述工作模式可以互相切换。在模式E下，主控制器A或B可以向控制器E发出接管主控请求，后者判断允许接管后系统切换至模式A或B。在模式A或B下，主控制器A或B可以主动向控制器E发出请求退出主控，或者控制器E发现控制器A或B故障或无法通讯时，控制器E也将接管主控。

下面给出一个实施例，用于详细介绍本实用新型提出的换热站控制系统。

某换热站原采用一套西门子S7 1200系列PLC作为主控制器。该换热站当前为办公楼和宿舍楼提供采暖热水，但未来还规划要为某生产车间供暖。与生活采暖不同，该生产车间的采暖负荷波动较大，原有的面向生活供暖的换热站运行控制方式不能完全适用，考虑到未来控制逻辑升级和调试的需要，本换热站的控制架构按照本实用新型的技术方案进行调整。

该实施例中，采用一套西门子S7 1214C PLC(1214C CPU配套模拟量输入AI/输出AO模块、数字量输入DI/输出DO模块)作为中间控制器E，采用两套西门子S7 1212C CPU分别作为主控制器A和B，由于主控制器A和B不需从现场设备直接采集数据故不配备AI/AO/DI/DO模块。

该实施例中，三套PLC通过以太网交换机基于Profinet协议进行通信。中间控制器E通过AI和DI模块采集传感器信号并将其保存在程序数据块DBE_I中，A和B读取DBE_I程序块中的数据，并将其储存在程序数据块DBE_A和DBE_B中，相当于A、B间接采集了现场传感器信号，且中间控制器E中设置专门的数据块DBE_O_T放置最终控制指令，这些指令将通过E的AO、DO模块发往现场执行器。

除此之外，E中设置专门的数据块DBE_O_A和数据块DBE_O_B分别存储来自A、B的控制指令，以及专门的数据块DBE_O_E存储来自HMI_E等直接与E连接的输入装置的控制指令。

如图2所示，系统上电启动时默认进入模式E，此时中间控制器E进入主控状态，主控制器A和B为跟随状态，中间控制器E持续将DBE_O_E中的控制指令传送至DBE_O_T，此时现场执行器接收的控制指令来自于中间控制器E，而主控制器A和B中的控制指令数据块DBA_O与DBB_O直接读取和复制存储中间控制器E中控制指令数据块DBE_O_T的数据。

其中，图2中实线箭头指代控制指令流向，浅虚线箭头指代现场采集数据流向，深虚线箭头指代指令数据流向。

如图3和图5所示，当希望使主控制器A充当主控时，或者说需要进入工作模式A时，通过主控制器A向中间控制器E发送信号请求接管主控，中间控制器E接到请求信号后判断是否允许接管，当系统处于工作模式E时允许接管从而回复“同意”信号，若当系统处于工作模式A或B时，将忽略/拒绝接管，此后主控制器A将其存储在DBA_O中的控制指令发送至E的DBE_O_A数据块，而中间控制器E则持续将DBE_O_A中的控制指令传送至DBE_O_T，此时现场执行机构接收的控制指令实际源头上来自于主控制器A。

此时，若主控制器B向中间控制器E发送信号请求接管主控，中间控制器E因系统处于A主控状态故将拒绝B的请求，若需解除主控制器A主控状态，则由控制器E向主控制器A发出退出主控指令或主控制器A向中间控制器E发出退出主控请求，参考图6。

随后，主控制器A退出主控后自动进入跟随状态，中间控制器E则自动进入主控状态，即工作模式E，此时主控制器B若发出请求接管主控的信号则将会被中间控制器E同意，从而系统进入主控制器B主控的状态，即转换为工作模式B，如图4所示。

另外，如图7所示，当系统处于工作模式A时，中间控制器E持续监测主控制器A状态，当发现控制器A处于故障状态或无法通讯时，中间控制器E自动将自身状态切至E主控状态。因此，本结构允许A或B之一故障或解列而不影响换热站正常运行。当A、B同时故障时，系统自动进入E主控状态，换热站仍可安全运行。

本实用新型实施例中，在技术人员进行阶段性更新升级控制程序时，可先将主控制器A置于主控，对主控制器B进行程序升级，然后切换至主控制器B为主控，测试验证换热站是否按预期逻辑运行，若存在异常则切回主控制器A主控并改进主控制器B的控制程序，然后再切换至主控制器B为主控再次测试验证，重复上述过程直至工作无异常后可保持主控制器B为主控。后续需要继续升级控制程序时，则以主控制器A为升级对象，同理重复前述过程。可以看出，通过对A、B两台控制器交替改进升级，可保证换热站始终有一台控制器运行版本稍早但经过验证的控制程序，因此控制程序始终有“回退”选项，使换热站运行可靠性和连续性得到很好保障。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本实用新型中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本实用新型的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (5)

1.一种换热站控制系统,其特征在于，包括人机交互界面组、主控制器组、中间控制器、传感器与执行器，其中，

所述主控制器组包括第一主控制器和第二主控制器，所述人机交互界面组包括第一人机交互界面、第二人机交互界面与中间人机交互界面；

所述传感器与所述执行器分别通过硬接线、串口通信或以太网与所述中间控制器通信，所述第一主控制器和所述第二主控制器分别通过以太网与所述中间控制器通信；

所述第一主控制器对应配置所述第一人机交互界面，所述第二主控制器对应配置所述第二人机交互界面，所述中间控制器对应配置所述中间人机交互界面。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一主控制器、所述第二主控制器与所述中间控制器为同一型号的PLC产品，或为不同型号的PLC产品。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一人机交互界面、第二人机交互界面和所述中间人机交互界面为允许人与控制器进行交互的软硬件，包括：

触摸屏设备、按钮、开关、可传输远程指令的网络界面和协议。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中间控制器，用于：

采集传感器信号并存储在运行内存；

在所述中间控制器接管主控权限时，根据所述中间人机交互界面的控制指令控制所述执行器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中间控制器，还用于：

根据所述第一主控制器或所述第二主控制器的请求信号移交主控权限；

在所述第一主控制器或所述第二主控制器主控时，根据所述第一主控制器或第二主控制器的控制指令控制所述执行器；

以及，在所述第一主控制器或所述第二主控制器主控时，持续监测所述第一主控制器或所述第二主控制器的状态，当发现所述第一主控制器或所述第二主控制器处于故障状态或无法通讯时，所述中间控制器自动接管主控权限。