基于 PLC的医院供暖控制系统设计

杨宏春

国家电网公司北京电力医院 北京 100073

摘要：本文结合我院供暖存在的实际问题，通过在供暖系统中加装可编程序控制器(PLC)和环境温度传感器，监测室外环境温度和用户室内温度，利用热工迭代算法对各支路供暖温度进行实时调节, 实现了分时分区供暖、自动化运行、远程控制等功能，有效降低了运行能耗，取得了良好的经济效益。

关键词：供暖系统；自动控制；气候补偿

基本情况

我院创建于1989年，1997年通过国家卫生部（现国家卫生健康委员会）评定，成为一所集医疗、教学、科研、预防、健康管理为一体的三级综合医院。医院在2013年完成改扩建后总供暖面积达到196832.06㎡，每年供暖季的供热费用随之增加，亟需通过自动控制技术实现供热系统的实时状态监测、自动化节能运行。

存在的问题

换热站位于门诊楼B区地下三层,承担着门诊病房楼、病房楼、办公楼、体检楼及家属区住宅楼等建筑的暖气供应任务。系统热源为市政热力，市政一次热水进入换热站分水器后被分为门诊楼低区（主要为门急诊）、门诊楼高区（主要为病房）、病房楼、体检楼、住宅楼5个支路，每个支路通过板式换热器与各自的二次系统进行热交换。节能改造前，供暖系统缺少基本的监测与自动控制装置，节能工作完全依靠值班人员凭经验手动调节电脑参数或阀门来完成，对负荷的实时跟踪控制不足，无法做到跟随供热负荷实际需求变化实时调整。其次，门诊楼、病房楼、办公楼、住宅楼未实现分时分温控制，各支路无法根据实际需要进行动态调节，造成了能源的浪费。

1智能控制系统工作流程图

改 造内容和效果

1.工作原理

供暖系统热负荷受很多因素影响，包括地理位置、室外温度、风速、太阳辐射量等气象及建筑物保温性能、管网热损失、室内人为因素的影响。本次节能改造原理主要基于气候补偿器和热工迭代算法，PLC自控系统综合以上变量参数设定热工迭代算法，在系统中设定不同时间段、不同区域的室内温度曲线，如对于办公楼、体检楼，可根据办公时间来设定供暖模式，在非工作时间仅需保证管路防冻温度即可。当室外气候温度变化时，PLC控制器计算出理论供回水温度并调节一次回水电磁三通阀开度，以此确保实际供回水温度和理论值达到一致。假如当室内实测温度仍高于系统设定值时，系统会进一步进行调节降低二次回水温度；当室内实测温度低于系统设定值时，系统会提高回水温度，经过多次迭代计算求偏，使室内温度最终达到最优值。通过上述方法有效解决供暖温度与外部环境变化不匹配、人工依靠经验调节不准确等问题，可以在不影响供暖质量的前提下，分别控制和调节各区域的温度，真正做到了按需供热，达到了节能目的。

2.系统结构和功能

自控系统根据我院供热系统的特点，由可编程序控制器(PLC) 、输入单元、输出单元、数据采集单元、执行单元和人机界面组成，具有运行状态监测、故障报警、运行信息记录、远程控制等功能。数据采集单元由两部分组成: ①安装在室外，用来测量室外温度的温度传感器；②安装在室内，用来测量室内温度的温度传感器。执行单元由电磁三通阀组成。人机界面包括下面几个内容: ①工艺流程图: 在该画面中实现动态模拟整个供暖的过程,实时显示环境温度、供回水温度，以便对现场设备的故障进行监测。②系统设置：管路者可通过系统设置，在极端天气、市政热力一次热源出现异常等情况时调整运行参数，以满足供暖需求。

2分系统结构图

3.节能效果

2018改造后，医院加强了试运行调试阶段的运行监测，定期检查各楼宇实际供暖情况，提取系统监测历史数据，分析比对参数设置的合理性，并进行了多次适应性调整，最终使系统运行参数达到最优值。经过两年来的稳定运行，医院供暖热力消耗较前几年显著下降，如下表所示：

年度	供暖用热量（GJ）	下降比例
2016	33156	改造前平均值31477GJ
2017	30349
2018	30928
2019	25881	17.78%
2020	26519	15.75%

改造后，2019年医院供暖用热量下降17.78%；2020年，虽然由于天气寒冷，供暖天数延长和供暖问题均有所提高，用热量仍下降15.75%，可见改造后的自控主机运行效果良好。此外，改造后整个供热系统的温度、电磁阀开度等运行情况均可以通过工艺画面直观显示，系统的运行参数、历史数据也可通过互联网在任何地点随时调取查看、调整，大大方便了管理人员。

结语：换热站是医院的供热中心，也是能耗大户。有针对性的对供热系统进行节能改造，对降低热力使用量、控制医院运行成本能够起到积极的促进作用。广大医院后勤管理者应充分结合自身实际情况，积极采用先进的设备和现代化控制技术，以达到节约能耗的目的。

参考文献：

[1] 朱昭璐．基于气候补偿器的换热站控制系统的优化设计[J]．工业控制计算机，2015，9：86-87.

[2] 赵乃波.校园供热节能控制系统研究与开发[J]．工业控制计算机，2008，2：31-32.

[3] 赵唯萍.医院供热系统节能改造工作研究[J]．中国医院建筑与装备，2010, 10：67-70.

[4] 朱萌.医院后勤管理中供热系统的节能改造[J]．中国医药导报，2014, 26：153-156.

[5] 张革平.浅析供热系统的节能措施[J] .管理观察，2013，12：52-53.

作者简介： 杨宏春，男，硕士学位，电力工程师，主任助理 ，籍贯河南新乡，硕士学位，电力工程师，主任助理 ，研究方向：医院后勤管理。