集中供热因具有节约能源和改善城市环境等方面的积极作用，而日益成为城市公用事业的一个重要组成部分。华电青岛发电有限公司积极开展热电联产项目，满足了青岛市集中供热布局的大调整、大发展，及2008年奥运会青岛赛区的要求，同时，也使整个青岛市区大气环境质量和市民生活品质得到了大幅度的提高。
　　作为集中供热系统的主要组成部分——换热首站，是热源输出的重要关口。2004年10月在华电青岛发电有限公司建成了青岛市市内最大的无人值守换热首站，供热面积达70万平方米，成为了青岛市自动化程度及投入率最高的换热首站之一。
　　换热首站自控系统的设计要求
　　该换热首站主要由三台汽水换热器组成的换热系统、四台循环水泵组成的循环水系统及两台补水泵组成的补水系统来构成。根据生产工艺设计要求，换热首站的自控系统采用典型的两级监控方式。上位机以标准的工业控制计算机（IPC）作为主要的人机界面（HMI），为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器（PLC）构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。　　
　　（1）在生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数。需要通过PLC对这些参数进行实时采集和处理。
　　（2）换热首站的自动控制，即实现整个进汽和供水过程的全自动控制，进行故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数并控制设备运行状态。
　　（3）根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供水温度之间的对应曲线。控制器可以通过这条曲线根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽流量进行控制，已达到对二次供水温度的控制。此设计的特点在于能够通过室外温度对二次供水的温度进行控制，以达到节省能源，提高供热质量的目的。另外在控制器中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。
　　（4）自控系统通过加入时间日程表的控制，实现一天当中不同时刻对应不同的温度。
　　（5）通过采用西门子的压力传感器、控制器以及变频器来实现对二次供水压力的控制，由于控制器可编程的灵活性，可以实现变频器的低频限制，以避免变频器、水泵长时间在低频运行，从而保护电机及变频器。当一台补水泵无法通过变频补水达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行补水。最终实现更加智能化的恒压补水控制。
　　（6）对调节系统可采用手操器控制，确保进汽和供水的温度、压力准确稳定，使换热温度达到用户的要求，并对其故障实现实时报警和联锁启停切换控制。
　　系统选型及特点
　　为了满足上面提到的换热首站自控系统的设计要求，我们选用西门子公司SIMATIC S7-300可编程控制器（PLC）和研华公司IPC-610工控机（IPC）构成的自控系统，再配以先进的WinCC监控软件，来实现换热首站自控系统的各项功能。
　　S7-300采用模块化结构、适合密集安装，模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、通信处理器CP等模块，并且可以通过接口模块实现多个机架的扩展工作方式。根据要求本系统所选用的硬件产品，如下所示：
　　（1）工业控制计算机（IPC）
　　ADVANTECH IPC-610，Pentium IV 2.8GHz处理器，512Mb内存，80Gb硬盘；
　　（2）中央处理单元 (CPU)
　　CPU 314，24V供电，48KB工作内存，DI/DO最大1024点，AI/AO最大256点；
　　（3）信号模块 (SM)
　　SM 321，数字量输入模块3块；
　　SM 322，数字量输出模块2块；
　　SM 331，模拟量输入模块6块；
　　SM 332，模拟量输出模块2块；
　　（4）通讯处理器 (CP)
　　RS485 中继器2块；
　　（5）负载电源模块 (PS)
　　PS 370，电源模块1块。
　　（6）接口模块 (IM)
　　IM 365，接口模块2块。
　　系统网络拓扑结构如图1。
　　可编程控制器硬件组成结构，如图2。


图1：华电青岛发电有限公司70万换热首站自控系统网络结构图


图2：换热首站自控系统中SIMATIC S7-300 PLC组成结构图

　　软件组态过程与效果
　　工控组态软件WinCC(Windows Control Center)是一个集成的人机界面（HMI）和监控管理系统，是世界上第一个集成的人机界面（HMI）软件系统。它真实的将工厂控制软件集成到自动化过程中。HMI人机界面系统作为基础自动化系统重要组成部分，用于控制系统的各种数据的设定、显示、故障报警，以及相应操作和设备的在线调试及维护，发挥越来越重要的作用。换热首站HMI系统信息以友好方式与用户交互。通过自动化控制系统接收过程计算机（PCS）和操作人员通过HMI输入的数据进行处理，处理后再将过程数据信息、机组状