錫林浩特集中供熱系統(tǒng)解析

孟志強(qiáng)

【摘要】本文主要介紹了錫林浩特集中供熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)、通訊方式、監(jiān)控布局、設(shè)備選型等幾個(gè)方面的內(nèi)容，以供有關(guān)設(shè)計(jì)人員參考，并共同學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】環(huán)網(wǎng)；TCP/IP協(xié)議；波特率；帶寬

前言

錫林浩特市地處內(nèi)陸偏遠(yuǎn)地區(qū)，氣候干燥寒冷，采暖期要比我國北方大部分地區(qū)長2～3個(gè)月。集中供暖對于這座城市意義深遠(yuǎn)。2012年我們成建了此地區(qū)部分集中供熱管網(wǎng)的建設(shè)，但覆蓋面積達(dá)到了全市的2/3多。直至今日，項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定，效果顯著。

一、項(xiàng)目簡介

錫林浩特集中供熱換熱站系統(tǒng)共19個(gè)分站，1個(gè)主站。分站設(shè)置觸摸屏，并采用無人職守方式，同時(shí)在分站設(shè)置監(jiān)控。分站與主站通過光纖環(huán)網(wǎng)連接，系統(tǒng)穩(wěn)定、節(jié)省資源。

二、換熱站自控系統(tǒng)構(gòu)成

針對錫林浩特集中供暖情況，對于各個(gè)換熱站，統(tǒng)一增加自控儀表、PLC及變頻設(shè)備。

自控系統(tǒng)利用TCP/IP協(xié)議，借助光纖環(huán)網(wǎng)將換熱站的控制智能化，實(shí)現(xiàn)一次熱網(wǎng)平衡，最終達(dá)到換熱站節(jié)能運(yùn)行、無人職守、集中監(jiān)控的目的。

換熱站自控系統(tǒng)按控制回路分，則可分為：

一次網(wǎng)流量控制回路、二次網(wǎng)循環(huán)控制回路、二次網(wǎng)定壓補(bǔ)水回路。

在換熱站自控系統(tǒng)中，一次網(wǎng)流量控制回路主要通過調(diào)節(jié)一次回水調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)。

二次網(wǎng)的調(diào)節(jié)回路則是通過調(diào)節(jié)二次網(wǎng)循環(huán)泵來實(shí)現(xiàn)。二次網(wǎng)定壓補(bǔ)水是通過補(bǔ)水泵實(shí)現(xiàn)。

1.一次網(wǎng)回路控制

換熱站的一次網(wǎng)回路控制，主要是熱負(fù)荷控制。通過控制調(diào)節(jié)一次網(wǎng)回路上的電動調(diào)節(jié)閥，來調(diào)節(jié)流過換熱站的一次熱水的流量。

在換熱站控制系統(tǒng)中，根據(jù)目前室外溫度情況，參考一次網(wǎng)供回水溫度及各換熱站反饋的二次網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出各換熱站一次網(wǎng)控制閥門的開度指令或二次網(wǎng)目標(biāo)控制溫度，從而實(shí)現(xiàn)全熱網(wǎng)的熱資源均勻分配。

2.二次網(wǎng)循環(huán)泵控制

傳統(tǒng)換熱站系統(tǒng)循環(huán)泵通常采用工頻泵，循環(huán)泵選定后，換熱站二次網(wǎng)的流量無法進(jìn)行調(diào)整，從而造成換熱站系統(tǒng)無法根據(jù)室外溫度及實(shí)際供熱需求來調(diào)整，造成熱力及電力資源的浪費(fèi)。而且大功率的工頻泵在起停時(shí)會對電網(wǎng)造成沖擊。

換熱站控制系統(tǒng)根據(jù)各系統(tǒng)的實(shí)際情況，設(shè)定一個(gè)供回水壓差目標(biāo)值。設(shè)定此供回水壓差值以滿足二次管網(wǎng)的供暖水循環(huán)。在此基礎(chǔ)上，換熱站PLC系統(tǒng)通過測量二次網(wǎng)供回水溫差來對循環(huán)泵進(jìn)行修正。當(dāng)二網(wǎng)供回水溫差偏大時(shí)，則需提高循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，加大二網(wǎng)流量，提高二網(wǎng)回水溫度，改善供熱效果；當(dāng)二網(wǎng)供回水溫差過小時(shí)，需適當(dāng)降低循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，減小二次網(wǎng)的流量，實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行模式。

這種調(diào)整可以起到節(jié)約電能及熱能的效果，在大型熱網(wǎng)中，這種節(jié)能手段就能取得可觀的效果。

3.二次網(wǎng)定壓補(bǔ)水控制

二次網(wǎng)的補(bǔ)水控制采用的是定壓控制，隨著城市集中供熱的發(fā)展，系統(tǒng)的熱負(fù)荷越來越大，換熱站系統(tǒng)所帶的供暖面積都比較大，并且供熱網(wǎng)條件不一，二網(wǎng)系統(tǒng)的水力損失較大。

嚴(yán)重的水力損失使得二次網(wǎng)的補(bǔ)水系統(tǒng)壓力加大，補(bǔ)水頻繁。而傳統(tǒng)的工頻補(bǔ)水泵的頻繁起停，容易造成二次管網(wǎng)壓力的波動。

在熱負(fù)荷較大的系統(tǒng)中，我們建議采用補(bǔ)水泵變頻控制，對補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行精確的微調(diào)。當(dāng)系統(tǒng)失水時(shí)，二網(wǎng)壓力下降，系統(tǒng)會通過變頻器控制補(bǔ)水泵以一定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)當(dāng)前壓力與目標(biāo)壓力的差值均勻調(diào)整，從而避免補(bǔ)水泵在啟動和停止時(shí)對二次網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。

在換熱站中使用變頻器及可編程控制器，充分發(fā)揮變頻器的調(diào)速和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)及可編程控制器配置靈活、控制可靠、編程方便的優(yōu)點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了可靠保障

三、通訊方式

錫林浩特集中供熱自動控制系統(tǒng)包括換熱站19座，每座換熱站設(shè)置一臺PLC-200控制器，主站為PLC-300控制器并放置在集中供熱主控室內(nèi)，并為各個(gè)分站配備合理的上位機(jī)，并通過光纖接受19座換熱站上傳的信號，在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控功能。

方案初期我們也考慮過無線通訊的方式，但經(jīng)過實(shí)地考察后看到了很多潛在的問題。比如城市建設(shè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面不夠；有些特殊地區(qū)信號屏蔽（例如安防、監(jiān)獄場所）；通訊網(wǎng)絡(luò)混雜，信號易受干擾；專用無限網(wǎng)絡(luò)價(jià)格高昂等制約因素。

綜合考慮，我們最終選取了沿工藝管道敷設(shè)光纖的方式，這樣即提高了網(wǎng)段的可靠性，也節(jié)約了因租用專用網(wǎng)絡(luò)所帶來的高成本。

四、換熱站監(jiān)控布局

由于換熱站無人看守，所以必須在各個(gè)基站布置攝象機(jī)，采集圖象信息，供管理人員參考。圖象采集信息量大，傳輸距離遠(yuǎn)，全程長達(dá)10多公里，這就要求監(jiān)控布局合理并且適當(dāng)優(yōu)化，得到業(yè)主最滿意的性價(jià)比。

利用普通網(wǎng)絡(luò)傳輸，帶寬最大也就4M多，根本達(dá)不到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。最終我們采取了分布式布置模式，采用各基站統(tǒng)一加裝交換機(jī)，通過光纖高速率的傳輸效果實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

五、裝備情況

1.PLC控制系統(tǒng)采用西門子產(chǎn)品。各換熱站分站使用PLC-200控制器，并設(shè)置觸摸屏。在主站設(shè)置PLC-300系統(tǒng)，兩者之間通過光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊。

2.系統(tǒng)配置要求：配置工控機(jī)，內(nèi)裝WindowsXP SP2；HMI監(jiān)控軟件為Wincc7.0。

3.現(xiàn)場一次儀表選型已符合國際標(biāo)準(zhǔn)滿足生產(chǎn)需求為準(zhǔn)，選用國內(nèi)知名品牌。

4.通訊設(shè)備選型以符合國際標(biāo)準(zhǔn)滿足生產(chǎn)需求為準(zhǔn)，選用國內(nèi)知名品牌。

5.電纜選用YJV、KVVP、KVV等型號。

6.二次網(wǎng)的循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵增設(shè)變頻器，變頻器可選西門子產(chǎn)品。

六、結(jié)束語

通過換熱站自動控制系統(tǒng)的投運(yùn)，過去主要依靠人工調(diào)節(jié)的控制手段會得到徹底改善，熱網(wǎng)的運(yùn)行得到合理控制，失調(diào)現(xiàn)象會得到有效地解決，消除了熱網(wǎng)中各站冷熱不均的現(xiàn)象。

按需供熱、節(jié)能降耗，而且改變了不合理的小溫差大流量運(yùn)行方式，既保證了遠(yuǎn)端客戶的供熱需要又避免了近端用戶的過熱現(xiàn)象直接提高了熱網(wǎng)的供熱效果。

參考文獻(xiàn)

[1]集中供熱設(shè)計(jì)手冊.中國電力出版社

[2]城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范.CJJ 34-2010.