談?chuàng)Q熱站供熱自動化控制系統(tǒng)

趙揚(yáng)

摘要：在倡導(dǎo)集約化、智能化城市建設(shè)的今天，城市集中供暖已成為生活、生產(chǎn)和建設(shè)的基礎(chǔ)性問題。隨著城市集中供熱事業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)有換熱站優(yōu)化運(yùn)行改造，設(shè)備淘汰更新，以及新增換熱站的需求都為換熱站優(yōu)化智能控制的應(yīng)用提供了市場空間。將高新科技、自動化趨勢和嶄新理念融入城市集中供暖系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)，發(fā)揮自動化城市集中供暖系統(tǒng)對節(jié)能、環(huán)保、民生的優(yōu)勢，全面提升城市集中供暖系統(tǒng)的效率刻不容緩。因此文章重點(diǎn)就換熱站供熱自動化控制系統(tǒng)展開相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：集中供熱；自動化系統(tǒng)；換熱站

中圖分類號：TU995；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2017）06—0162—01

引言

近年來，我國科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域迅速發(fā)展，城市建設(shè)改造進(jìn)程不斷加快帶動了相應(yīng)供暖管網(wǎng)改造工程的推進(jìn)，其中供暖管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計也受到了社會各界的廣泛關(guān)注，通過改進(jìn)城市供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的一系列舉措，可以有效減少資源消耗、節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本、提高城市供暖效率。

1集中供熱的發(fā)展現(xiàn)狀

集中供熱是指由集中熱源所產(chǎn)生的蒸汽、熱水，通過熱力管網(wǎng)供給一個城市或部分區(qū)域生產(chǎn)、采暖所需的熱量方式。供熱系統(tǒng)通常由熱源、熱網(wǎng)和熱用戶三個部分組成。熱源通常以煤、天然氣、重油為燃料，主要形式為換熱站和區(qū)域鍋爐房。我國的集中供熱產(chǎn)業(yè)盡管這些年來發(fā)展較快，相比于發(fā)達(dá)國家，我國的供暖設(shè)施和技術(shù)還是非常落后的，主要存在的問題是室內(nèi)溫度冷熱程度不均勻，在供熱過程中能量被成倍消耗，導(dǎo)致市內(nèi)溫度不能隨意調(diào)節(jié)，供熱效率很低。因此，提高能源利用效率，減少熱損失是刻不容緩的。

2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方案

2.1換熱站基本組成。換熱站作為集中供熱系統(tǒng)中熱用戶與供熱管網(wǎng)之間的連接場所，對提高供熱質(zhì)量和改善熱網(wǎng)工況起著關(guān)鍵作用。為了提高供熱品質(zhì)，一方面，需要對系統(tǒng)運(yùn)行中的各項參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；另一方面，二級管網(wǎng)的供水溫度需要依據(jù)環(huán)境溫度的具體值去調(diào)節(jié)，這樣就能夠保證熱用戶的室內(nèi)溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，可以節(jié)約大量能源，同時使用戶的生活和工作環(huán)境更加宜人。變頻器的輸出可以通過調(diào)節(jié)PLC來制，來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)循環(huán)泵或補(bǔ)水泵的輸出，達(dá)到管網(wǎng)壓力和供暖負(fù)荷的要求。

2.2系統(tǒng)組成及功能。系統(tǒng)可分為硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)兩部分。其中硬件控制系統(tǒng)主要由S7-200PLC、M430變頻器、觸摸屏組件及換熱器、電磁調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等組成；軟件控制系統(tǒng)主要由STEP7程序及Wince程序組成。預(yù)計實(shí)現(xiàn)的功能主要有：（1）通過S7-200采集和處理壓力、溫度、流量等模擬量參數(shù)；（2）換熱站自動控制，在HMI上實(shí)時顯示各類參數(shù)，以及自動控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并能夠進(jìn)行故障診斷；（3）環(huán)境溫度與供水溫度之間的對應(yīng)曲線可以根據(jù)供熱對象的特性以及當(dāng)?shù)貧夂驐l件來給出；（4）供水壓力的自動控制主要是由壓力傳感器結(jié)合PLC及變頻器來完成；（5）采用手動控制和自動控制相結(jié)合的控制方式。當(dāng)HMI或PLC出現(xiàn)故障時為確?；厮畨毫?zhǔn)確穩(wěn)定需將自動控制模式切換為手動操作控制。

2.3換熱站控制參數(shù)

2.3.1系統(tǒng)供水溫度控制。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時換熱站控制系統(tǒng)可以通過PLC來控制二級管網(wǎng)的供水溫度，以適應(yīng)環(huán)境的變化，保持恒定地室內(nèi)溫度。

2.3.2系統(tǒng)流量及定壓控制。由于系統(tǒng)流量、壓力的分布不均勻，致使冷熱不均衡的現(xiàn)象普遍存在于供熱系統(tǒng)之中，因此流量及壓力對供熱系統(tǒng)供熱質(zhì)量的影響是至關(guān)重要的。水壓只有在達(dá)到以下基本要求時才能保證供熱系統(tǒng)正常情況運(yùn)行：（1）保證熱網(wǎng)提供可能消耗的最大壓力給用戶，室內(nèi)系統(tǒng)能夠承受；（2）保證不損壞散熱器件；（3）保證供熱系統(tǒng)不倒空，水量充足。因此，制定合理靜水壓線和恒壓點(diǎn)就必須監(jiān)測和分析系統(tǒng)的水壓。常用的定壓方式有定壓罐定壓、膨脹水箱定壓、補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓等。通過綜合考量本系統(tǒng)采用補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓。其基本原理是根據(jù)換熱站控制系統(tǒng)的壓力變化情況，調(diào)整電源頻率，改變補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速，以便及時控制補(bǔ)水量，保證系統(tǒng)有一個恒定的恒壓點(diǎn)。

3供熱系統(tǒng)基本參數(shù)控制

3.1溫度控制。自動控制系統(tǒng)的目的是對供熱系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以確保系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以及運(yùn)行質(zhì)量。能夠使供熱效果達(dá)到平衡，能夠使熱網(wǎng)的水平失調(diào)得到消除，還能夠消除各換熱站的相互耦合作用，實(shí)現(xiàn)了對供熱管網(wǎng)的水力和熱力工況的全自動調(diào)節(jié)。當(dāng)供熱系統(tǒng)發(fā)生故障時，能夠及時得到檢測和報告，減小了發(fā)生危險的可能性。換熱站自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行通常都是采用小流量、大溫差的方式。對供水回路的模擬量如溫度、流量、壓力等進(jìn)行測量、采集、傳遞、控制，以保證實(shí)時監(jiān)測和控制一、二級管網(wǎng)供水回路溫度、流量、壓力，以及循環(huán)泵和補(bǔ)水泵工作的狀態(tài)等參數(shù)信息，負(fù)荷的實(shí)際輸出功率是循環(huán)泵監(jiān)控?zé)崃ο到y(tǒng)的有效依據(jù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)氣候補(bǔ)償、按需供熱等節(jié)能控制。

3.2在換熱站系統(tǒng)二次側(cè)具有一臺用來維持系統(tǒng)壓差恒定的控制供回水壓力差的循環(huán)泵。系統(tǒng)采用變頻、變流量的供熱方式以達(dá)到降低熱網(wǎng)輸送成本的目的。實(shí)現(xiàn)了對二次側(cè)供回水壓差的控制，就實(shí)現(xiàn)了對溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)采用PLC為處理器，通過變頻器，并結(jié)合環(huán)境溫度傳感器來調(diào)節(jié)循環(huán)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制循環(huán)泵的輸出流量，進(jìn)而達(dá)到熱負(fù)荷的需求，這樣就可以使電機(jī)在整個負(fù)荷變化過程當(dāng)中的能耗降低到最小。

總之，文章針對我國目前集中供熱系統(tǒng)普遍存在的供熱不均衡、不合理的現(xiàn)狀，以及集中供熱系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)換熱站的自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行了探討，系統(tǒng)采用了PLC作為采集和監(jiān)控設(shè)備的控制方案。包括了系統(tǒng)的硬件選型及構(gòu)成，監(jiān)控系統(tǒng)的模塊設(shè)計等內(nèi)容。此換熱站自動化控制系統(tǒng)的研制，降低了管理人員的工作強(qiáng)度，使其可以更加科學(xué)有效地管理和控制換熱站，提高了現(xiàn)代化管理水平，能夠?qū)⒓泄岬慕?jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著提高。