換熱站自控系統(tǒng)節(jié)能建設(shè)探究

崔潔

摘 要：隨著現(xiàn)代生活的提高，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，一些機械的運行離不開能源的消耗。而在集中供暖這塊來說。換熱泵是供熱站的主要能量提供的地方。隨著人類對于能源的需求日益突出。但是人類飽受環(huán)境污染和能源的緊缺的困擾，這使得節(jié)能設(shè)備的開發(fā)得到快速發(fā)展。在城市化的過程中，集中供熱作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，集中供熱系統(tǒng)對于提高能源利用率、擴大城市熱化率和保證供熱質(zhì)量方面有突出的效果。

關(guān)鍵詞：換熱站；自控系統(tǒng)；建立

這些年城市化的進度日益加快，集中供熱的范圍也越來越大。而城市的熱源一般是比較集中，熱源廠通過城市高溫水管道、蒸汽管道將熱水、蒸汽送至各居民小區(qū)、企業(yè)中的換熱站。在換熱站高溫水管道、蒸汽中的高溫水、蒸汽與進居室暖氣片的熱水通過換熱器交換熱量。經(jīng)過換熱后，二次網(wǎng)中熱水流入各居室中。在這個熱傳遞過程中，熱源廠供熱調(diào)度要實時監(jiān)視分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)，通過這些數(shù)據(jù)來控制換熱站中各種設(shè)備的運行。同時，根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)熱源廠運行機組，保證供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

供熱系統(tǒng)是個慣性系統(tǒng)，供熱范圍越大慣性越強，換熱站的逐年增加，供熱網(wǎng)絡(luò)不斷延伸和擴展，這都使得供熱網(wǎng)的熱力調(diào)節(jié)難度越來越大，同時由于我國逐步推行“分戶供暖”和“按需收費”這更增加了用熱量的不確定性和隨機性，這都為如何保障供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提出了新的要求。

1 換熱站自控系統(tǒng)建立的必要性

1.1 換熱站的調(diào)節(jié)現(xiàn)狀

目前多數(shù)的換熱站仍然是獨立運行、手工操作和人工監(jiān)控，這一方面增加了供熱人力成本；另一方面操作人員的素質(zhì)低造成設(shè)備事故的情況也很常見，這都大大影響了集中供熱安全性。而且由于換熱站的監(jiān)控數(shù)據(jù)與熱源廠熱力調(diào)度不能實時傳輸，造成熱力調(diào)度無法對熱源廠運行狀況進行系統(tǒng)的分析判斷，導(dǎo)致熱力失調(diào)用戶冷熱不均，不能實現(xiàn)供熱系統(tǒng)整體最佳狀態(tài)，影響供熱效果而造成能源的極大浪費。

1.2 換熱站自控系統(tǒng)建立的必要性

按照國家十二五節(jié)能規(guī)劃，建筑節(jié)能指標(biāo)要實現(xiàn)節(jié)能50%的目標(biāo)，其中建筑物約承擔(dān)節(jié)能35%的任務(wù)，供熱系統(tǒng)約承擔(dān)節(jié)能24%的任務(wù)。因此集中供熱作為供熱系統(tǒng)的最主要方式應(yīng)該在節(jié)能工作中起到示范作用，供熱系統(tǒng)節(jié)能不僅要提高管道的保溫性能、控制管網(wǎng)失水外，更主要的是提高熱力調(diào)度的效率。建立換熱站自動控制系統(tǒng)，可以提高供熱管理水平，消除熱力失調(diào)。

2 換熱站自控系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 換熱站的組成和功能

換熱站的組成，一般由汽（水）水換熱器組成的換熱系統(tǒng)、循環(huán)水泵組成的循環(huán)水系統(tǒng)和補水泵組成的補水系統(tǒng)來構(gòu)成。其功能為：

（1）換熱站入網(wǎng)的熱量調(diào)節(jié)。當(dāng)入網(wǎng)供熱能力正常時，換熱站的調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)設(shè)定值自我調(diào)節(jié)實現(xiàn)可靠運行。

（2）換熱站對熱用戶終端的調(diào)節(jié)。對于熱用戶終端的調(diào)節(jié)主要就是要實現(xiàn)對熱用戶終端網(wǎng)供、回水溫度和壓力的調(diào)節(jié)，最關(guān)鍵的是如何對循環(huán)水泵的控制。

（3）換熱站補水部分的調(diào)節(jié)。在換熱站運行期間，熱用戶終端系統(tǒng)會出現(xiàn)跑、冒、滴、漏和用戶偷放水現(xiàn)象。循環(huán)熱水的流失會使回水壓力過低，有可能形成熱水汽化，引起熱交換器的劇烈振動。這會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的供熱效果和設(shè)備的運行安全。換熱站補水恒壓系統(tǒng)的作用是防止熱用戶終端倒空，保證系統(tǒng)在規(guī)定壓力下恒壓運行。

（4）換熱站的現(xiàn)場監(jiān)視功能。自動系統(tǒng)應(yīng)該能夠根據(jù)各處的傳感器傳回的數(shù)據(jù)自動進行故障判斷，并在監(jiān)控畫面上顯示控制設(shè)備運行狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)。故障的診斷由換熱站控制器內(nèi)的軟件通過數(shù)據(jù)分析來完成。

（5）換熱站的自我保護功能。換熱站的控制系統(tǒng)根據(jù)溫度、壓力、流量、液位等傳感器的數(shù)據(jù)，進行自我判斷，并進行有關(guān)的動作進行換熱站設(shè)備自我保護，避免發(fā)生危險。

2.2 自動控制系統(tǒng)的各單元結(jié)構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)采集控制單元。換熱站供熱系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集單元承擔(dān)換熱站自控系統(tǒng)將溫度、壓力、流量、液位的模擬量和設(shè)備狀態(tài)等開關(guān)量信號，從現(xiàn)場設(shè)備工作儀表由信號電纜直接到系統(tǒng)控制柜內(nèi)部端子。由于數(shù)據(jù)變量是溫度的變化，而這個參數(shù)是模擬量，參數(shù)相對變化較慢，所以數(shù)據(jù)采集要將模擬量參數(shù)經(jīng)過濾波、放大倍數(shù)、采樣周期、報警、線性變換、非線性變換、信號轉(zhuǎn)換等預(yù)設(shè)置，并對開關(guān)量狀態(tài)要經(jīng)過防抖、報警設(shè)置等預(yù)設(shè)置。

（2）通訊傳輸單元。換熱站自控系統(tǒng)中通訊傳輸單元承擔(dān)熱力調(diào)度與各個現(xiàn)場換熱站控制站、熱用戶終端的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸單元是整個監(jiān)控項目的橋梁，是保證熱網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。監(jiān)控系統(tǒng)采用的通訊方式有多種形式。應(yīng)依據(jù)項目的實際情況可采用市話網(wǎng)、寬帶網(wǎng)、專用網(wǎng)和GPRS網(wǎng)。

（3）系統(tǒng)控制單元。換熱站自控系統(tǒng)中系統(tǒng)控制單元是整個自控的核心，它是人機界面—PLC-變頻器——儀表模式。人機界面采用觸摸屏與PLC直接相連。通過配置觸摸屏按鈕內(nèi)置數(shù)據(jù)、實時改變PID參數(shù)。監(jiān)測換熱器、調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵、補水泵及變頻器工況，顯示現(xiàn)場溫度、壓力信號，內(nèi)設(shè)報警極限值可進行聲、光報警，方便調(diào)節(jié)和控制整個工作過程。PLC是控制系統(tǒng)的核心?？稍O(shè)置PID參數(shù)進行閉環(huán)控制：根據(jù)PID運算結(jié)果進行D/A變換輸出，實現(xiàn)手動或自動調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器）；具有系統(tǒng)故障診斷，判斷異常溫度、壓力、電流等故障信號；實現(xiàn)循環(huán)泵及補水泵工頻，變頻切換控制。變頻器實現(xiàn)多個泵的輪換及補水工作，通過變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)泵與補水泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)節(jié)能調(diào)速。變頻器與PLC采用Modbus方式通訊。由PLC控制改變變頻器的輸出頻率。儀表測溫元件采取PTl00鉑熱電阻，壓力測點采用1.6MPa進口壓力變送器，蒸汽側(cè)采用進口渦流流量計，蒸汽側(cè)采用具備斷電自動關(guān)閥功能的進口電動調(diào)節(jié)閥。為滿足熱力站需求，軟件系統(tǒng)采用組態(tài)編程軟件對可編程控制器進行功能組態(tài)。實現(xiàn)將換熱站的溫度和壓力等模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，與設(shè)定值相比較，根據(jù)比較結(jié)果按照預(yù)定控制方案自動調(diào)節(jié)。通過PLC驅(qū)動調(diào)節(jié)閥開度或調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，滿足換熱系統(tǒng)恒溫運行。同時控制補水泵啟動與停止，維持熱網(wǎng)系統(tǒng)壓力基本恒定。避免因缺水而帶來安全隱患。觸摸屏能通過PLC對現(xiàn)場設(shè)備進行實時監(jiān)測、控制和報警，達到高可靠性、穩(wěn)定性運行。

3 結(jié)語

總之，無人值守?fù)Q熱站很好的實現(xiàn)了對換熱站設(shè)備的自動控制，提高了供熱質(zhì)量。在滿足用戶需求的前提下，節(jié)約了大量的人力、物力資源，減少了不必要的浪費。同時，管理人員可以更清楚的了解各個換熱站的運行數(shù)據(jù)，使管理更加有地放矢，有效的提高了供熱管理水平，提高了熱力系統(tǒng)的運行管理水平，為熱力系統(tǒng)的運行管理提供一個良好的支持環(huán)境，提高供熱公司效益。

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