城市集中供熱熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)方案研究

朱曉喆

摘 要： 本文對(duì)熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，從集中供熱體統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析熱力站自動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能，并對(duì)某市的熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 分布式；變頻；運(yùn)行調(diào)節(jié)

引言：熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以對(duì)用戶的供熱進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，通過對(duì)周圍情況的參數(shù)進(jìn)行分析，做出正確供熱調(diào)整指令，從而在保證用戶室內(nèi)的溫度同時(shí)，還能減少供熱浪費(fèi)，已經(jīng)在當(dāng)前有著廣泛的使用[1]。

一、集中供熱系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

供熱系統(tǒng)主要可以分為熱源、管網(wǎng)、用熱戶三部分，熱源產(chǎn)生熱量，管網(wǎng)把熱量輸送給熱戶。因此，管網(wǎng)的功能就是熱傳送，一個(gè)整體管網(wǎng)需要幾十個(gè)甚至上百個(gè)熱力站來輔助其進(jìn)行熱量傳輸任務(wù)。在城市的供熱體系中，熱力站有十分重要的作用，是整個(gè)供熱系統(tǒng)的樞紐。

二、熱力站的自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能

每個(gè)熱力站都有一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于供熱系統(tǒng)處于一個(gè)不穩(wěn)定的變化過程，通過找到不穩(wěn)定的主要因素，確定這個(gè)因素與系統(tǒng)參數(shù)的變化關(guān)系，就可以通過對(duì)內(nèi)熱媒的流量、壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力，保證用戶的溫度處于穩(wěn)定的狀態(tài)[2]。通過人工調(diào)節(jié)不可能做到及時(shí)準(zhǔn)確，為了達(dá)到這個(gè)目的，就需要使用自動(dòng)化的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能有：

（1）控制二次供熱管網(wǎng)

為促使整個(gè)供熱系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)將對(duì)二次供熱管網(wǎng)進(jìn)行控制，保證管網(wǎng)中的熱力和水力的平衡。

（2）顯示多項(xiàng)參數(shù)

通過傳感器的檢測(cè)結(jié)果，自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)⒁淮喂┗厮畨毫?、一次供回水溫度、二次供回水壓力、二次供回水溫度、電?dòng)調(diào)節(jié)閥門參數(shù)、變頻器參數(shù)、循環(huán)泵的工作狀、補(bǔ)水泵的工作狀態(tài)等實(shí)時(shí)信息都顯示在顯示屏上。

（3）采集數(shù)據(jù)

通過傳感器的測(cè)量，電氣控制柜內(nèi)的PLC能夠按照設(shè)定的方式監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，采集的信息包括：流量、溫度、壓力、變頻器狀態(tài)、補(bǔ)水狀態(tài)、閥門反饋等。

（4）本地控制

本地控制模式指的是自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)PLC采集的數(shù)據(jù)，并且參考室外溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)換熱站電動(dòng)閥門的大小，有很好的節(jié)能效果，同時(shí)還可以自動(dòng)控制補(bǔ)水泵補(bǔ)水和循環(huán)泵變頻器的壓差。

（5）數(shù)據(jù)通訊

熱力站和中央控制中心可通過自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以將熱力站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給中內(nèi)控制中心，熱力站還可以通過自動(dòng)控制系統(tǒng)接受控制中心的信息指令，比如電動(dòng)閥門控制指令等。

（6）故障報(bào)警

一旦系統(tǒng)或者熱力站發(fā)生了故障，自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)將警報(bào)發(fā)送給控制中心，保證問題能夠被及時(shí)化解。

三、熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)案例分析

某市的集中供熱系統(tǒng)分為南區(qū)、中區(qū)和北區(qū)，現(xiàn)在以南區(qū)的供熱系統(tǒng)為例。南區(qū)的供熱系統(tǒng)工有32座熱力站，熱網(wǎng)采用一供一回雙管制輻射，供熱介質(zhì)為高溫?zé)崴┗厮疁囟确謩e為130/70攝氏度，末端熱力站外加回水液壓泵，對(duì)回水進(jìn)行部分加壓，回水壓泵均采用分布式變頻控制，所有熱力站一二次熱網(wǎng)均采用板式換熱器連接方式[3]。

3.1 熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要設(shè)備

（1）中央數(shù)據(jù)處理器

系統(tǒng)的中央數(shù)據(jù)處理器，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)信息處理，應(yīng)具有Internet接口，或者USB接口，也可以通過無線通信來幾首信息，這個(gè)案例中，使用的是Internet接口。

（2）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥遵循標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，供熱系統(tǒng)壓力波動(dòng)對(duì)它影響很小，從而使得調(diào)節(jié)過程更加節(jié)能、穩(wěn)定。

（3）傳感器

傳感器主要包括溫度傳感器、壓力變送器、差壓變送器等等。

（4）現(xiàn)場(chǎng)控制器

在一些情況下，為了減少中央處理器的工作量，熱力站的控制系統(tǒng)中會(huì)有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，來實(shí)時(shí)采集熱力站的相關(guān)參數(shù)。

3.2 運(yùn)行調(diào)節(jié)方式的確定

由于該熱力站一次熱網(wǎng)采用分布式變頻供熱方式，因此用變頻調(diào)速進(jìn)行控制時(shí)，管路系統(tǒng)機(jī)械閥門開度不變，管路特性曲線也保持不變[4]。該方案通過調(diào)整電路頻率，改變水泵的轉(zhuǎn)速，最后改變了水泵的工作特性曲線。水泵的特性曲線從N0變?yōu)镹1，工作點(diǎn)從A點(diǎn)轉(zhuǎn)到B點(diǎn)，揚(yáng)程也從H0下降到了H1，流量從G0下降到了G1。

管路系統(tǒng)不變的情況下，通過變頻水泵可以實(shí)現(xiàn)流量的按需調(diào)節(jié)。在一次熱網(wǎng)側(cè)，采用了改變循環(huán)流量的方式進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)，即在保持一次側(cè)熱媒溫度不變的情況下，通過改變一次側(cè)的熱媒流量，從而保證二次側(cè)能達(dá)到所需要的熱媒參數(shù)。運(yùn)行期間，熱力站的二次熱網(wǎng)將直接負(fù)責(zé)用戶的供暖，因此需要一個(gè)確定的系統(tǒng)保證水力工況穩(wěn)定。初步調(diào)節(jié)后，供暖期內(nèi)系統(tǒng)流量達(dá)到了一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)，二次熱網(wǎng)采用改變供回水溫度的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2 被控參數(shù)的確定

供熱系統(tǒng)供回水溫度是影響用戶是問的另外一個(gè)關(guān)鍵因素，除此之外，系統(tǒng)循環(huán)流量、室外溫度、建筑物熱負(fù)荷、日照、風(fēng)速等因素，也對(duì)用戶的室內(nèi)溫度產(chǎn)生著一定影響。對(duì)于確定的供熱系統(tǒng)，用戶室內(nèi)應(yīng)該達(dá)到的溫度已由國(guó)家明確規(guī)定，供熱系統(tǒng)的循環(huán)水流量已經(jīng)根據(jù)設(shè)計(jì)已經(jīng)確定，而建筑物的熱負(fù)荷、日照以及風(fēng)速等在計(jì)算供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷時(shí)均已有所考慮。室外溫度應(yīng)該采用冬季溫度計(jì)算；按平均水平，每個(gè)采暖期供熱系統(tǒng)可以有5天不保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求的室內(nèi)溫度。而其余大部分時(shí)間，室內(nèi)溫度應(yīng)該比室外溫度高。室內(nèi)溫度是影響供回水溫度而的主要因素，為了保證用戶的室內(nèi)溫度穩(wěn)定，就必須在供熱期內(nèi)，實(shí)時(shí)的對(duì)用戶的供熱參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

結(jié)束語(yǔ)：通過對(duì)城市集中供熱的自動(dòng)化控制方案進(jìn)行分析，明確自動(dòng)化控制設(shè)備需要通過測(cè)量熱力站的各種參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)控。通過自動(dòng)控制方案的使用，能夠降低工作人員的操作難度，有利于能源節(jié)約。

參考文獻(xiàn)

[1]張戰(zhàn)鋒，梁治國(guó). 城市集中供熱熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)方案研究[J]. 區(qū)域供熱，2014（01）：86-89.

[2]張戰(zhàn)鋒，李宗平. 城市集中供熱熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)方案研究[J]. 能源與環(huán)境，2013（02）：4-5+8.

[3]石金凱，徐海潮. 對(duì)集中供熱電氣自動(dòng)控制的探討[J]. 區(qū)域供熱，2013（05）：89-92.

[4]鄭永利. 關(guān)于城市集中供熱系統(tǒng)節(jié)能方案的探討[J]. 區(qū)域供熱，2003（06）：10-14+46.