基于企業(yè)智能化供熱系統(tǒng)的方案設計

王浩然

摘 要：供熱系統(tǒng)對于企業(yè)的正常生產(chǎn)有著非常重要的意義，通過對供熱系統(tǒng)的智能化控制，可大大節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，減少供熱所需的人員配備。該文介紹的智能化供熱系統(tǒng)主要由鍋爐、熱換站、室內(nèi)檢測以及管理平臺組成?？刂圃O備主要由單片機、PLC及變頻器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，管理方便，適用于供熱的各類企業(yè)。智能化供熱系統(tǒng)能夠為企業(yè)員工在生產(chǎn)過程中提供良好的工作和生產(chǎn)環(huán)境，是企業(yè)正常生產(chǎn)的必要條件。因此，智能化供熱對企業(yè)尤為重要，是企業(yè)正常生產(chǎn)的重要保障。

關鍵詞：智能化；供熱；PLC

中圖分類號：TU995 文獻標志碼：A

1 智能化供熱的意義

每到供暖期，都有很多用戶反映，供暖差別太大，有的小區(qū)用戶家里能達到30℃，熱的要開窗，而有的小區(qū)用戶家里只有18℃，而多數(shù)供熱企業(yè)不是不想解決問題，而是被用戶室內(nèi)溫度不易采集的問題所困擾，雖然很多供熱企業(yè)通過采用氣候補償控制等技術手段，有效地減少了能源浪費，但是用戶室內(nèi)溫度通常還是會隨著室外溫度的波動而發(fā)生較大變化。在供熱品質(zhì)不佳現(xiàn)象的背后，依然隱藏著巨大的能源浪費問題。 而且也造成了不同位置不同樓層溫度不均的問題。于是“智能化供熱”這個概念被提出來了。

2 鍋爐檢測系統(tǒng)的主要設備

鍋爐檢測系統(tǒng)的主要設備包括液位計、壓力傳感器和溫度傳感器、單片機處理器、AD轉(zhuǎn)換、LED及其他相關電子元器件、以太網(wǎng)模塊等。

根據(jù)項目的規(guī)劃，鍋爐僅進行實時檢測（包括鍋爐水溫、水壓、液位），因此這里選用比較經(jīng)濟的單片機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的采集和傳輸。單片機采集溫度傳感器、壓力傳感器、液位計的數(shù)值，通過AD轉(zhuǎn)換后由系統(tǒng)自帶的以太網(wǎng)模塊傳遞給管理中心，同時也可以通過LED數(shù)碼管顯示鍋爐系統(tǒng)的實際情況。并通過聲光報警器對系統(tǒng)內(nèi)的超壓、溫度過低過高、液位過高過低等異常現(xiàn)象進行聲光報警。為了準確的檢測水溫，在鍋爐的3個不同高度分別安裝了溫度傳感器。

為了整個檢測系統(tǒng)的可擴展性及規(guī)范化，在傳感器的選擇、檢測電路搭配的時候，都是按照工業(yè)級要求進行的，電流輸入信號為4 mA～20 mA，電壓信號為0 V～10 V。根據(jù)系統(tǒng)的設計，溫度檢測的精度是±0.5℃，壓力檢測的誤差0.1 bar以內(nèi)，液位檢測的誤差控制在0.5 cm以內(nèi)。圖1為鍋爐檢測系統(tǒng)原理圖。

3 熱交換站

熱交換站是熱源廠和熱用戶之間的供熱系統(tǒng)，是整個集中供熱系統(tǒng)的重要組成部分。供熱系統(tǒng)主要包括熱水管網(wǎng)和熱力站，熱水管網(wǎng)分為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)，一次網(wǎng)是指連接在熱源網(wǎng)與熱力站之間的管網(wǎng)，二次網(wǎng)是指連接在熱力站與熱用戶之間的管網(wǎng)，熱力站通過二次管網(wǎng)把熱量送到終端用戶。根據(jù)熱傳導特點，水溫差越大傳遞速度越快。當二次側(cè)水溫高的時候，把水流量變小，當二次側(cè)水溫低的時候，把水流速增大，以實現(xiàn)用戶室內(nèi)溫度穩(wěn)定。熱交換站的工作過程是PLC控制器根據(jù)二次側(cè)回水的溫度，調(diào)節(jié)二次側(cè)水流量和一次側(cè)的調(diào)節(jié)閥。二次側(cè)水流量是通過變頻器驅(qū)動水泵實現(xiàn)的。使用變頻器的優(yōu)點是可以實現(xiàn)無波動流量變化。此外隨著運行時間的變長，由于二次側(cè)是一個自循環(huán)，因此水量會減少，需要根據(jù)水流情況，通過變頻器驅(qū)動水泵補給軟化水。熱交換站的原理圖如圖2所示。

由圖2可以看到熱交換站的主要設備有PLC控制系統(tǒng)（包括各種模板）、熱交換器、變頻器和水泵、流量計、壓力傳感器和溫度傳感器等。

該系統(tǒng)熱換站主要實現(xiàn)以下幾個功能：

（1）數(shù)據(jù)檢測。主要包括熱交換站一次側(cè)總管的供水溫度和回水溫度、熱交換站二次側(cè)總管的供水溫度和回水溫度、熱交換站一次側(cè)供水總管壓力和回水總管壓力、熱交換站二次側(cè)供水總管壓力和回水總管壓力、熱力站補水管網(wǎng)的流量、熱力站一次管網(wǎng)的流量。

（2）自動控制。通過PLC檢查二次側(cè)回水溫度，來調(diào)節(jié)熱力站一次管網(wǎng)的供水流量和循環(huán)泵實現(xiàn)室溫恒定。二次側(cè)自動補水。

（3）報警。通過PLC接收一次側(cè)管網(wǎng)和二次側(cè)管網(wǎng)中的壓力和溫度傳感器的信號，與設定溫度對比，如低于設定值，系統(tǒng)會啟動自動控制，但如果超過設定時長，一或二次側(cè)管網(wǎng)中的壓力或溫度仍未達到設定值，則系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，提示系統(tǒng)異常。

（4）遠程監(jiān)控。組過組態(tài)軟件可將各類反饋信號實時體現(xiàn)出來。象系統(tǒng)發(fā)生報警，那么維修人員可通過遠程監(jiān)控了解到哪一路段的數(shù)值不達標，這樣有針對性地維修，大大降低了維修的難度，縮短了維修時間。

4 室內(nèi)檢測

室內(nèi)檢測的主要任務是采集室內(nèi)的溫度和濕度，并把采集到的數(shù)據(jù)傳給數(shù)字化管理平臺。

該系統(tǒng)由2個部分組成，第一部分是安裝在室內(nèi)的采集器，另一部分是安裝在每一棟樓的采集集中器。采用這種模式是由于采集的點比較分散，直接用硬線連接的話無疑會增加成本，還有就是布線會給室內(nèi)的美觀帶來影響。采集器主要是負責采集室內(nèi)的溫度、濕度等數(shù)據(jù)，把采集的數(shù)據(jù)進行濾波之后，通過自身配備的無線模塊發(fā)送到安裝在每棟樓的采集集中器。采集集中器將收到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳遞到服務器中。圖3是室內(nèi)檢測的構(gòu)成圖。

每個室內(nèi)的采集器上都有一組撥碼開關，采集器向服務器傳遞數(shù)據(jù)的時候也會把撥碼開關的碼值傳遞過去，服務器根據(jù)預先建立好的對應關系分辨出數(shù)據(jù)是哪戶的，這樣就可以進行識別并保持。每戶的采集器上都安裝有數(shù)碼管，顯示各參數(shù)，有指示燈指示與采集集中器的通信狀態(tài)。服務器直接與集中采集器通信，服務器采集到數(shù)據(jù)之后，保存在數(shù)據(jù)庫中，并實時的在管理平臺中顯示出來。根據(jù)室內(nèi)檢測采集到的用戶數(shù)據(jù)，服務器會將其與設定值進行對比，并把對比結(jié)果反饋給PLC控制器，PLC收到反饋后，會發(fā)出相應的指令來調(diào)節(jié)二次側(cè)管網(wǎng)中，各用戶的進水流量閥門，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的。

5 管理平臺

管理平臺主要由電腦和軟件組成，軟件（組態(tài)）可監(jiān)控所有子系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并把監(jiān)控結(jié)果實時顯示出來，同時管理平臺還會接收檢測系統(tǒng)發(fā)送的檢測信號，通過服務器進行數(shù)值對比后，把反饋信號發(fā)回給控制器。管理平臺是整個系統(tǒng)的存儲和顯示單元，通過存儲器，管理平臺會記錄供熱期間每天的檢測結(jié)果，便于管理人員的檢測和查閱，同時也有效提高了供熱主管部門的監(jiān)控水平。

管理平臺還可以根據(jù)設備的使用參數(shù)設定設備的維護周期，并利用傳感器監(jiān)控設備運行，進行故障維護記錄、定期維護記錄等。同時，當熱源、管網(wǎng)、換熱站、用戶各環(huán)節(jié)發(fā)生運行故障時，管理平臺也能夠在第一時間通知主管人員，根據(jù)事件等級自動將報警信息推送給相關人員，并提供事故處理預案，實現(xiàn)應急指揮功能。

該系統(tǒng)通過智能化、信息化的管理供熱需求，可實現(xiàn)分時分溫分區(qū)供熱，合理用熱。提高了居民用熱的智能化程度，并能夠顯著提升居民的生活質(zhì)量。同時，也為供熱企業(yè)提供了詳細的供熱數(shù)據(jù)，大大提高了供熱質(zhì)量，也為節(jié)能減排做出了貢獻。

參考文獻

[1]何嘉.集中供熱系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術應用[J].工業(yè)技術創(chuàng)新，2016（5）：1028-1030.

[2]田海，劉輝，張冰.換熱站智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].測控技術，2013（8）：67-70.

[3]唐玉峰，田茂誠，張冠敏，等.集中供熱遠程網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].山東大學學報（工學版），2009（5）：153-158.