基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冉春雨 李爽

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)作為“互聯(lián)網(wǎng)+”的產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域中的愈加廣泛。為了能夠貫徹我國(guó)“節(jié)能減排”的理念，加強(qiáng)集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作有著重要意義，這就需要發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的效能?；诖耍疚闹攸c(diǎn)探究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：集中供熱;節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：X38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）06-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.150

Abstract： With the development of science and technology in China， the Internet of things （IoT）， as an Internet industry， is becoming more and more widespread in various fields of social production. In order to carry out the concept of "energy saving and emission reduction" in China， it is of great significance to strengthen the design of energy-saving network system for central heating， which needs to bring into play the effectiveness of Internet of things technology. Based on this， this paper focuses on the design of the centralized heating energy-saving network system based on the Internet of things technology.

Key words： Central heating; Energy-saving network system; Internet of things; System design

近些年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國(guó)集中供熱產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入到了發(fā)展高峰期，作為城市生活中重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，推動(dòng)集中供熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展不僅可以有效提升城市居民生活水平、改善城市空氣質(zhì)量，還能夠有效提升能源利用率。特別是在“十三五”和十九大背景下，我國(guó)大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，這也讓集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作提上了日程。物聯(lián)網(wǎng)作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以避免出現(xiàn)“信息孤島”問(wèn)題，推動(dòng)集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)朝向智能化方向發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)闡述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過(guò)紅外感應(yīng)器、射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等集中而來(lái)的新型技術(shù)（如圖1）。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，從而實(shí)現(xiàn)信息交換和通訊，從而實(shí)現(xiàn)智能化定位、識(shí)別、監(jiān)控、操作等一系列功能。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心依然是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，也就是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上所延伸的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用戶端延伸、擴(kuò)展到了任何物品之間。

2 集中供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)如今，集中供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)融合了傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)控技術(shù)、通訊技術(shù)、調(diào)控技術(shù)、集成技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)供熱區(qū)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了集中供熱系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)有上千個(gè)城市實(shí)現(xiàn)了集中供熱形式，但是大部分集中供熱系統(tǒng)依然處于半自動(dòng)化狀態(tài)，運(yùn)行效率不高，供熱效果不夠理想。我國(guó)集中供熱系統(tǒng)可以劃分為熱網(wǎng)、熱源兩個(gè)部分，熱源負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)供熱系統(tǒng)的供水溫度與循環(huán)流量;熱網(wǎng)是對(duì)各個(gè)換熱站進(jìn)行熱量分配，但是由換熱站自身獨(dú)立控制調(diào)節(jié)所決定，并非是對(duì)整個(gè)集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行充分分析自動(dòng)控制的形式，這就造成了靠近熱源換熱站溫度更高，原理熱源的換熱站溫度較低，出現(xiàn)了供熱不均情況。在此背景下，國(guó)家提升了對(duì)集中供熱事業(yè)的支持，推動(dòng)了集中供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)朝向更新的方向發(fā)展。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)框架

針對(duì)傳統(tǒng)集中供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的問(wèn)題以及城市供熱需求，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集中公共熱系統(tǒng)框架大體上可以分為三個(gè)模塊，包括換熱站現(xiàn)場(chǎng)控制模塊、通訊模塊、控制中心模塊（如圖2）。該系統(tǒng)框架的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：（1）在傳統(tǒng)供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，換熱站主要是受到換熱站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管控。而本文所提的系統(tǒng)增設(shè)了控制中心模塊，并且該模塊還可以劃分為三個(gè)部分，包括換熱站遠(yuǎn)程監(jiān)控、換熱站節(jié)能運(yùn)行控制模式、短信報(bào)警服務(wù)。（2）傳統(tǒng)供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，換熱站現(xiàn)場(chǎng)控制只有兩個(gè)功能，包括數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場(chǎng)控制。而本文所提的節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，除了可以實(shí)現(xiàn)以上兩個(gè)功能，還可以進(jìn)行控制中心遠(yuǎn)程控制。（3）傳統(tǒng)集中供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通信模式主要包括845總線、公共交換電話、無(wú)線數(shù)轉(zhuǎn)臺(tái)通訊形式。而本文所提但是節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，增設(shè)了網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，采用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息。

3.2 集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)工作模式

基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，換熱站現(xiàn)場(chǎng)主要的功能為數(shù)據(jù)采集和換熱站直接控制;控制中心可以對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控、調(diào)控?fù)Q熱站，向換熱站遠(yuǎn)程發(fā)送指令;通訊系統(tǒng)負(fù)責(zé)換熱站和控制中心數(shù)據(jù)傳遞，換熱站現(xiàn)場(chǎng)所采集的信息可以直接傳輸?shù)娇刂浦行漠?dāng)中，而控制中心可以將操控指令直接發(fā)送到換熱站現(xiàn)場(chǎng)，并及時(shí)反饋操作結(jié)果。

3.3 控制中心

控制中心是整個(gè)集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，也是十分關(guān)鍵的一部分，控制中心會(huì)結(jié)合節(jié)能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需求，除了可以對(duì)換熱站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)還增加了換熱站節(jié)能運(yùn)行控制模式和短信報(bào)警服務(wù)。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，控制中心結(jié)合通訊模塊可以實(shí)時(shí)掌握換熱站的運(yùn)行狀態(tài)，并且系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)信息對(duì)換熱站展開(kāi)遠(yuǎn)程控制，發(fā)送操控指令，換熱站此時(shí)執(zhí)行操作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。同時(shí)集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)可以結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、用戶特點(diǎn)、建筑對(duì)供熱影響展開(kāi)綜合分析，采取科學(xué)的換熱站節(jié)能運(yùn)行模式。在控制中心發(fā)現(xiàn)換熱站出現(xiàn)了數(shù)據(jù)異常時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并且結(jié)合短信報(bào)警服務(wù)，可以全天候傳遞報(bào)警信息，保證換熱站的運(yùn)行安全。

3.4 集中供熱節(jié)能通訊網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)集中供熱節(jié)能系統(tǒng)工作模式，通信網(wǎng)絡(luò)主要是負(fù)責(zé)換熱站、控制中心信息傳遞，保證信息安裝轉(zhuǎn)換與傳遞。集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含著控制模塊、換熱站現(xiàn)場(chǎng)控制模塊、通訊模塊，數(shù)據(jù)控制中心與各個(gè)換熱站之間屬于“一對(duì)多”形式。其主要功能包括：（1）換熱站傳感器將采集的信息傳輸給控制中心;（2）控制中心根據(jù)上傳信息將指令下發(fā)給換熱站現(xiàn)場(chǎng)控制;（3）換熱站現(xiàn)場(chǎng)做出命令動(dòng)作并將動(dòng)作信息反饋給控制中心。

3.5 換熱站現(xiàn)場(chǎng)控制

換熱站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控可以結(jié)合室外溫度變化，決定整個(gè)系統(tǒng)的供熱量，實(shí)際采集供熱信息和設(shè)定閾值進(jìn)行比較之后，采用PID閉環(huán)調(diào)節(jié)方法，控制器傳輸信號(hào)到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，自動(dòng)控制調(diào)解閥門(mén)開(kāi)度，這樣即可改善一級(jí)網(wǎng)側(cè)流量，實(shí)現(xiàn)二級(jí)網(wǎng)側(cè)熱量調(diào)節(jié)。溫度曲線給定方法包括自動(dòng)、手動(dòng)另種形式，也就是可以人工修正中心控制中心溫度曲線。同時(shí)可以采用分組分段溫度調(diào)節(jié)曲線，在某個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)，設(shè)定一個(gè)二次供水閾值，對(duì)一次供水閥開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。預(yù)留三個(gè)空間，包含恒溫運(yùn)行的起止時(shí)間以及二次供水溫度，如果系統(tǒng)控制器達(dá)到了系統(tǒng)所設(shè)定的恒溫運(yùn)行時(shí)間，此時(shí)就會(huì)按照設(shè)定溫度運(yùn)行。一旦達(dá)到了恒溫結(jié)束時(shí)間，可以重新按照壓線運(yùn)行溫度所設(shè)定的曲線運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行中還會(huì)根據(jù)二次供水、回水壓差，調(diào)節(jié)循環(huán)泵變頻的頻率，保證實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了能夠降低集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行損耗、提升供熱均衡度，本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了控制中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、換熱站現(xiàn)場(chǎng)控制三大模塊，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，確保整個(gè)集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行效能。

參考文獻(xiàn)

[1]徐金鳳.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集中供熱節(jié)能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].天津理工大學(xué).

[2]余保付.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能供熱系統(tǒng)控制技術(shù)研究[D].2016.

[3]鄧小元.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源監(jiān)測(cè)與節(jié)能管理系統(tǒng)研究[D].2017.

收稿日期：2019-05-23

作者簡(jiǎn)介：冉春雨（1954-），男，漢族，碩士研究生，教授，研究方向?yàn)榕ê涂照{(diào)系統(tǒng)節(jié)能。