換熱站自動(dòng)化控制供熱系統(tǒng)應(yīng)用分析

李勇

摘 要：集中供暖系統(tǒng)是保障居民生活需求的重要基礎(chǔ)設(shè)施，供暖系統(tǒng)本身的自動(dòng)化程度直接影響著居民供暖的質(zhì)量，同時(shí)也體現(xiàn)著城市的現(xiàn)代化水平。將PLC控制器應(yīng)用到集中供暖系統(tǒng)中，對(duì)于保證供暖系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)供暖、安全運(yùn)行具有較為積極的意義。換熱站是供暖管網(wǎng)與用戶(hù)連接的場(chǎng)所，在其內(nèi)部安裝有與用戶(hù)連接的相關(guān)設(shè)備、管道、閥門(mén)以及儀表裝置等。借助PLC控制器能夠完成換熱站的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的供暖需求，實(shí)現(xiàn)供暖管道內(nèi)部介質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)化檢測(cè)，最終保障供暖系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：換熱站;自動(dòng)化控制;供熱;應(yīng)用

現(xiàn)階段，集中供熱自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在社會(huì)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，能夠降低供熱成本，減少能源消耗，有利于促進(jìn)人與環(huán)境的和諧發(fā)展。隨著集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步，系統(tǒng)智能化水平逐漸提升，其運(yùn)行模式也發(fā)生了很大的變化，彌補(bǔ)了原有溫差小、流量大、前端熱、后端冷、熱能利用率等缺陷，逐漸向溫差大、流量小以及全網(wǎng)熱能平衡分布的經(jīng)濟(jì)效益模式方向發(fā)展。此外，集中供熱自動(dòng)化系統(tǒng)能夠依據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需要進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，針對(duì)不同的用戶(hù)需求提供不同的職能體系，從而實(shí)現(xiàn)能源利用的最大化。

1.集中供暖系統(tǒng)中換熱站的重要性

伴隨著城市人口數(shù)量逐漸增加，供暖系統(tǒng)為了滿(mǎn)足人口需求，需要采取集中供暖的方式。該種方式既能夠滿(mǎn)足人口需求也能夠符合節(jié)能型社會(huì)的發(fā)展。換熱站是集中供暖系統(tǒng)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，新時(shí)期，需要在換熱站中應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù)以及信息通信技術(shù)，才能夠提升換熱站的運(yùn)行效率。PLC控制器是當(dāng)前控制領(lǐng)域中的重點(diǎn)技術(shù)設(shè)備之一，將控制器應(yīng)用到集中供暖換熱站中，能夠提升熱水循環(huán)，避免資源浪費(fèi)。

2.換熱站供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效益

1）經(jīng)濟(jì)效益。供熱自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用能夠節(jié)約大量的人力資源，降低了財(cái)力和人力消耗。通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)，不需要人力對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和傳輸，方便快捷，且工作效率和工作質(zhì)量較高。

2）環(huán)境效益。換熱站供熱系統(tǒng)中自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崃窟M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)供熱溫度進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，降低了資源的浪費(fèi)，提高了供熱控制的精確性，有利于促進(jìn)低碳環(huán)保理念的實(shí)現(xiàn)。此外，通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠?qū)τ脩?hù)室內(nèi)溫度和外界溫度進(jìn)行及時(shí)采集處理和傳輸，合理調(diào)控水溫和流浪，既節(jié)約了資源，又獲得了環(huán)境效益。

3）安全效益。相比較人工監(jiān)測(cè)和管理，自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)Q熱站供熱中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若供熱系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并對(duì)問(wèn)題發(fā)生原因進(jìn)行分析，從而在最短的時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的性和穩(wěn)定性。

3.換熱站的工作原理

鍋爐出來(lái)的蒸汽通過(guò)管道送到換熱站（蒸汽是由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制開(kāi)、關(guān)并配有手動(dòng)閥門(mén)），進(jìn)雙紋管換熱器內(nèi)與冷介質(zhì)（水）進(jìn)行充分的熱交換，從而達(dá)到很好的換熱效果，蒸汽形成的冷凝水到水箱當(dāng)中，由循環(huán)泵來(lái)的水在換熱器中經(jīng)過(guò)交換后進(jìn)去到暖氣網(wǎng)中，補(bǔ)水泵用來(lái)及時(shí)補(bǔ)充因管網(wǎng)跑、冒、滴、漏等遺失的水量，以便保持一定的壓力，形成經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，控制臺(tái)通過(guò)各種傳感器對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況監(jiān)控，隨時(shí)掌握，了解換熱站的進(jìn)行情況。在整個(gè)系統(tǒng)中的水用的是“軟水”，軟水是指不含或含較少可溶解性的鈣、鎂化合物的水。它在其中的作用不言而喻就是為了防止在汽化嚴(yán)重的水管部分形成結(jié)垢現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵死管道甚至爆管，造成維修困難，耗費(fèi)大量的人力、物力以及財(cái)力，得不償失，這也就違背了最初用換熱站來(lái)輸送暖氣的用意。

4.控制系統(tǒng)實(shí)施方案

4.1換熱站與用戶(hù)的連接方式

換熱站與用戶(hù)之間的連接方式采用的是間接連接方式。采用這種連接方式能夠保證熱網(wǎng)循環(huán)水和用戶(hù)內(nèi)部采暖系統(tǒng)循環(huán)水之間僅僅局限于熱量的交換，在空間上它們是獨(dú)立的，相互隔絕的。這種方式的連接系統(tǒng)又可以稱(chēng)為局部系統(tǒng)或者熱力網(wǎng)的關(guān)聯(lián)式連接。

4.2溫度的控制調(diào)節(jié)

換熱站對(duì)供暖系統(tǒng)穩(wěn)定的調(diào)控指的就是要確保一次側(cè)的供水溫度處于恒定的范圍內(nèi)，該功能主要是由位于換熱器一次側(cè)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)進(jìn)行控制的，該閥門(mén)能夠有效調(diào)控?fù)Q熱器的一次供暖量。首先，設(shè)置一個(gè)既定的溫度值，然后將測(cè)量值作為反饋值，閥門(mén)的開(kāi)關(guān)作為輸出值，從而有效確保一次供水溫度處于恒定的范圍內(nèi)。為進(jìn)一步確保供暖的質(zhì)量，選擇運(yùn)用二次供水溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)供暖狀況實(shí)施調(diào)整。其主要作用為：通過(guò)對(duì)二次供水系統(tǒng)溫度的檢測(cè)和分析，在充分結(jié)合外界相關(guān)情況的基礎(chǔ)上，計(jì)算出最為合適的供暖溫度，然后再通過(guò)一次、二次供水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其維持在恒定范圍內(nèi)。二次供水控制元件為換熱器一次出水口的控制閥門(mén)，設(shè)置一個(gè)既定的溫度值，然后將測(cè)量值作為反饋值，閥門(mén)的開(kāi)關(guān)作為輸出值，采用PID算法，保證二次供水溫度的恒定。

4.3循環(huán)水流量的調(diào)節(jié)控制

考慮到供暖系統(tǒng)供暖的熱負(fù)荷是隨著室外溫度等因素的變化而不斷進(jìn)行調(diào)整的，所以實(shí)際應(yīng)用中對(duì)換熱站二次選擇使用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式。將室外溫度劃分為2個(gè)階段，如果室外溫度高于設(shè)定值，那么循環(huán)水泵便會(huì)以工頻狀態(tài)運(yùn)行;如果室外溫度低于設(shè)定值，那么循環(huán)水泵按照設(shè)定的頻率運(yùn)行。

4.4壓力的調(diào)節(jié)控制

壓力傳感器可以將用戶(hù)管網(wǎng)水壓信號(hào)傳輸?shù)阶冾l器內(nèi)部的PID控制器，PID控制器再根據(jù)系統(tǒng)本身的壓力設(shè)定值以及實(shí)際檢測(cè)值來(lái)完成PID運(yùn)算，并最終計(jì)算出信號(hào)控制水泵電動(dòng)機(jī)的電壓以及頻率。當(dāng)用水量較少時(shí)，1#泵在變頻器控制下變頻運(yùn)行，之后伴隨著需水量的不斷增加，系統(tǒng)輸出頻率上升，直到50Hz。這時(shí)1#泵由變頻切換為工頻運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)2#泵進(jìn)行變頻啟動(dòng)與調(diào)節(jié)，最終保證官網(wǎng)中水壓處于恒定狀態(tài)。

5.常見(jiàn)故障

1）電機(jī)故障：換熱機(jī)組常年高溫高濕，造成電機(jī)氧化，應(yīng)做好保養(yǎng)工作。保持電機(jī)溫度正常，軸承聲音運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2）二次回路故障：電路電源故障，轉(zhuǎn)換電源異常，無(wú)法正常供電或電力元件損壞造成二次回路無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3）壓力異常：常年高溫高濕環(huán)境造成設(shè)備的自身?yè)p耗嚴(yán)重，做好保養(yǎng)與維護(hù)。

4）溫度異常：多因線(xiàn)路或因環(huán)境濕度過(guò)重，造成腐蝕，MA信號(hào)異常出現(xiàn)溫度不準(zhǔn)或熱電阻造成直接損壞。

5）PLC異常：PLC控制整個(gè)換熱機(jī)組的程序運(yùn)轉(zhuǎn)加熱，出現(xiàn)異常可根據(jù)是否存在輸入輸出信號(hào)來(lái)判定PLC是否存在異常。

6）電動(dòng)閥異常：電動(dòng)閥盤(pán)根漏水，長(zhǎng)時(shí)間高溫帶熱，造成電動(dòng)閥墊子或O型圈變形厲害，出現(xiàn)壓不死的情況。

7）液位計(jì)顯示不準(zhǔn)：軟水檢測(cè)不合格，水質(zhì)過(guò)硬，造成管道結(jié)垢厲害或堵塞，液位顯示不準(zhǔn)，應(yīng)讓水質(zhì)化驗(yàn)工加強(qiáng)平時(shí)水質(zhì)化驗(yàn)。

6.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

綜上所述，在現(xiàn)代集中供暖系統(tǒng)中，換熱站是連接于一次網(wǎng)、二次網(wǎng)、用戶(hù)連接的組件中。想要對(duì)集中供暖系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，非常有必要運(yùn)用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中首先要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)的選型，然后實(shí)現(xiàn)I/O分配以及功能的實(shí)現(xiàn)。特別需要注意的是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展模塊的選擇，最后對(duì)系統(tǒng)中的通信協(xié)議進(jìn)行綜合性分析。將PLC控制器應(yīng)用在供暖系統(tǒng)換熱站中，能夠很好地實(shí)現(xiàn)換熱站溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，對(duì)于確保供暖質(zhì)量具有重要意義。

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（克拉瑪依市熱力公司昆侖供熱總站）