供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制改造技術(shù)及應(yīng)用

孫文虎

摘? 要：隨著我國(guó)城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市居民數(shù)量不斷增加，對(duì)城市供熱系統(tǒng)的需求越來越高。在傳統(tǒng)模式下，城市供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)大多數(shù)采用了人工調(diào)度與維護(hù)，極大地降低了城市供熱的質(zhì)量與效益。基于此，該文首先闡述了城市集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展，結(jié)合我國(guó)城市供熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀，以某供熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制體系為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行控制技術(shù)的改造。結(jié)果表明，改造后的供熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制技術(shù)具有良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：供熱系統(tǒng);監(jiān)測(cè)控制;技術(shù)改造

中圖分類號(hào)：TU995? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

目前，我國(guó)城市供熱系統(tǒng)的連接方式主要有直供、間供、混供3種，這3種連接方式所應(yīng)用的供熱控制方式也不相同。因此，結(jié)合城市供熱系統(tǒng)，根據(jù)民眾的需求，對(duì)城市供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制改造技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行探討，具有重要的實(shí)用意義。

1 城市集中供熱系統(tǒng)發(fā)展過程

自供熱系統(tǒng)被引入國(guó)內(nèi)后，城市集中供熱已經(jīng)在我國(guó)發(fā)展了近70年。資料顯示，截至2015年，我國(guó)市政系統(tǒng)集中的供熱面積已經(jīng)超過60億m2[1]。城市供熱網(wǎng)路的連接方式也由最初的小范圍內(nèi)直連，發(fā)展到如今的大環(huán)網(wǎng)形式的間接連接，可以說隨著城市供熱系統(tǒng)的不斷完善，我國(guó)的城市集中供熱系統(tǒng)有了極大發(fā)展。現(xiàn)如今，城市居民室內(nèi)溫度大面積采集成為常態(tài)。城市居民數(shù)量不斷增加，使得熱能供應(yīng)成為促進(jìn)城市發(fā)展的助力，而集中供熱顯然成為當(dāng)下城市供熱手段的主流。目前，我國(guó)城市集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用依然存在巨大的進(jìn)步空間，尤其是城市集中供熱的效率與質(zhì)量存在一系列亟待解決的問題，而自動(dòng)化技術(shù)、智能人工技術(shù)、無線傳感技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大發(fā)展，為城市集中供熱系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。我國(guó)集中供熱面積發(fā)展情況如圖1所示。

2 供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制改造技術(shù)

2.1 整體結(jié)構(gòu)

優(yōu)化后的城市供熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用的是分布式監(jiān)控系統(tǒng)，即設(shè)置為兩級(jí)監(jiān)控，其中一級(jí)監(jiān)控為MCC，二級(jí)監(jiān)控為L(zhǎng)CM，采用LCM控制器[2]。整個(gè)供熱網(wǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均采用光纖通信，并將ADSL當(dāng)做監(jiān)測(cè)通信系統(tǒng)的備用通道。供熱網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括MCC、LCM和蒸汽用戶測(cè)量系統(tǒng)等，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)200余座的熱力站監(jiān)控單元的連接，其中監(jiān)控中心作為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息控制與交換的關(guān)鍵部分，使用的是800 xA工控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)操作、工作組態(tài)以及信息管理充分集成化，便于管理者使用，可以對(duì)供熱系統(tǒng)網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，且該系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的需求，進(jìn)行各種功能的擴(kuò)展，具有獨(dú)立工作、報(bào)警迅速等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.2.1 硬件設(shè)計(jì)

為了確保供熱的準(zhǔn)確性，在一次管網(wǎng)、二次管網(wǎng)中分別設(shè)置溫度傳感器、溫度計(jì)和壓力傳感器等裝置。這些裝置主要通過現(xiàn)場(chǎng)控制柜中的PLC、數(shù)據(jù)采集器、變壓器、UPS以及DTU等設(shè)備實(shí)現(xiàn)PLC與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各模塊的連接，觸摸屏通過RS-232串口與現(xiàn)場(chǎng)傳感器相連接，其中DTU主要與數(shù)據(jù)采集器、無線傳感器相連，以此來實(shí)現(xiàn)各控制項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)的傳輸與交換。同樣，為了確?？刂葡到y(tǒng)中循環(huán)泵、補(bǔ)水泵的高效運(yùn)行，其均采用變頻器控制，通過控制電磁調(diào)節(jié)閥門實(shí)現(xiàn)對(duì)二次供水溫度的調(diào)節(jié)，并通過對(duì)變頻器的控制確保二次回水壓力與壓差值不變。

2.2.2 通信協(xié)議與程序設(shè)計(jì)

城市供熱組網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過PLC、MCC以及通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)來說，為確保其供網(wǎng)的穩(wěn)定性，確定使用4G通信模塊DTU，即用戶通過撥號(hào)連接成功后，DTU將獲得1個(gè)內(nèi)部IP地址，該IP地址為移動(dòng)隨機(jī)分配，之后通過數(shù)據(jù)中心的IP地址與端口號(hào)，向數(shù)據(jù)中心發(fā)送TCP通信請(qǐng)求，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較為穩(wěn)定的通信連接[3]。同時(shí)，當(dāng)DTU在接收到控制器串行數(shù)據(jù)信息之后，則會(huì)通過TCP/UDP將數(shù)據(jù)信息傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。而DTU接收器獲取控制器所發(fā)出的數(shù)據(jù)信息后，監(jiān)控系統(tǒng)中的RS-485串口將會(huì)把整理分析后的數(shù)據(jù)信息傳輸至供熱現(xiàn)場(chǎng)PLC。圖2為PLC控制流程示意圖。

2.2.3 供熱系統(tǒng)控制技術(shù)

在傳統(tǒng)的城市集中供熱系統(tǒng)控制技術(shù)中，存在著供熱量大于需求熱量時(shí)出現(xiàn)熱量浪費(fèi)的問題，針對(duì)這一問題，通過使用聯(lián)合遠(yuǎn)程監(jiān)控中心與現(xiàn)場(chǎng)PLC開發(fā)溫度補(bǔ)償控制的策略，根據(jù)得到的溫度補(bǔ)償反饋結(jié)果，對(duì)整個(gè)供熱網(wǎng)的供熱質(zhì)量以及供熱效率進(jìn)行評(píng)估，得出整個(gè)供熱網(wǎng)的熱負(fù)荷，并基于實(shí)際供熱面積構(gòu)建實(shí)時(shí)供水流量模型，確保供熱效率最高。

該系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于kingview組態(tài)軟件來完成的，其能夠?qū)峋W(wǎng)中的多個(gè)二級(jí)熱力站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為了提升遠(yuǎn)程監(jiān)控的效率，能夠在系統(tǒng)主界面內(nèi)對(duì)多個(gè)換熱站的信息進(jìn)行集中顯示，在子界面中，則可以對(duì)各換熱站的熱網(wǎng)回路、供水溫度、閥門開度、補(bǔ)水泵壓力等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行顯示。雖然各換熱站的子控制界面之間內(nèi)容相似，但其運(yùn)行是相互獨(dú)立的，只能通過主界面將各子界面集成起來，便于監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化管理。

3 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益

2006年開始建設(shè)換熱站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2010年系統(tǒng)升級(jí)為換熱站無人值守自動(dòng)控制系統(tǒng)，2016年在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加二次網(wǎng)平衡系統(tǒng)、室溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，升級(jí)換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)。原軟件平臺(tái)由C/S架構(gòu)升級(jí)為B/S架構(gòu)，采用Java語言編寫。應(yīng)用該系統(tǒng)有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)。1） 節(jié)省熱量。單位熱耗由0.45 GL/m2降低到0.32 GL/m2（一個(gè)采暖季120 d，GL是英制液量單位，GL/m2表示單位面積耗熱）。2）節(jié)省電力。單位電耗由2.5 kW·h/m2降低到1.6 kW·h/m2（一個(gè)采暖季120 d）。3）節(jié)省人力。系統(tǒng)建成后，冬季供暖不再招收臨時(shí)人員。通過對(duì)比可以看出，在改造后，一個(gè)供暖季內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。另外，供熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)改造后可以節(jié)約大量工資?？傊撓到y(tǒng)在提高供熱系統(tǒng)的安全性（可以在超溫、超壓、管網(wǎng)失水、煙感、水侵等情況下報(bào)警）的同時(shí)，也有效保障了人員的人身安全（避免由于值班人員年齡大、責(zé)任心小、安全認(rèn)識(shí)性低造成嚴(yán)重后果）。

4 結(jié)論

城市集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制技術(shù)朝著自動(dòng)化方向發(fā)展是供熱行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，自動(dòng)化供熱系統(tǒng)的改造升級(jí)是確保實(shí)現(xiàn)對(duì)城市集中供熱網(wǎng)可視化、遠(yuǎn)程控制管理的重要舉措。當(dāng)前，供熱系統(tǒng)正逐漸朝著“智慧供熱”的方向發(fā)展，這些供熱系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)可以得到有效挖掘，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的各種需求做出智能響應(yīng)，為供熱企業(yè)提供高效的管理手段，通過提高系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率，在保證熱用戶舒適的前提下，通過實(shí)現(xiàn)最佳容量、最佳狀態(tài)、最佳運(yùn)行來降低供熱系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

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