集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)的電氣自動控制分析

張亞瓊

（桂林理工大學(xué)南寧分校 廣西 南寧 530001）

1 引言

現(xiàn)階段，集中供熱方式已經(jīng)成為我國城市化建設(shè)的一部分，由于人們對集中供熱的需求不斷增加，也在一定程度上促進(jìn)了集中供熱行業(yè)的迅速發(fā)展，在發(fā)展過程中熱網(wǎng)電氣自動控制受到大眾的歡迎和支持。就我國現(xiàn)階段的供熱系統(tǒng)而言，講求供熱自動化控制，主要分為兩個方向，一個是熱網(wǎng)自動化控制系統(tǒng)，另一個是熱源自動化控制系統(tǒng)。熱網(wǎng)自動化控制在城市化建設(shè)實(shí)施過程中凸顯其優(yōu)勢，可以提升整個城市集中供熱的質(zhì)量，不僅可以在運(yùn)行中及時發(fā)現(xiàn)故障所在，還能夠有效降低能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)關(guān)系。

2 我國城市集中供熱熱網(wǎng)電氣自動控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國科技不斷發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用在人們生活的方方面面，人們生活條件提高，追求更高質(zhì)量的生活品質(zhì)，加劇了自動化控制系統(tǒng)的普及和應(yīng)用，自動化控制系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了不錯的成果，給人們提供更高質(zhì)量的服務(wù)。自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行，給集中供熱提供有效的技術(shù)支持[1]，在運(yùn)作過程中可以實(shí)現(xiàn)對溫度的自行控制，使得室內(nèi)溫度在供熱系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)下能控制在一個規(guī)定的范圍，避免波動太大帶來的不良體驗(yàn)。

我國在自動控制系統(tǒng)部署中也存在一定的弊端，在接收到自動控制系統(tǒng)帶來的優(yōu)勢以后，人們逐漸對自動控制系統(tǒng)更加認(rèn)可，并且支持集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展。目前，就技術(shù)層面而言，自動控制系統(tǒng)已經(jīng)完全融入國外的發(fā)展中，但是我國由于技術(shù)、水平以及經(jīng)濟(jì)等方面的制約，城市集中供熱系統(tǒng)與國外的發(fā)展仍有一定的距離。

比如，我國城市集中供熱自動控制系統(tǒng)起步較晚，目前也屬于發(fā)展的初級階段，熱網(wǎng)自動控制系統(tǒng)還不能完全實(shí)現(xiàn)信息化和自動化管理，在熱網(wǎng)的控制和管理上還存在一定的缺陷，想要達(dá)到信息化和自動化管理還需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)階段我國自動控制系統(tǒng)運(yùn)用現(xiàn)狀來看，雖然涉及領(lǐng)域較多，并且在集中供熱系統(tǒng)中有明顯的效果，但是由于技術(shù)各方面還不夠成熟，在自動化控制方面還存在很大的上升空間，我國相關(guān)人員需要引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，使自動化控制系統(tǒng)朝著更好的方向發(fā)展，促進(jìn)熱網(wǎng)自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行效率的同時，實(shí)現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)的多元化發(fā)展。

3 城市集中供熱系統(tǒng)自動化調(diào)控的基本原理及優(yōu)勢分析

3.1 供熱系統(tǒng)調(diào)控基本原理

自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行離不開熱力站和熱源廠的共同運(yùn)作，系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中可以實(shí)現(xiàn)對熱力站的自動化實(shí)時監(jiān)測和控制，通過運(yùn)行的速度和效果獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)[2]，另外熱力站和網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控可以通過中央中心控制室來實(shí)現(xiàn)，在很大程度上提升了系統(tǒng)運(yùn)行的效率。

熱網(wǎng)自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行的核心在于自動化，可以充分發(fā)揮自動化運(yùn)行的優(yōu)勢和價值，其運(yùn)行過程主要分為以下三個部分，第一是熱源廠的中心控制室優(yōu)勢，在自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行中，熱力站儀器設(shè)備的運(yùn)行狀況和實(shí)時運(yùn)行效率都可以通過熱源廠進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制，針對多個儀器設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析，利用計(jì)算機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢可以掌握運(yùn)行的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，然后根據(jù)所得參數(shù)對熱力站的儀器設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，在獲得相關(guān)的指令以后，實(shí)現(xiàn)指令傳輸和制定的準(zhǔn)確性。只有這樣，才能保證系統(tǒng)在運(yùn)行中的安全性和效率，促進(jìn)熱源廠對自動化控制系統(tǒng)調(diào)整的效率提升，為自動化控制系統(tǒng)提供更加安全的運(yùn)行環(huán)境。

其次是針對小區(qū)的熱力站，主要是通過控制小區(qū)的閥門來達(dá)到自動化監(jiān)測和調(diào)控的目的。熱源廠的遠(yuǎn)程控制對于小區(qū)的內(nèi)熱力站閥門起到一定的調(diào)節(jié)作用，在進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制之前會對溫度值進(jìn)行測定，其主要運(yùn)作原理是通過對上一次系統(tǒng)的運(yùn)作指令分析，然后通過操控一次網(wǎng)回水閥門來實(shí)現(xiàn)自動化管理。

最后環(huán)節(jié)是通信系統(tǒng)的優(yōu)勢，通信系統(tǒng)在傳輸方面發(fā)揮著重要作用，自動化控制系統(tǒng)就是通過信息和數(shù)據(jù)的傳輸來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制[3]，這個過程借助熱力站和中心控制的運(yùn)行數(shù)據(jù)來進(jìn)行，見圖1。

圖1 換熱站簡圖

3.2 熱網(wǎng)電氣自動控制的優(yōu)勢分析

目前，自動化控制系統(tǒng)運(yùn)用越來越廣泛，并且依靠信息技術(shù)可以解決一些人力不能解決的問題，在很大程度上彌補(bǔ)人工操作存在的不足。同時，熱網(wǎng)電氣自動控制系統(tǒng)在發(fā)展過程中不斷進(jìn)步和完善，在各領(lǐng)域上體現(xiàn)了巨大的運(yùn)用價值和優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的集中供熱相比，自動化控制系統(tǒng)存在以下優(yōu)勢：

（1）傳統(tǒng)的集中供熱基本上靠人力來解決，存在很多缺陷，在運(yùn)作中很難通過人工發(fā)現(xiàn)一些故障點(diǎn)，但是熱網(wǎng)電氣自動控制系統(tǒng)可以節(jié)省大量的人工，解決一些比較復(fù)雜的技術(shù)問題。

（2）第二個優(yōu)勢是服務(wù)質(zhì)量上，實(shí)現(xiàn)自動化控制可以提升運(yùn)行效率，為用戶帶來更好的服務(wù)質(zhì)量，熱網(wǎng)電氣自動控制可以對用戶室內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和調(diào)控，控制適當(dāng)?shù)臏囟群蜔崃?，給客戶帶來新的體驗(yàn)。

（3）熱網(wǎng)電氣自動控制可以促進(jìn)集中供熱的信息化和自動化發(fā)展，通過實(shí)時監(jiān)測可以提升運(yùn)行的效率，以此保證自動控制系統(tǒng)能夠在最短的時間內(nèi)獲取系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，找出運(yùn)行存在的問題，節(jié)約維修的時間。

（4）熱網(wǎng)電氣自動控制系統(tǒng)可以保證集中供熱的質(zhì)量，并且還能實(shí)現(xiàn)我國的綠色發(fā)展，減少能量的消耗和排放，促進(jìn)我國可持續(xù)發(fā)展。

4 集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)電氣自動控制方案

4.1 熱網(wǎng)電氣自動控制的主要設(shè)備

通常情況下，集中供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)電氣自動控制的主要設(shè)備是包括變頻器、電動閥以及傳感器等，集中供熱系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，就需要加入自動化控制模塊，在保證正常供熱的同時，集中供熱系統(tǒng)還要對運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和控制，比如熱網(wǎng)壓力、熱網(wǎng)流量以及室內(nèi)溫度等，只有自動化管理才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測。一般情況下，集中供熱系統(tǒng)是通過自動控制系統(tǒng)運(yùn)作來傳輸相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，自動控制系統(tǒng)的自動化運(yùn)行離不開變頻器、電動調(diào)節(jié)閥以及傳感器的共同作用，其中傳感器包含的結(jié)構(gòu)較多，不同的傳感器結(jié)構(gòu)其功能性質(zhì)不同。中央數(shù)據(jù)處理器在自動化控制系統(tǒng)中發(fā)揮著主導(dǎo)作用[4]，此功能可以對各方傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，然后根據(jù)不同的設(shè)備運(yùn)行分發(fā)不同的指令。變頻器主要作用于泵類轉(zhuǎn)行的方式，變頻器的端口可以進(jìn)行自動輸入和輸出數(shù)據(jù)，還能控制熱網(wǎng)換氣的數(shù)據(jù)。電動調(diào)節(jié)閥是集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)的主要電氣自動控制設(shè)備，主要是具有調(diào)節(jié)的功能，熱網(wǎng)以及壓力對于電動調(diào)節(jié)閥的影響較小，在集中供熱自動控制系統(tǒng)中可以保持供熱的穩(wěn)定性，見圖2。

圖2 溫度調(diào)節(jié)控制原理圖

通信設(shè)備在自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用，利用通信設(shè)備使用網(wǎng)絡(luò)端口傳輸數(shù)據(jù)，可以同時實(shí)現(xiàn)信號的輸入和輸出，可以幫助自動控制系統(tǒng)以超高的信息傳輸速度來響應(yīng)信號源。另外，電動調(diào)節(jié)閥在自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮著一定的作用，它對室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)以中央數(shù)據(jù)處理器發(fā)出的信號為標(biāo)準(zhǔn)，以此來對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，見圖3。

圖3 監(jiān)控終端原理圖

4.2 熱網(wǎng)的電氣自動控制過程

變頻器主要是在電氣自動控制過程中起著調(diào)節(jié)的作用，其主要調(diào)節(jié)過程做以下分析：

二次網(wǎng)在每次的運(yùn)作中都會根據(jù)系統(tǒng)的控制出現(xiàn)壓力變化，每當(dāng)中央控制器上的監(jiān)測裝置感受到二次網(wǎng)的壓力變化，就會立即進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，對二次網(wǎng)的壓力變化進(jìn)行深入分析，然后利用網(wǎng)絡(luò)信息端口將信息傳輸?shù)阶冾l器中，供熱系統(tǒng)能夠一直保持高穩(wěn)定的工作，要?dú)w功于變頻器的控制，當(dāng)變頻器接收到網(wǎng)絡(luò)端口傳輸來的信號后，就會對水泵進(jìn)行頻率控制，從而促進(jìn)二次網(wǎng)的壓力可以控制在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，以此保證供熱系統(tǒng)能夠穩(wěn)步運(yùn)行。此外，溫度傳感器也能幫助自動控制系統(tǒng)對運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同樣是通過中央處理器的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，最后通過調(diào)節(jié)閥來對二次供水的溫度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)和控制，可以有效提高熱網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率，見圖4。

圖4 二次供水溫度自控系統(tǒng)

4.3 供熱系統(tǒng)中應(yīng)用到的自動控制軟件

自動控制軟件就像人的大腦一樣，是自動控制系統(tǒng)的核心，主要是對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。通過對自動控制軟件的全局操控作用，集中供熱系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中可以控制室內(nèi)的溫度，讓其保持恒溫運(yùn)行。自動控制軟件通過傳感器得到熱網(wǎng)循環(huán)水的溫度、調(diào)節(jié)閥以及壓力等的控制參數(shù)[5]。在收集到相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，自動控制軟件可以根據(jù)自身的情況對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，然后向各個設(shè)備發(fā)出信號指令，來保證整個系統(tǒng)的正常運(yùn)作。此外，自動控制系統(tǒng)利用信息技術(shù)的優(yōu)勢可以對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，還能遠(yuǎn)程控制電氣自動控制設(shè)備，給系統(tǒng)運(yùn)行提供更加安全的環(huán)境，見圖5。

圖5 數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過程圖

5 結(jié)語

集中供熱系統(tǒng)中自動控制系統(tǒng)的運(yùn)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅可以促進(jìn)供熱系統(tǒng)的自動化發(fā)展，還能保證供熱的質(zhì)量，從而推動我國供熱系統(tǒng)的發(fā)展。由于我國提倡綠色發(fā)展，自動控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以減少能量消耗，實(shí)現(xiàn)自動化控制，彌補(bǔ)一些人工操作的不足，符合國家低碳環(huán)保的需求。自動控制系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用，提高了我國集中供熱系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，在城市化建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。文章針對現(xiàn)階段自動控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，使得相關(guān)人員更加了解自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率和功能。但是目前我國技術(shù)水平還存在很多不足，要想優(yōu)化自動控制系統(tǒng)，就要不斷引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)外的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析，以此不斷優(yōu)化系統(tǒng)，促進(jìn)我國集中供熱系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展。