熱力站集中供熱自動化控制系統(tǒng)研究

史尚典

（太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030001）

引言

集中供熱的優(yōu)勢在于能夠提升能源利用率，并且降低環(huán)境污染現(xiàn)象，這與我國當前的能源節(jié)約型社會建設要求相符。如何進一步提高能源利用率，保障集中供熱效果是當前熱力站需要關注的重點問題。隨著科技水平的不斷提升，部分熱力站已經(jīng)實現(xiàn)了對供熱系統(tǒng)的自動化控制，不僅有助于提升能源利用率，還可根據(jù)居民供暖需求對供熱系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行有效調(diào)節(jié)，這在一定程度上提升了熱力站供熱系統(tǒng)的管理成效。下文主要圍繞熱力站集中供熱自動化控制系統(tǒng)展開研究，以期能夠促進自動化控制技術在供熱系統(tǒng)中的應用，充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢和環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢。

1 集中供熱自動化控制系統(tǒng)的組成

熱力站在集中供熱系統(tǒng)中起到熱能交換以及熱能傳遞的作用。熱力鉆主要由三部分組成：一部分為熱用戶；第二部分為熱力管網(wǎng)；第三部分為熱源中心，具體見圖1所示。其中的熱用戶指的是對用戶供熱需求的獲取，并為用戶提供相應的供熱設備。熱力管網(wǎng)的作用則是進行熱能交換，熱源中心是供熱系統(tǒng)的核心組成，決定著供熱質(zhì)量和供熱效率。

集中供熱系統(tǒng)的自動化控制，需要由集中供熱調(diào)度管理系統(tǒng)和熱力站自動化控制系統(tǒng)共同完成。其中的集中供熱調(diào)度管理系統(tǒng)包括交換機、過程控制站、網(wǎng)關機等，主要是通過對各個管網(wǎng)節(jié)點信息的及時獲取來了解熱用戶的供熱需求以及供熱系統(tǒng)中的各項參數(shù)，對于供熱管網(wǎng)運行狀態(tài)進行實時檢測，對于監(jiān)測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)整合與分析后，形成數(shù)據(jù)分析報告，提交至熱力站的自動化控制系統(tǒng)。由熱力站的自動化控制系統(tǒng)根據(jù)編程信息對熱力系統(tǒng)狀況進行監(jiān)測，接收來自中央控制室的指令并作出控制動作，保障供熱系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[1]。

2 熱力站集中供熱自動化控制系統(tǒng)的功能與原理

2.1 集中供熱自動化控制系統(tǒng)功能

1）可以實現(xiàn)對熱力管網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，并且設定科學的運行參數(shù)，對于熱力管網(wǎng)系統(tǒng)的荷載狀況進行預測，并調(diào)度熱源，確保熱力管網(wǎng)運行過程中的供熱均衡性；

2）具備遠程訪問功能，可以通過瀏覽器對特定地點的熱力管網(wǎng)運行狀況和相關參數(shù)進行遠程調(diào)取與瀏覽，為具體的熱力管網(wǎng)管理工作提供有力的資料支持；

3）可對熱力管網(wǎng)運行中的各類壓力參數(shù)、溫度參數(shù)和流量參數(shù)等進行系統(tǒng)整合，并繪制成圖表形式，方便直觀了解熱力管網(wǎng)的運行狀態(tài)；

4）可對熱力管網(wǎng)運行中的異常參數(shù)進行及時鑒別，并且向熱力站發(fā)送報警信息，使相關的作業(yè)人員能夠及時查看熱力管網(wǎng)運行狀態(tài)，并且將報警信息生成日志，以便于后期維修和養(yǎng)護；

5）可對熱力管網(wǎng)運行過程中的全部數(shù)據(jù)生成報表信息，并建立數(shù)據(jù)信息庫，為今后的熱力管網(wǎng)運維和養(yǎng)護工作提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

2.2 集中供熱自動化控制系統(tǒng)的運行原理

熱力站屬于聯(lián)系熱力管網(wǎng)和用戶的樞紐，主要是通過對蒸汽以及高溫水的熱交換將采暖熱水輸送至用戶端，實現(xiàn)采暖目標。在集中供熱系統(tǒng)中，對于熱力站的自動化控制是保障供熱穩(wěn)定的重要基礎。熱力站的自動化系統(tǒng)由傳感器、遠程通訊設備、控制器以及執(zhí)行器等組成，既可以根據(jù)熱力管網(wǎng)的供熱需求進行獨立工作，也可以與熱力管網(wǎng)相協(xié)調(diào)，接受調(diào)度中心的遠程控制。熱力站的設備組成包括換熱器、循環(huán)泵、補水泵、二級泵。除此之外，還包括一系列控制設備，如變頻器、控制器和傳感器等?，F(xiàn)階段的熱力站已經(jīng)有部分實現(xiàn)了自動化控制，有效達成了無人值守的工作目標。在日常控制中，主要控制內(nèi)容包括對循環(huán)泵的自動控制、對供水溫度的自動控制以及補水泵的自動控制[2]。

2.2.1 供水溫度的自動化控制

針對供水溫度進行控制的主要目的是，保障供熱熱量的穩(wěn)定性，通常需要通過調(diào)節(jié)二次供水的水溫來維持供熱量的穩(wěn)定。即需要通過對供水溫度的自動化控制和動態(tài)控制來維系供熱管網(wǎng)的供熱質(zhì)量。熱力站的自動化系統(tǒng)會根據(jù)傳感器采集的信息來獲取二次供水溫度和室外溫度，然后根據(jù)系統(tǒng)預設值對于供熱管網(wǎng)的開度進行調(diào)節(jié)，通過改變換熱器中的水流量來控制二次供水溫度，確保其保持恒定狀態(tài)，同時能夠滿足熱用戶的供熱需求。具體控制原理見圖2、其中的R屬于初始值，Y外代表系統(tǒng)控制的輸出值。

2.2.2 循環(huán)泵的自動化控制

熱力站的集中供熱系統(tǒng)中，為了保障供回水壓差的恒定，需要通過對循環(huán)水泵的自動調(diào)節(jié)控制來維持壓差值。在循環(huán)泵的自動控制系統(tǒng)中，主要是通過壓力傳感器來獲取供回水的水壓參數(shù)值，獲取的參數(shù)會直接回傳至控制器。控制器對比實際壓差值和設定壓差值之后，得出相應的控制信號，做出控制變頻器輸出功能的動作，使循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速得到科學控制。

2.2.3 補水泵的自動化控制

在整個熱力管網(wǎng)中，熱水屬于熱能的主要傳播媒介，在管網(wǎng)運行中，不可避免會出現(xiàn)跑水、冒水和漏水等問題，致使管網(wǎng)中的熱水流失，難以發(fā)揮良好的熱傳遞作用，此時的供熱質(zhì)量必定受到威脅。因此，在管網(wǎng)運行過程中，還需及時進行補水操作。這里是借助補水泵完成補水操作，為了提高補水作業(yè)的及時性，需要利用Pang-Pang動態(tài)控制方法，對于啟動壓力值進行設定后，根據(jù)熱力管網(wǎng)的壓力值驅(qū)動補水泵完成補水作業(yè)，且在檢測到熱力管網(wǎng)的壓力值達到設定需求后可自動停止補水。

3 結(jié)語

熱力站集中控制自動化系統(tǒng)設計的主要目的是結(jié)合熱用戶的供熱需求，對熱力站以及供熱管網(wǎng)的運行進行合理動態(tài)調(diào)節(jié)，使其在滿足熱用戶供熱需求的同時，能夠有效節(jié)約能源，減少能源浪費問題，并且控制供熱作業(yè)對環(huán)境因素的影響。對于熱力站的自動化控制還能實現(xiàn)無人值守的工作目標，既可減輕人工成本投入，也能提高熱力站控制作業(yè)的規(guī)范性，避免由于人工失誤對熱力站供熱效果造成的影響。因此，在今后的工作中，也需不斷完善熱力站的集中供熱自動化控制系統(tǒng)，使其系統(tǒng)功能更為完善，能夠進一步提升熱力管網(wǎng)的運行效果。