太古集中供熱控制系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題及解決措施

馮關(guān)儒

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000)

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，自動(dòng)化控制設(shè)備在集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛，集中供熱系統(tǒng)的自控運(yùn)行管理也趨于完善。通過(guò)自控系統(tǒng)的深入實(shí)施和熱網(wǎng)的集中管理，使得熱網(wǎng)資源的利用率得到持續(xù)提高。本文以太古集中供熱系統(tǒng)為例，介紹了太古供熱的自動(dòng)控制系統(tǒng)以及總結(jié)運(yùn)行以來(lái)常見(jiàn)故障以及處理方法[1]。太古集中供熱系統(tǒng)涉及熱源、熱網(wǎng)、換熱站和熱用戶，隨著供熱規(guī)模的擴(kuò)大，供熱系統(tǒng)復(fù)雜程度不斷提高，原有的人工調(diào)整方式嚴(yán)重制約城市大熱網(wǎng)的精細(xì)化控制。必須借助先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)和設(shè)施設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)集中控制。集中供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)自動(dòng)化控制是在各個(gè)熱網(wǎng)換熱站、關(guān)鍵管線節(jié)點(diǎn)上安裝自動(dòng)控制設(shè)備，建設(shè)自動(dòng)化控制總站，并對(duì)熱網(wǎng)傳遞上來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析研判，并執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)整。太古集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)包括機(jī)電設(shè)備層、就地儀表層、現(xiàn)場(chǎng)控制層、通信網(wǎng)絡(luò)層、中央監(jiān)控層、信息管理層(見(jiàn)圖1)，自動(dòng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)熱網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)精細(xì)控制，使得城市集中供熱系統(tǒng)的熱量實(shí)現(xiàn)均衡輸出，減少了資源、能源的消耗，提升了供熱服務(wù)質(zhì)量[2]。

2 太古集中供熱控制系統(tǒng)

太古集中供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括高溫網(wǎng)系統(tǒng)和一級(jí)網(wǎng)系統(tǒng)，一般涉及電動(dòng)閥門的開(kāi)度控制、變頻器的頻率調(diào)整等內(nèi)容[3]。

2.1 太古一級(jí)網(wǎng)系統(tǒng)

太古集中供熱一級(jí)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)全網(wǎng)平衡控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，以溫度和熱量為控制目標(biāo)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度和分布式回水加壓泵的頻率進(jìn)行流量控制，實(shí)現(xiàn)溫度和熱量的控制。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)PLC采集并計(jì)算二次循環(huán)水的溫度變化,并上傳計(jì)算結(jié)果，服務(wù)器對(duì)比目標(biāo)參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)差異，下達(dá)閥門開(kāi)度要求到對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)控制器上，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)接收到的指令信息來(lái)完成對(duì)電動(dòng)閥門開(kāi)度的調(diào)整。常規(guī)換熱站自控設(shè)備設(shè)置見(jiàn)圖2[4]。

2.2 高溫網(wǎng)系統(tǒng)

太古集中供熱高溫網(wǎng)系統(tǒng)主要包括三個(gè)中繼泵站(1號(hào)、2號(hào)、3號(hào))、事故補(bǔ)水站及中繼能源站。高溫網(wǎng)下位控制系統(tǒng)通過(guò)PLC柜控制變頻器和風(fēng)機(jī)運(yùn)行、閥門開(kāi)關(guān)以及自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)。以2號(hào)泵站為例來(lái)介紹單個(gè)泵站的自控實(shí)現(xiàn)方法。2號(hào)泵站車間有2個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)有供回水泵各4臺(tái)，共計(jì)16臺(tái)水泵，供回水進(jìn)出口主閥及旁通閥16個(gè)。控制系統(tǒng)包括，控制運(yùn)行計(jì)算機(jī)2臺(tái)、主PLC集控柜1臺(tái)，與水泵1∶1匹配水泵就地PLC柜16臺(tái)。水泵及閥門控制系統(tǒng)有遠(yuǎn)程、就地2種控制模式。系統(tǒng)主要的控制流程如下：

太古集中供熱高溫網(wǎng)自控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)上位系統(tǒng)采用的是西門子的WinCC OA系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)PLC下位系統(tǒng)采用logix5000(如圖3所示)。調(diào)度中心通過(guò)服務(wù)器的WinCC OA程序下發(fā)指令通過(guò)logix5000程序至主PLC集控柜的CPU。CPU系統(tǒng)收集到指令，將收集整理的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總分析，之后將其數(shù)據(jù)信息傳送到現(xiàn)場(chǎng)水泵就地PLC柜及閥門。就地PLC會(huì)根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出指令，變頻器根據(jù)指令的要求去控制循環(huán)水泵啟停及運(yùn)行頻率，通過(guò)固定的數(shù)據(jù)，變頻器能夠在二次循環(huán)中進(jìn)行定壓、定流量處理，從而使得熱網(wǎng)能夠保證有序、合理的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。閥門本體與主PLC集控柜之間是由控制線直連的，包括控制信號(hào)與反饋信號(hào)。閥門在收到主PLC集控柜的CPU的信息后，會(huì)根據(jù)指令執(zhí)行開(kāi)閥、關(guān)閥、停止的信號(hào)。閥門會(huì)將開(kāi)度、開(kāi)關(guān)到位、故障信號(hào)等反饋到調(diào)度中心控制電腦[5]。

3 太古集中供熱控制系統(tǒng)的故障

太古集中供熱控制系統(tǒng)已經(jīng)安全平穩(wěn)運(yùn)行5個(gè)采暖季。對(duì)投運(yùn)以來(lái)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，歸納如下。

3.1 通訊故障

各泵站與調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)和操控指令傳輸通過(guò)電信城域網(wǎng)的通訊方式進(jìn)行傳輸(如圖4所示)，通訊系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的“傳輸神經(jīng)”，如果在運(yùn)行時(shí)期調(diào)度中心機(jī)房服務(wù)器與泵站發(fā)生通訊故障，調(diào)度中心人員無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，相當(dāng)于失去了“眼睛”，不能做出及時(shí)準(zhǔn)確的判斷，并且操作指令無(wú)法下發(fā)，長(zhǎng)時(shí)間通訊終端還會(huì)影響其他關(guān)聯(lián)工作站、操作控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)多年的運(yùn)行觀察，導(dǎo)致通訊出現(xiàn)故障的原因一般是交換機(jī)、路由器故障及通訊光纜中斷。

3.2 UPS故障

電是控制系統(tǒng)的動(dòng)力之源?？刂葡到y(tǒng)除了接入市電外，自控系統(tǒng)PLC柜、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和通信設(shè)備等均需要接入U(xiǎn)PS，在市電發(fā)生故障時(shí)，電源無(wú)擾切換至UPS電源供電，確保系統(tǒng)可以繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)驟然停車，保證有足夠時(shí)間執(zhí)行緊急停運(yùn)和處理故障，UPS的常見(jiàn)故障有：

1)UPS電池使用時(shí)間嚴(yán)重超過(guò)服役年限。

2)UPS電池長(zhǎng)期未進(jìn)行充放電測(cè)試。

3)誤將UPS的極性接反，從而會(huì)導(dǎo)致逆變器的損毀。

4)連接好電池后沒(méi)有將電池的開(kāi)關(guān)打開(kāi)。

5)線路維修更改了原本的相序，導(dǎo)致UPS電源不能正常啟動(dòng)。

3.3 PLC模塊故障

PLC模塊是控制系統(tǒng)的“功能器官”，PLC模塊故障是一種常規(guī)故障，一般PLC顯示屏可顯示模塊故障代碼。PLC模塊常見(jiàn)故障有：

1)外圍電路元器件故障。自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC模塊控制一旦出現(xiàn)元器件損傷，整個(gè)控制柜系統(tǒng)就會(huì)停止工作。同時(shí)，PLC控制柜輸出端子帶負(fù)載能力是有限的，一旦超過(guò)了規(guī)定的最大數(shù)值，就需要及時(shí)對(duì)外接繼電器或接觸器才能夠重新恢復(fù)工作。

2)輸入端燒毀或輸入卡損壞?，F(xiàn)場(chǎng)儀器或傳感器送來(lái)PLC的模擬輸入信號(hào)在顯示屏上的數(shù)據(jù)不正常，用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器替換模擬輸入信號(hào)數(shù)據(jù)也顯示不正常。

3)輸出卡出現(xiàn)故障。PLC或控制器的模擬輸出有問(wèn)題，利用顯示屏的數(shù)據(jù)輸入功能給該模擬輸出端輸出一個(gè)固定的模擬信號(hào)，如果還是有問(wèn)題，即可初步判定該輸出卡有故障。

3.4 接線端子接觸不良

接線端子是連接器的一種，是連接自控設(shè)備和導(dǎo)線的專用設(shè)備，外部的電壓、電流、信號(hào)傳遞到與之匹配的連接器接觸件上。因此，要求接觸件具備優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。但是由于接觸件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、材料選用錯(cuò)誤、模具不穩(wěn)定、加工尺寸、表面粗糙等都會(huì)引發(fā)端子接線的接觸不良。端子接線接觸不良一般會(huì)在工作一段時(shí)間后顯示出來(lái)。具體表現(xiàn)機(jī)理是控制柜配線出現(xiàn)缺陷或者使用中震動(dòng)加劇會(huì)引發(fā)接觸不良的問(wèn)題。

3.5 傳感器故障

傳感器是控制系統(tǒng)的“感知器官”。集中供熱系統(tǒng)中常見(jiàn)的傳感器有壓力、溫度、流量、液位傳感器，這些設(shè)備是熱網(wǎng)運(yùn)行的重要數(shù)據(jù)來(lái)源，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)的故障如下：

1)傳感器不顯示數(shù)值?？赡艿脑?yàn)殡娫淳€路斷路、電源故障、PLC模擬輸入通道問(wèn)題或儀表本體電路損壞。

2)數(shù)值誤差大?？赡艿脑?yàn)榱砍淘O(shè)定、取源位置、PLC模擬輸入通道問(wèn)題或儀表本體電路損壞，同時(shí)這些儀表要定期進(jìn)行校準(zhǔn)。

3.6 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)的故障有指令給定開(kāi)度和閥門實(shí)際開(kāi)度不一致、閥門反饋信號(hào)錯(cuò)誤。故障原因可以從以下幾方面進(jìn)行判定：給定通道模擬量輸出是否正常、反饋通道模擬量輸入是否正常、閥體是否有異物卡住、重新上電復(fù)位閥門或者手動(dòng)校準(zhǔn)閥門、查看執(zhí)行器與閥體是否匹配、閥門本體有沒(méi)有進(jìn)水、控制線纜有沒(méi)有中斷等。

4 自動(dòng)控制系統(tǒng)故障的解決對(duì)策

自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)太古集中供熱系統(tǒng)尤其是太古高溫網(wǎng)系統(tǒng)至關(guān)重要，因此在自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因，快速找到故障辦法，保證供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)因自控系統(tǒng)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)停止，需要維保人員快速查找原因，采取相應(yīng)的解決對(duì)策。結(jié)合近幾年采暖季發(fā)生的故障，總結(jié)了以下幾點(diǎn)故障處理措施[6-7]。

4.1 控制服務(wù)器故障處理

控制服務(wù)器為整個(gè)供熱自控系統(tǒng)的核心大腦，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，不能正常反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行參數(shù)，操作指令無(wú)法下發(fā)。為防止故障的發(fā)生，控制系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)置兩臺(tái)服務(wù)器互為冗余，當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至備用冗余服務(wù)器，待自控人員處理完故障時(shí)，再將服務(wù)器切換至主服務(wù)器，期間對(duì)控制系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生任何影響。并且，在日常運(yùn)行過(guò)程中，定期對(duì)服務(wù)器進(jìn)行點(diǎn)檢，檢查服務(wù)器硬盤容量，保證服務(wù)器正常運(yùn)行；定期對(duì)兩臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行手動(dòng)切換，確保備用服務(wù)器一直處于工作狀態(tài)，在主服務(wù)器故障時(shí)無(wú)縫銜接。

4.2 通訊故障處理

當(dāng)調(diào)度中心與各泵站發(fā)生通訊故障時(shí)，各泵站數(shù)據(jù)在調(diào)度中心丟失，但泵站本地控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)正常。此時(shí)，要求各泵站將權(quán)限切至泵站本地控制，并且報(bào)告調(diào)度中心目前的運(yùn)行情況。維保人員檢查相關(guān)設(shè)備，如果屬于通訊設(shè)備故障或損壞，及時(shí)更換備品備件，如果經(jīng)分析是運(yùn)營(yíng)商通訊故障，通知運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行處理。故障處理后，再將各泵站操作權(quán)限切至調(diào)度中心控制。

4.3 UPS故障處理

UPS電池是易耗物品，按照規(guī)定每三年更換一次電池，以確保電池電量能夠維持市電故障時(shí)的應(yīng)急時(shí)間。為了保證UPS電池的使用壽命，電池保養(yǎng)必不可少。根據(jù)供暖行業(yè)的時(shí)間特殊性，每年的停暖之后和供暖前期都會(huì)徹底對(duì)UPS電池進(jìn)行充放電，保持電池的有效利用率。在供暖期間，定期對(duì)UPS進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)UPS故障，將UPS的供電無(wú)擾切換到市電，根據(jù)面板上的故障信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理，處理完畢后將供電方式切換UPS供電，此操作對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響。

4.4 PLC柜及模塊故障處理

根據(jù)5 a的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，PLC柜發(fā)生的故障大多數(shù)是柜內(nèi)的模塊與接線端子故障，當(dāng)調(diào)度中心顯示車間某臺(tái)水泵就地PLC柜故障時(shí)，需將這臺(tái)水泵的控制權(quán)限切換到變頻器控制，然后根據(jù)報(bào)的故障情況進(jìn)行PLC柜的維修，更換模塊、尾纖或者緊固端子線。待處理完故障后，再將水泵權(quán)限切到調(diào)度中心控制。

4.5 現(xiàn)場(chǎng)儀表與閥門故障處理

現(xiàn)場(chǎng)儀表主要包括壓力、溫度、熱量表、液位計(jì)等。當(dāng)調(diào)度中心顯示某一儀表故障時(shí)，維保人員排查現(xiàn)場(chǎng)儀表的接線，與PLC柜的通訊，如儀表本身故障，需要及時(shí)更換備品備件。電動(dòng)閥門故障處理需要先將閥門控制切到閥門本體控制，這樣保證在閥門故障的情況下，閥門不會(huì)自動(dòng)執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，然后對(duì)閥門控制器進(jìn)行檢查維修。

4.6 及時(shí)更換備用件

自控系統(tǒng)的主要功能原件都是電子原件，工作環(huán)境中溫度、濕度以及灰塵等都會(huì)影響電子原件的壽命。因此在發(fā)現(xiàn)故障的原因之后要及時(shí)替換備用件。需要注意的是，在更換備用件的時(shí)候要始終保持設(shè)備處于斷電的狀態(tài)，并在更換電子原件的時(shí)候及時(shí)記錄和檢查原件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如果是需要區(qū)分正負(fù)極的供電設(shè)備，安裝時(shí)要注意，避免電極反接損壞設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

太古集中供熱系統(tǒng)的自控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度中心與熱源和各個(gè)熱力站運(yùn)行參數(shù)的一致性調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了按需供熱的精細(xì)化調(diào)整。為了能夠更好的促進(jìn)集中供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，自控維保要結(jié)合實(shí)際加強(qiáng)對(duì)集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行故障的分析，快速判斷故障原因，采取有針對(duì)的解決對(duì)策，從而更好的保障集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定高效運(yùn)行。