自动控制在供热系统中的应用

自动控制在供热系统中的应用

杨超群

（安徽省铜陵市富鑫钢铁安徽省铜陵市244000）

摘要：随着社会的发展科技的进步，以及计算机技术、通讯技术、自动化技术水平的提高，使人们对供热质量的要求不断提升，所以自动化技术在换热站的应用就显得势在必行。此文就是针对换热站自控系统方面的实例，对自动化控制在供热系统中的应用进行一些探讨

关键词：换热站；自动控制；节能

一、换热站自控系统的设计原则

换热站自控系统在全面的保证供热质量的基础上。宏观掌握了供热系统的工艺参数变化及设备运行状况，保证了供热系统的运行参数对热网的自动调节。减少了能源、人员浪费，调高了经济效益，更好的进行了供热系统设备的维护和管理，换热站自控系统可以及时检测供热系统故障，提高系统安全性。为供热系统的高效运行提够了基础和依据。整个系统在操作上、管理上、维护上、质量上更加稳定、经济、安全、可靠。

二、无人值守自控系统的控制

目前我公司在某地区的供热系统中有20无人值守的个换热站。每个换热站都选择台达PLC采集底层数据。并且在现场也直接设有触摸屏，方便本地控制。现在对设备自动控制及关于节能方面的控制方案进行说明：

1、温控阀门的节能控制方案

温控阀节能控制包括三种控制方式：室外温度曲线控制、时控及固定温度控制

1）室外温度曲线控制模式

热量平衡:当热水网路在稳定状态下运行时,如不考虑管网的沿途损失,则网路的供热量应等于供暖用户采暖设备的散热量,也应该等于供暖热用户的热负荷。

Q1=qV(tn-tw)

Q1供热用户的热负荷

q-建筑物的体积供热指标

V-建筑物的外部体积

tn-室内温度;tw-室外温度。

供暖用户采暖设备的散热量Q2

Q2=GC(tg-th)/3600=1.163G(tg-th)

Q2散热量

G-循环水流量

c-热水的质量比热c=4.187J/kg.℃

tg-供水温度

th-回水温度

即Q1=Q2这也是供热调节的理论基础,从公式中可以看出,系数q及V一般变化不大,我们可以认为是常数,所以当我们要控制建筑物的室内温度一定时,只有tw-室外温度一个变量,也就是说室外温度是影响建筑物供暖热负荷的唯一变量。所以在换热站自控系统中,室外温度的变化是系统产生扰动的决定性因素,控制的主要目的就是抵消室外温度变化产生的扰动影响,所以通过不同的室外温度来设定不同的温控曲线，使温控阀门通过PID自动调节维持热网的供热平衡。

2）时控模式

由于供热地点不同，有时可以根据供热对象的特殊性，选择时间控制阀门模式来控制热网温度平衡，如机关、学校、或者只白班工作的工厂在上班、上课时间增加热网温度及供水量，而在夜间可降低热网温度及循环泵工作频率。供热系统只维持基本热量即可，减少能源浪费。

3）固定温度控制模式

在一些必要的时候，现场操作人员也经常采用固定温度控制模式，也就是手动给定一个温度，让温控阀以此为基本温度进行调节，维持热网供热平衡。

2、循环泵的节能控制方案

循环泵分为手动模式和时间控制两种控制模式，在时控控制模式下，通过室外温度变化的一些规律性，根据时间变化来控制变频器频率。由上位机设定不同时间对应的不同频率，对变频器下达不同的频率指令，通过变频器适时适量地控制循环泵电机的转速来调节循环泵的输出流量，这就在满足了供暖负荷要求下。使电机热网系统的运行中能量消耗降到很小程度，从而达到节能的效果

3、补水泵的节能控制方案

为了使供热系统正常运行，应采取必要的定压措施。当供热系统中膨胀水量小于漏失水量时，需对供热系统进行补水，否则难以维持供热系统的定压点压力，供热系统无法正常工作因此深入研究供热系统定压补水方法有助于提高供热系统运行的可靠度目前我公司将补水泵和补水阀门互补使用，根据设定的压力。一般由补水阀门将一网向二网进行补水，除非正常情况一网压力低于二网压力时，才启动补水泵。因为补水阀门更省电节能。在使用补水泵时有根据不同的条件分为以下控制模式

补水泵的控制分恒压模式和上下限模式

1）在失水较严重的地方一般采用恒压模式以防止频繁启动补水泵及变频器而产生对设备的影响及损耗。

2）在失水较少的片区一般采用上下限模式，防止水泵一直运行而造成的能源浪费。

4、泄压阀的应用

为保证系统的安全性，安装泄压阀，防止压力过高造成管道故障。

不同设备的不同控制模式的选择要根据现场的具体情况设定，只要做出正确的判断，选择相应的控制模式，就可以提高设备的利用率，防止能源浪费。

三、监控中心管理

在控制中心设有一套监控平台系统，作为整个供热网的采集、监视、控制使用。现场一次仪表测量现场工艺参数，转换成标准的信号传入PLC，通过PLC和专用网络传到数据服务器中，在通过上位软件组态王，读取服务器数据进行相应的数据及设备监控控制。上位监控平台系统包括：

1、实时监控

在画面中通过编程，实现模拟显示整个换热站现场供热的全过程，并且在换热器系统的管线上对各个工艺参数进行显示，如一网、二网的供回水压力、温度，液位、热量、流量及设备运行状态。以便于操作者能及时准确的掌握换热站的换热情况，对换热机组进行准确的操作并能够对现场设备的故障进行实时诊断。

2、远程控制

包括对阀门的控制、循环泵控制、补水泵控制、泄压阀控制。所有控制都分为手动和自动。操作人员根据具体的情况自主选择相应的控制模式。真正的做到了换热站无人值守模式。节省大量人力、物力的能源浪费。

3、报警记录

对于如流量、压力、温度、泵运行情况等一些重要的输入参数进行实时报警，当处于监控下的任何一个变量超出预先设定的安全值时，就会有报警提示音，并且在报警栏内显示报警信息。每条报警信息包含报警站点、报警发生时间、报警参数及当前值等详细信息。同时通过报警一览表对话框可以检查报警超出的范围以及错误的出处，并对此采取相应的措施。

4、历史趋势

在此画面中除了实时显示变量的变化趋势，操作员还可以检查过去的过程数据记录，通过对过去历史趋势的比较进而可以对变量未来的发展趋势做进一步的预测。

5、报表系统

通过读取历史数据库的数据，形成相应的历史报表。历史报表应支持日报表、周报表、月报表、供热季报表，并且对应的存储在本地计算机上。操作员可通过点击按钮自动生成保存报表，并显示报表的时间间隔（以天计）并可以进行编辑、打印等工作。

6、系统维护功能与安全

采用多级安全管理，根据用户登录权限开放相应功能。监控系统对运行人员、维护人员、管理人员赋予不同的权限，不同的人员具有不同的操作权限，从而避免了操作不当所造成的系统故障。

四、功能和效益

供热管网自动控制系统可以保持能耗的动态跟踪，解决了热网运行失调现象，实现了热网平衡运行，大大提高了供热效果，换热站根据室外温度的变化，自动调节供水温度，从而最大程度的节约了能耗，监控中心的数据与现场数据保持同步，管理直观高效，做到无人值守模式，节省大量的人力、物力。并且及时发现“偷汽”、“偷水”和跑漏汽水现象，减少这类浪费和热能损失。提高供热的服务质量，投诉大幅度减少，经节能降耗分析每年综合节电在30%以上，节煤效益在10%左右。供热质量大幅提高，因不热造用户投诉率显著下降30%，热费上缴率已达90%。

五、结论

总之，换热站自控系统很好的实现了对换热站设备的自动控制，提高了供热质量、使热能更加有效的利用。热网运行更平衡。在满足了用户需求的前提下，节约了大量的人力、物力资源，减少了不必要的浪费，降低了供热成本，提高了供热效率，经济效果显著提高。

作者简介

杨超群（1987-07-31），女，汉族，籍贯：黑龙江省牡丹江市爱民区，学历：大专，当前职务：自控工程师，当前职称：助理工程师，研究方向：自动化。