李红
临沂市新城热力有限公司 山东省 276000
摘要：近几年，我国经济快速的发展，对集中供热系统提出了更高的要求。如何利用控制系统提供持续稳定的热源，如何实现热源站的自动控制，如何实现远程和实时监控各个生产及生活用热，满足当今社会的环保、节约能耗的要求，就成为现今集中供热领域急需解决的问题。本文结合控制技术在集中供热工程中的应用，简单阐述了集中供热节能的主要措施是采用先进的自动控制系统，通过控制系统来促进集中供热达到更高效的节能目标。
关键词：自控技术；集中供热；热力工程
我国当前正处于国民经济快速发展的关键时期，科学技术带给了我们越来越多的便利与进步，习近平总书记在十九大报告中强调，中国特色社会主义进入新时代，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。为消除这种矛盾，特别是在城市集中供热工程应用中，就应当从两个方面提升供热运行水平。一是提升供热企业的管理水平，二是要提升供热系统的自动化控制水平。
城市热网自动化控制系统着眼于“热网、换热站、终端用户管控一体化”的需求，贯彻了数字化、信息化、节能环保的运行理念，，通过对供热系统的温度、压力、流量、开关量等进行测量、控制及远传，实现对供热过程有效地遥测及控制，并可根据运行数据进行供热规划和科学调配，为供热部门提供了准确、有效地重要数据，利用计算机实施集中监控和科学的量化管理，起到了节能降耗，减少人力、财力、物力投入量的作用。
1、系统组成
该系统主要由监控中心、VPN设备、通讯网络、换热站设备四部分组成，如下示意图。
2、热网自控系统的优势
实现热力站、二次管网、单元入口、用户入口、用户室温全系统数据的采集与管理，尤其是热力站实现核心能耗因素分量计量，有利于调度人员及时掌握整网运行状态，方便热网的安全经济调控。
二级换热站根据室外温度变化趋势，以适合的温度曲线自动调节二次供回水温度，为降低能耗，实现按需供热提供了可能性。
应用系统仿真、二网平衡软件对热网进行水力计算，解决热网运行失调，以全网平衡为基础，提高供热效果。
通过历史数据与实时数据的比较，分析管网、二级站内可能存在的问题，优化调控方式。
3、热网自控系统原理
临沂市新城热力有限公司自控系统基于智慧热网调度平台，主要实现以下两种控制方式：一是将全网共计146处换热站运行数据进行采集，与当地气象局发布室外温度进行对比，计算出当前换热站所需控制参数（如电调阀开度、二次供水温度等），批量或逐次下发给换热站PLC控制器，控制电调阀、循环泵等设备，并将控制数据通过数据专线反馈至调度控制室；二是通过水力平衡软件进行楼宇单元水力计算，制定二网供回水平均温度、流量控制值，下发至单元平衡装置电动执行部分，实现二网水力平衡的目的。
4、热网自动控制系统实现的功能
热网自动控制系统具有手动、自动、远动功能，能与调动中心控制室联网，控制系统应具有如下二个方面的功能：
4.1远程通讯控制功能
为适应远程监控组网方式由无线GPRS向有线宽带逐步转换的要求，控制设备就必须具备将来通过宽带有线和GPRS信号与中央控制室实现远程监视、控制功能。PLC控制器必须同时具备MODBUS RTU 及 MODBUS TCP/IP两种通讯协议，并配置相应的两个端口：RS232/RS485串口一个，RJ45以太网口一个。并配置GPRS信号传输设备（DTU设备），内置IP虚拟技术可接入普通4G手机卡（移动、联通、电信三网通用），支持VPN路由器及宽带，同时将各二级站站运行参数上传至调度中心控制室，并将各运行数据做到调度平台界面上。温控一体化装置抄表系统采用GPRS上传数据，换热站采用光纤通讯。
4.2全自动无人值守就地控制功能
现场配置汉化人机界面彩色触摸屏面板以便现场对各参数进行监视、修改、功能切换及控制。触摸屏人机界面应具有换热系统图；监测要求的各热网参数及设备工作状态；可对各控制参数进行设定和修改；可设定不同级别的管理权限；可通过软按钮对水泵、电动阀进行手动、自动等运行控制；具有关键参数的运行曲线；具有各报警事件的实时、历史记录等。
换热站自控系统主要包括“电调阀—二次供温”、“循环泵—二次供回水压差”、“补水泵—二次回压”三个闭环控制回路。PLC控制系统作为整个自控系统的核心，负责完成状态信息的采集、目标值的获取、控制过程运算及控制信号输出等一系列工作。
换热站自控原理图
5、二级站自控功能概述
5.1循环泵“恒压差-变流量”控制
对于变流量系统，由于末端流量需求是时刻变化的，因此循环泵的输出流量也应适时做出相应调整，同时为稳定管网压力，确保系统最不利点的压差需求，循环泵的输出扬程需要保持恒定。采用“恒压差-变流量”的控制方式，以实现按需供水、节水节电。
系统通过安装在二次供回水主管上的压力变送器（或压差变送器），采集计算二次供回水压差数据，用户在触摸屏或上位机界面上设置二次供回水压差目标值，PLC控制系统通过内置PID算法，自动计算输出一个动态变化的频率值，用于控制循环泵变频调速，实现“恒压差-变流量”的控制目标。
5.2补水泵恒压控制
由于人为因素以及管网的跑、冒、滴、漏现象的存在，二次网循环水系统会出现缺水和压力下降等状况，为及时避免管网倒空及影响末端流量，必须采取补水措施并维持二次网水压的稳定，这就要求系统必须采用“恒压补水”的控制方式，以维持二次回水压力的恒定。
系统通过安装在二次回水主管上的压力变送器，采集二次回水压力数据，用户在触摸屏或上位机界面上设置二次供回水压力目标值，PLC控制系统通过内置PID算法，自动计算输出一个动态变化的频率值，用于控制补水泵变频调速，实现“恒压补水”的控制目标。
5.3系统分区独立控制
通过精确的水力计算和管网分析，并参考不同建筑物的用热规律，将整个换热站二级网划分成多个独立子系统，各系统之间分开控制、独立运行。对于某个子系统，可以单独设定供水压力和供水温度，实现了流量和热量的独立调节，彻底避免了系统之间的水力干扰和供热失衡问题，同时消除了危险集中，提高了供热安全性。
5.4分时段供温控制
某些供热系统内的热用户具备一定的用热规律，即用热需求会随着一天内时间段的变化而变化，比如教学楼白天需要正常供暖，晚上则只需低温防冻运行即可。为了在满足用热需求的前提下，最大程度减少供热量，这就要求系统可以将一天时间划分成多个时间段，在不同时段内提供不同的供水温度，使系统实现分时段供温控制。
本系统在触摸屏或上位机软件中，将一天24小时划分为8个时间段，用户可以设定每个时间段内的三个参数：起始时间、终止时间和当前时间段的基础供水温度。PLC控制系统内置实时时钟，将当前时间与8个时间段做比较，自动计算当前基础供水温度，实现对二次供水温度的分时段控制。
5.5供水温度气候补偿
随着室外气候温度的实时变化，热用户室内外温差也会发生变化，导致二次网热负荷相应变化，为了充分利用自然热，节省系统供热量，这就要求系统必须随着室外温度的变化，自动调整供热量。如白天暖和气温升高，系统会自动关小一次侧电动调节阀开度，减小供热量；反之，当室外气温下降，系统会自动开大一次侧电动调节阀开度，加大供热量，满足采暖需要。
系统通过安装在站外墙壁上的室外温度传感器，PLC控制系统根据预先设定的气候补偿曲线，自动计算在当前室外温度下的温度补偿值，然后进行相关PID控制运算，输出一个动态变化的阀门开度值，用于调节一次网供热量，实现对二次供水温度的气候补偿控制。
5.6系统自保护功能
① 二次侧防汽化保护：当二次网循环水泵停止时，一次侧电调阀自动关闭；系统停电后，电调阀自动关闭，以防止二次循环网内水因温度过高而汽化。
② 失压保护：二次侧回水压力低于超低限设定值时，自动停止循环泵运行，并关闭电调阀。自动补水系统投入运行后，二次侧回水压力仍继续降低激发声光信号报警。
③ 超压保护：二次回水压力超过设定超高限值时，自动开启泄压电磁阀，若压力仍持续上升，循环泵停止运行并关闭一次侧电调阀。
④ 超温保护：二次供水温度超过高限值时，一次侧电动调节阀关闭；一次回水温度超过高限值时，启动高限值保护，关闭电调阀；一次侧供水温度超过高限值时，立即关闭一次侧电调阀并报警。
⑤ 水箱液位监测：当水箱液位低于低限值时，打开水箱补水电磁阀；当液位继续下降时，再打开一次回水接至水箱的补水电磁阀进行补水，保证水箱液位。
⑥ 断电保护：停电后自动关闭电调阀，切断热源，控制器及变频器自动复位并使各种设定参数和运行状态参数保持断电前设置。
6、建议
自动控制技术在集中供热工程中的应用是十分关键和重要的，自控技术需要长时间持续的对集中供热系统进行控制，在实践中自控技术的应用是从经济成本、安全高效等多方面进行考虑后选择的，今后还要进一步将自控技术进行研究改进，提高自控技术的可靠性和稳定性。第一，要使自控技术能够适应更加多变复杂的环境，尤其是在恶劣环境中也要确保持续稳定的运行；第二，要在精度上、稳压性和抗干扰能力上做出改进，从而有效改善供电环境；第三，利用自控技术实现集中供热系统的自动恢复、自动启动等功能，来实现供热系统的真正智能化和无人值守。
7、结束语
社会的迅猛发展使得对热能的需求也将进一步加大，在此形势下，集中供热也将进一步扩大范围，作为市政建设的重要内容，集中供热也要大规模建设起来，在集中供热工程的建设发展中，自控技术对于实现节能和高效都是据哟至关重要的作用的，自控技术的应用也将成为集中供热工程的主要发展方向，因此有必要对自控技术进行深入的研究，从而为高效的应用提高技术支持。
参考文献
［1］李宁.浅析提高集中供热技术的探索与研究 ［J］工业技术.2012.
［2］张显明，谈自控在.集中供热系统中节能措施的有效运用探析［J］工业技术.2011.
论文作者:李红
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/8
标签：集中供热论文; 回水论文; 系统论文; 自控论文; 温度论文; 技术论文; 压力论文; 《防护工程》2018年第13期论文;