摘要：本文主要介绍了现阶段热网自控系统的主要构成及它们之间相互配合达到的功能。其中上位机采用的亚控组态王软件，下位机采用的是PLC，它们之间通过DTU设备以GPRS形式进行数据传输，而且通过对PLC的编程，可以控制现场电动阀的开度，调节了一次网供水流量，从而实现了控制二次网供水温度的目的。
关键词：热网 组态王 GPRS DTU PLC 控制单元
1、引言
建立一套完善的热网生产调度系统，对热网进行监测和有效的调节，以降低能源消耗和提高供热质量是供热管理的迫切需要。
热网自控系统为供热管理人员提供集中供热系统的运行状况，帮助工作人员选择合适的运行方式，进行优化生产和运行。监控系统提供的数据实时、准确，使热网的调控有了可靠的依据。系统的投入不仅明显改善了供热效果，还节约了大量的能源，既能保证热量充足时减少热能的消耗，又能保证热量不足时热量的均摊，对保证供热质量、节约能源、实现无人值守起到了积极作用。
2、热网自控系统控制原理
2.1 调节二次网供回水温度，实现热网平衡
热网各换热站控制器可以根据二次网供水温度、回水温度、供回水平均温度三种控制方式，控制电动调节阀门，保证温度恒定和热网平衡。尤以根据供回水平均温度的设定值调节阀门的方式最科学，最合理。
2.2 采用中央控制，热网水平失调度控制到最低，实现热网经济运行
系统采用中央控制，即通过计算机网络将各换热站的控制机连在一起，集中控制系统是在全网统一监测系统的基础上，以各换热站二次网的供回水平均温度彼此一致为调节目标，测量出各换热站二次网的供回水温度，计算全网调节均匀后的供回水平均温度值，将此值发送到各换热站作为设定值进行具体的调节，保证各换热站间的均匀供热。这种系统调节精度高，控制效果好，热网的水平失调度可控制在最低的水平，因而节能效果明显。
均匀性调节可将外网的调节与热源的调节分为两个独立环节分别单独进行，相互之间互不干扰。外网调节的目标是实现均匀化供热，而总的供热效果则通过对热源的调节来实现，热源的调节可根据天气及负荷情况进行调节。各换热站的现场控制机根据主机所发出的命令，围绕本站的二次网供回水温度的设定值，采用PID算法进行自动调节。
3、系统构成与功能介绍
系统采用先进的工控组态软件-组态王和西门子可编程控制器PLC及扩展模块等设备，换热站全自动控制系统符合CE标准和中国国家标准。系统主要由监控中心、现场控制单元、通讯系统、电气设备、仪表和传感器及电动调节阀等部分组成，各部分协调工作，实现热网监控系统的各项功能。
3.1 监控中心（热网中心调度室）
3.1.1 监控中心的任务
监控中心通过现场控制器对所监测的参数进行实时采集，将这些参数进行在线存储、处理分析、报表打印，并根据运行工况对热网进行优化调度，对各换热站发出调控命令，以分配热网内各换热站所需热量，同时确定其运行方式，平衡全网的供热需求，保证区域供热在安全、合理、经济的条件下运行。
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3.1.2监控中心实现的具体功能
1、供热参数实时监测：
实时采集各换热站一次网、二次网的运行数据，包括供回水温度、供回水压力、供水流量和热量、阀门开度、水箱液位、巡检记录、补水流量、循环泵启停状态、补水泵启停状态、循环泵和补水泵变频器频率及变频控制等参数。
2、地理信息功能
以地图方式显示整个管网的地理分布，根据换热站的地理位置进行换热站的查找、浏览，实时图形化地显示换热站、热源的工艺流程及运行参数。图文并茂，直观方便。
3、运行参数、设备参数及图形显示
用图形实时显示各站设备的运行工况。图形包括系统总图、子系统图等。所有模拟图形具有动态显示效果。如图1所示为现场工艺设备监控界面。
4、历史数据库和参数运行曲线
建立数据库，对各换热站实时参数进行集中储存，实现历史数据查询、以曲线形式显示运行参数，方便用户对运行工况的分析与调控。
3.2 现场控制单元
上位机采用的是工控组态王，下位机采用的是可编程控制器PLC,控制软件选用德国Step7编程软件。所有的换热站通过中国移动无线通讯方式GPRS与监控中心计算机相连。
控制器能与操作员计算机和维护调试专用设备（笔记本电脑）相连。它通过运行专用的软件可执行诸如改变参数，安装程序，更换时间程序，以及编辑控制参数等功能，还可用于模拟控制面板的显示和操作。现场控制单元主要完成数据采集、自动控制、参数存储、实时通讯、故障报警等功能。可独立完成本地控制，也可受控于监控中心。
3.2.1 现场控制单元主要功能
1、参数测量功能
完成管网现场过程的模拟量（如温度、压力、流量、阀位等）、状态量（如补水泵状态等）的测量，并完成相应物理量的上下限比较、PID运算、逻辑运算，对输入热量进行计量，以便于对供热效率进行核算，将测量结果传送到监控中心。
2、通讯功能
控制器具有通讯功能，并且采用开放的通讯协议，具有GPRS通讯口，支持TCP/IP协议，支持Modbus通讯协议，控制器可以与各种智能计量仪表进行通讯。控制器能将现场的设备运行情况传送到监控中心供分析处理，同时可接收监控中心传送的指令进行控制和调节，如控制参数的调节，并支持现场修改控制器内部数据功能。
3、控制调节功能
控制器除能在就地进行自动控制和调节外，还能在热网中心调度室的命令下和允许的范围内，对换热站和其它现场设备进行控制和调节。控制器根据换热站运行曲线编辑，通过检测二次网供水温度和回水温度，自动调节电动调节阀的开度，实现换热站的质调节；控制器根据调度室指定的程序来控制调节阀来调节一次网水的流量，保证二次网所需的供水温度和回水温度，当管网负荷过大或供热不足时，控制器能控制调节阀的开度，调节热网平衡，实现热量均摊。
4、其它功能
控制器还可满足监控中心其它的控制、保护、报警、通讯、显示及抗干扰等功能。
3.3通讯系统
3.3.1 GPRS 通讯的控制原理
1、数据中心：
数据中心采用ADSL 方式与INTELNET 公网连接，采用公网固定IP 或域名。此种方案需要先在INTERNET 运营商申请ADSL 等宽带业务。其中，数据中心采用公网固定IP 的方式， 监控点直接向中心发起连接，运行相对可靠、稳定。
系统中的测量传感器（温度，压力，液位，流量等）对被控对象进行检测，把被控量转变成统一的电信号，经模/数转换器转变成数字信号送入过程控制器（RTU）内。计算机将此测量值与给定值进行比较，按一定的控制算法，产生控制指令，经数/模转换器将数字信号转换成电信号，通过执行机构控制被控对象，达到预期的控制目标。换热站的数据通过GPRS DTU 与数据中心调度站交换数据。
4、结论
换热站自控系统建设与当今先进的通信、计算机网络发展技术相适应，符合总体规划和长远发展的需要，充分保证了系统的可伸缩性和可扩展性。整个控制系统的设计思想超前，选用的系统设备和软件，性价比最好，使用户采用合理的投资而得到最佳的效果。系统在未来运行更新或搬迁及改造升级时只需少量资金便可达成。
热网自控监控系统的实现，很好地保证了用户室温在设定范围内波动，不仅节省了大量的人力和物力，还提高了自动化程度及控制精度，其综合水平达到了热网监控系统的国际先进水平。
参考文献：
1.GB50019-2003采暖通风与空调设计规范[S] 北京 中国计划出版社，2003
2.GJJ34-2002 城市热力网设计规范[S] 北京 中国建筑工业出版社，2002
3.王宇清主编 供热工程[M] 北京 机械工业出版社，2004
4.张子慧主编 热工测量与自控[M] 北京 中国建筑工业出版社，1996
论文作者:李世明
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/31
标签：回水论文; 系统论文; 换热站论文; 控制器论文; 参数论文; 温度论文; 现场论文; 《防护工程》2018年第2期论文;