辽宁省市政工程设计研究院有限责任公司 辽宁沈阳 110006
摘要：实际上，一套供热系统无论设计多么可靠，水力计算多么准确，投入运行后，总会有某些用户的流量或温度达不到要求，水力失调现象不可避免，因此要想均衡按需供热必须进行调节与控制。本文针对目前集中供热系统中水-水换热的热力站的自动控制与调节方法进行相应的分析与探讨
关键词：换热站；自动控制；调节
1 换热站的主要工艺以及控制系统的硬件构成
1.1换热站主要工艺
换热站设备一般包括2台换热器、3循环泵、一用一备式变频恒压补水系统及水处理设备；锅炉房热水经一网循环把热量送入换热站，站内隔离式换热器将热量传递给二网循环送往用户；换热站自动化控制系统主要监控一网、二网进、出水的温度、压力、流量和循环泵、补水泵的状态、启停控制、转速、故障以及电量等参数。
1.2换热站控制系统硬件构成
压力变送器、热电阻、流量计、液位变送器、数采模块、隔离配电模块、嵌入式触摸屏、MCGS嵌入版软件。
2 换热站自动化控制系统及调节方法
2.1 系统实现
控制系统结构为：人机界面—PLC-变频器——仪表模式。人机界面采用触摸屏与PLC直接相连，通过配置触摸屏按钮内置数据。实时改变PID参数；监测换热器、调节阀、循环泵、补水泵及变频器工况，显示现场温度、压力信号；内设报警极限值可进行声、光报警，方便调节和控制整个工作过程。PLC是控制系统的核心。可设置PID参数进行闭环控制：根据PID运算结果进行D／A变换输出，实现手动或自动调节执行机构（调节阀、变频器）；具有系统故障诊断。判断异常温度、压力、电流等故障信号；实现循环泵及补水泵工频，变频切换控制。变频器实现多个泵的轮换及补水工作，通过变频器调节循环泵与补水泵转速，实现节能调速。变频器与PLC采用Modbus方式通讯，由PLC控制改变变频器的输出频率。仪表测温元件采取PTl00铂热电阻。压力测点采用0-1．6MPa进口压力变送器。蒸汽侧采 用进El涡街流量计，蒸汽侧采用具备断电自动关阀功能的进口电动调节阀。
为满足热力站需求，软件系统采用组态编程软件对可编程控制器进行功能组态。实现将换热站的温度和压力等模拟信号转换为数字信号，与设定值相比较，根据比较结果按照预定控制方案自动调节。通过PLC驱动调节阀开度或调节变频器输出频率，满足换热系统恒温运行。同时控制补水泵启动与停止，维持热网系统压力基本恒定。避免因缺水而带来安全隐患。触摸屏能通过PLC对现场设备进行实时监测、控制和报警，达到高可靠性、稳定性运行。
2.2 控制方案
换热站控制基本原理就是随着热用户温度和回水压力的变化，自动化控制调节阀开度和循环泵、补水泵转速。达到恒温恒压的控制要求，同时对系统进行连锁保护。
2.2.1 二次供水温度的调节
根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度及自然时间与二次供水温度之间的对应曲线：按此曲线自动设定供水温度；按照设定好的供水温度设定值进行恒温控制。其主要功能是通过对二次供热系统的温度检测、分析，算出最佳的供水温度，通过调节一次管网流量，使二次供水温度接近于它的设定值。这样在供热系统满足用户需求量的前提下，保证最佳工况。
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2.2.2 循环泵控制
循环泵开启的多少和大小由回水温度设定值与二次回水温度的差值来决定，当二次回水温度低于回水温度设定值时。需要增大循环泵的开启量；反之，则相反。回水温度设定值是根据室外天气来确定，当天气冷时，回水温度设定值应该小些，这样可以使大量热量充分留在用户里。程序本身定义了回水温度设定值与室外温度的关系曲线，操作员可以在人机界面触摸屏上直接定义回水温度设定值。
2.2.3 补水定压控制
通过回水管网上压变器反馈值与内部设定值比较，使输出到补水泵电机的频率相应变化，而出水压力则始终维持在设定值附近，避免了管网因出水压力郭大而破裂的危险，降低期间损耗，延长使用寿命，降低因故障停机的频率。
2.3 热力站的自动调节
热力站自动调节的目的是使热力站的供热量与用户的需热量相一致。随室外温度的变化，按照供热温度调节曲线进行供热温度或流量的调节，以实现用户按需供热。热力站的自动调节分为自力式和电动式两种。
常用的自力式调节阀有以下几种：
（1）流量控制阀（或称流量限制器、恒流量调节阀）
流量控制阀一般安装在热力站一次回水的管道上，他的功能是限制通过的一次回水流量不超过给定的最大值，因此可自动的将热用户的流量限制在要求的范围内。
（2）压差调节阀（或称压差流量调控阀、压差控制器）
热力站的压差调节阀一般安装在供热系统的一次或二次供、回水总管上，主要用于供热系统供、回水流量的分配，从而使供、回水之间的压差达到恒定值。对于循环水泵已采用变频控制的变流量系统，其二次管上不适宜安装压差调节阀。
（3）自力式温度调节阀
自力式温度调节阀是根据液体膨胀原理制成的流量调节装置，其感温包安装在二次供水管上，阀体安装在一次回水管上，主要用于生活热水和空调系统供水温度的自动调节。常用的电动调节阀主要是带有自动控制执行器的电动调节阀。电动调节阀作为调节一次水流量来实现热力站二次水温度控制的执行机构，其选型合理非常重要。
3 二次网循环水泵控制
根据二次网进出口温差及室外温度曲线进行调节二次网循环水泵。当二次网循环水泵以二次网进出口压差为主调参数时，由于补水压力稳定，实际上也就是根据供水母管出水压力为主调参数来调节变频器。在满足二次网供水出口、回水进口的差值的前提下根据供水出口的压力来闭环调节。保证了换热机组的进出口压差满足设备运行的条件。二次网循环泵的调节必要时还要根据最不利点压差来实现循环水量的调节，使管网的水能够全部循环、使所有用户能够得到足够的热量。当以室外温度为主调参数时，循环水泵下限频率要保证满足二次管网最不利点供回水压差的最小值，上限频率不能超过二次网供回水压差的设定值，在此频率范围内循环水泵根据室外温度修正的供水温度曲线调节。
4 一次网调节阀控制
根据换热站运行曲线编辑，通过检测二次网供水温度和室外温度，自动调节蒸汽电动调节阀的开度，实现换热站自动调节调节；也可以根据不同的时间段（如白天、夜晚不同，冬季、春季不同）设置2 条或 2 条以上的供暖曲线，监控中心也可以根据经济分析，自动生成经济运行的曲线，管理人员通过网络可以修改运行曲线和设定参数，完成运行曲线的修改、移植；一次管网调节阀调节的主调参数是二次管网的出水温度，同时考虑到室外温度、时间、二次网供回水温度差（DRT）的补偿。根据室外大气温度及供暖时间的变化，按照要求的供热曲线，计算机自动计算出二次网出水温度设定值，然后调节一次网调节阀以便达到设定值。在软件设计上，将二次网出水温度设定曲线做成折线给定方式，可由用户根据实际供热的要求键入。这样即考虑到室外温度对供水温度的影响，又兼顾人们的生活规律对热量的需求情况的影响，保证供水温度调节的科学性。
结束语
换热站自动化控制系统的投运．过去主要依靠人工调节的手段彻底改善，失调现象得到有效解决，按需供热、节能降耗，取得显著经济效益和社会效益。自动控制完成对换热机组的自动检测、控制、顺序控制、自动保护、有计划地调控热工参数，使热力站机组供热过程在给定工况下稳定运行。
参考文献
[1] 张凯清编著.热力站启动调试与安全运行.中国电力出版社，2009.
[2] 吴世磊编著.热力站设计与运行.中国电力出版社，2008.
[3] 王言利；宋飏；孟红；；换热站监控系统智能控制研究[J]；科技风；2010年02期
论文作者:孙晓利
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/15
标签：温度论文; 回水论文; 设定值论文; 水泵论文; 调节阀论文; 热力论文; 曲线论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;