换热站自控系统初探

【摘 要】随着社会的发展，各种机械设备逐年增加，能源的日益紧缺，节能被社会各界所关注，而在换热站内循环泵几乎全天24小时在运转，这就大大浪费了电能，笔者从实际出发初步对建立换热站自控系统，实现换热站远程和就地的自动控制，从而达到减少人员，节约成本的目的。

【关键词】换热站 自控系统 节能

中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―582―01

随着现代社会的快速发展，人类对于能源的需求日益突出。但是人类饱受环境污染和能源的紧缺的困扰，这使得节能设备的开发得到快速发展。在城市化的过程中，集中供热作为城市基础设施的组成部分，集中供热系统对于提高能源利用率、扩大城市热化率和保证供热质量方面有突出的效果。

前言

这些年城市化的进度日益加快，集中供热的范围也越来越大。而城市的热源一般是比较集中，热源厂通过城市高温水管道、蒸汽管道将热水、蒸汽送至各居民小区、企业中的换热站。在换热站高温水管道、蒸汽中的高温水、蒸汽与进居室暖气片的热水通过换热器交换热量。经过换热后，二次网中热水流入各居室中。在这个热传递过程中，热源厂供热调度要实时监视分散在不同地理位置换热站中温度、压力、流量、液位等参数，通过这些数据来控制换热站中各种设备的运行。同时，根据这些数据调节热源厂运行机组，保证供热系统的稳定运行。

供热系统是个惯性系统，供热范围越大惯性越强，换热站的逐年增加，供热网络不断延伸和扩展，这都使得供热网的热力调节难度越来越大，同时由于我国逐步推行“分户供暖”和“按需收费”这更增加了用热量的不确定性和随机性，这都为如何保障供热系统的稳定运行提出了新的要求。

1 换热站自控系统建立的必要性

1.1 换热站的调节现状

目前多数的换热站仍然是独立运行、手工操作和人工监控，这一方面增加了供热人力成本；另一方面操作人员的素质低造成设备事故的情况也很常见，这都大大影响了集中供热安全性。而且由于换热站的监控数据与热源厂热力调度不能实时传输，造成热力调度无法对热源厂运行状况进行系统的分析判断，导致热力失调用户冷热不均，不能实现供热系统整体最佳状态，影响供热效果而造成能源的极大浪费。

1.2 换热站自控系统建立的必要性

按照国家十二五节能规划，建筑节能指标要实现节能50%的目标，其中建筑物约承担节能35%的任务，供热系统约承担节能24%的任务。因此集中供热作为供热系统的最主要方式应该在节能工作中起到示范作用，供热系统节能不仅要提高管道的保温性能、控制管网失水外，更主要的是提高热力调度的效率。建立换热站自动控制系统，可以提高供热管理水平，消除热力失调。

对于供热企业来说，除了能源和设备的消耗以外，人力成本的消耗也其中一个很大的部分。在换热站未实现自动控制的条件下，一个换热站至少要有两名以上的值班人员，按照每人每月的工资1000元计算，一年每个换热站需要花费值班人员工资2.4万元，如果供热企业有几十个甚至是上百个换热站，那么这笔支出对于供热企业来说，也是一项不小的开销。

2 换热站自控系统的构成

2.1 换热站的组成和功能

换热站的组成，一般由汽（水）水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的循环水系统和补水泵组成的补水系统来构成。

换热站自动控制主要完成的功能：

（1）换热站入网的热量调节。当入网供热能力正常时，换热站的调节系统应该根据设定值自我调节实现可靠运行。

（2）换热站对热用户终端的调节。对于热用户终端的调节主要就是要实现对热用户终端网供、回水温度和压力的调节，最关键的是如何对循环水泵的控制。

（3）换热站补水部分的调节。在换热站运行期间，热用户终端系统会出现跑、冒、滴、漏和用户偷放水现象。循环热水的流失会使回水压力过低，有可能形成热水汽化，引起热交换器的剧烈振动。这会严重影响系统的供热效果和设备的运行安全。换热站补水恒压系统的作用是防止热用户终端倒空，保证系统在规定压力下恒压运行。

（4）换热站的现场监视功能。自动系统应该能够根据各处的传感器传回的数据自动进行故障判断，并在监控画面上显示控制设备运行状态的实时数据。故障的诊断由换热站控制器内的软件通过数据分析来完成。

（5）换热站的自我保护功能。换热站的控制系统根据温度、压力、流量、液位等传感器的数据，进行自我判断，并进行有关的动作进行换热站设备自我保护，避免发生危险。

2.2 自动控制系统的各单元结构

2.2.1 数据采集控制单元

换热站供热系统中数据采集单元承担换热站自控系统将温度、压力、流量、液位的模拟量和设备状态等开关量信号，从现场设备工作仪表由信号电缆直接到系统控制柜内部端子。由于数据变量是温度的变化，而这个参数是模拟量，参数相对变化较慢，所以数据采集要将模拟量参数经过滤波、放大倍数、采样周期、报警、线性变换、非线性变换、信号转换等预设置，并对开关量状态要经过防抖、报警设置等预设置。

2.2.2通讯传输单元

换热站自控系统中通讯传输单元承担热力调度与各个现场换热站控制站、热用户终端的数据传输，数据传输单元是整个监控项目的桥梁，是保证热网监测系统正常运行的关键。监控系统采用的通讯方式有多种形式。应依据项目的实际情况可采用市话网、宽带网、专用网和GPRS网。

2.2.3系统控制单元

换热站自控系统中系统控制单元是整个自控的核心，它是人机界面—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1.6MPa进口压力变送器，蒸汽侧采用进口涡流流量计，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。

3 结 论

换热站自控系统还可以设置巡检记录，巡检人员每到一个站点检查完毕，到控制器上按一下，控制器就记录了当前巡检的时间，和当天已经巡检的次数，方便了管理人员对运行人员的管理。总之，无人值守换热站很好的实现了对换热站设备的自动控制，提高了供热质量。在满足用户需求的前提下，节约了大量的人力、物力资源，减少了不必要的浪费。同时，管理人员可以更清楚的了解各个换热站的运行数据，使管理更加有地放矢，有效的提高了供热管理水平，提高了热力系统的运行管理水平，为热力系统的运行管理提供一个良好的支持环境，提高供热公司效益。

参考文献：

[1].裴志强 集中供热热网的微机监控系统1997（02）

[2].赵博然.靳婉娟.谢涛.王天石 供热系统采用微机控制与调节设备相结合的探讨 2006（1）

[3]张永惠.我国高压变频调速技术的发展[J].变频器世界，2004（5）：10-16.