热网系统控制方式的研究及探索

摘 要 我国城市集中供热事业的自动化程度越来越高，居民的消费意识越来越强，各级政府又在大力推行节能减排，我国的人力成本持续增高，所有这一切都对其自动化技术提出了更高的要求。

关键词 集中供热；自动化技术；维护；节能

中图分类号TK17 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）64-0131-03

The Research and Exploration of The Control Mode for The Unattended Heat Exchanger Station

ZHANG Mao-gang

Taiyuan Thermal Design Institute(CO.Ltd)，Taiyuan 030006

Abstract Our country city central heating cause automation degree is more and more high , resident's consumption consciousness is more and more strong , the all of the various levels government arranges in the subtraction carrying out energy conservation energetically, manpower of our country cost continues increasing height , possessions all these all has brought forward higher request to it's automation technology.

Keyword the central heat supply; automation technology; upkeep; conserves energy

0引言

随着城市化率的提高，我国的城市规模越来越大，污染严重，能源紧缺，人力成本逐年提高，我国的城市集中供热事业面临着前所未有的挑战。与此同时，广大市民的消费意识越来越强，既然电费，水费，煤气费等都可以实现“用多少交多少”，为啥热费采用按面积收费。对于热力公司来说，在保证供热设施安全的前提下，如何保证供热的品质，如何降低企业运行的成本，这也是它们面临的难题。

以上这些问题促使自动化技术在供热行业有了极大的发展。

1 热力工程的基本构成

完整的城市供热工程包括热源厂(或热电厂)，热力交换站，用户，管网四部分组成。这四部分在运行中的状况应当得到适时监控并能及时做出调整。对应暖通专业，自动化专业应当反应出五部分的关系，这五部分是：热源厂中控室，中央调度室，首站（热源厂出来的第一个换热站）控制室，换热站控制室，用户。

2 热力工程中自动化部分构成的说明

1）当热力公司拥有自己的热源厂且仅有一座时，从管理的需求可将中央调度室设在热源厂，首站（热源厂出来的第一个换热站）可不单独设控制室,各个换热站将自己的数据传送到中央调度室，适时调整工况，而各个换热站则主要根据用户的需求调整设备,这是最简单的一种控制方法；

2）当热力公司拥有自己的热源厂数目不止一座时，应考虑设置单独的中央调度室，每个热源厂可包含各自的首站，其余同上；

3）当热力公司没有自己的热源厂,热源来自热电厂时，应考虑设置单独的中央调度室，因为关系到热电厂的安全，首站一般设在热电厂内，这种情况下，中央调度室应向电厂传送数据，但不能控制热电厂的设备（因关系到热电厂的安全运行），只能在热电厂的许可下实现有限制条件的自控。其余同上；

4）当热电厂与其首站不在一起时，首站应归热电厂控制，首先保证热电厂的安全运行，首站的数据应传达到中央调度室，但中央调度室不应完全控制首站(为保证热电厂安全运行，首站还是应以热电厂控制为主)，其余同上。

3 控制原则的说明

1）安全运行。控制系统应能保证在任何情况下的安全运行；

2）按需供热。每一个换热站都要向自己的用户提供所需的热，每一个热源厂(或热电厂)都要提供各级换热站所需的热。而且所供热的品质及参数是用户所需要的；

3）节能原则。热是商品，应努力减少成本，提高企业效益；

4）计量原则。热是商品，应能计量。同时，生产企业所消耗的水，电，煤，汽等应能有效计量，以便成本核算。

4 控制方式

4.1 换热站的控制

1）换热站的控制方式

完全自动化（无人职守）换热站控制内容应包括如下方面：循环泵的自动调节，补水泵的自动调节，供水温度的自动调节，电子巡更系统，通讯系统。其大概的带监控的工艺流程图如下：

换热站监控系统主要由操作员站、交换机、打印机、可编程控制器、I/O模块、通讯模块、传感器、执行器等组成。换热站监控系统可按初始设定值或监控中心的指令，独立完成运行参数、故障参数等各类参数的采集、存储，并通过通讯网络传送至中央调度室。

2）换热站的控制(监测)对象

采集温度、压力、流量、阀门反馈、变频器状态数据等信号，并将这些信号处理后通过通讯网络上传至中央调度室，主要监测点如下：

一次网供水总管温度、压力；一次网回水总管温度、压力；二次网供水总管温度、压力；二次网回水总管温度、压力；室外环境温度；二次网补水流量（累积、瞬时）；供水流量（累积、瞬时）；补水箱液位；循环、补水泵运行状态；电动阀开度反馈。

其中以下要具备实时功能：当热力站运行参数出现异常，如温度过高、压力过低等，系统生成报警提示，提示操作员及时处理，保证供热生产安全高效运行；

软水箱水位上下限报警（光报）；二次网进口压力上下限报警（光报）；二次网出口温度上限报警（光报）；二次网进口压力下下限报警（声光报警）；软水箱水位下限报警（声光报警）；循环泵、补水泵故障报警（声光报警）

3）换热站的控制目标

换热站控制算法根据室外温度情况，自动控制一次水流量、循环水流量、补水量。并监控所有的参数。换热站自动控制可以根据设定好的温度控制曲线，或者设定的控制参数要求，进行自动平衡控制。

4.2 锅炉房的控制

1）锅炉房的控制方式

锅炉的燃烧过程应能自动调节，超温，超压时应有报警保护措施，循环水泵应能适时调整并反映出自身工况，补水泵应能保证任何时候都不缺水，燃用煤粉，油或气体的锅炉应设置点火程序控制及熄火装置。煤粉炉的制粉系统各设备之间应设置电气连锁装置,连续机械化运煤系统，除灰渣系统中，各设备之间均应设置电气连锁装置，并在正常使用时能按顺序停车，且其延时时间应能达到空载再启动。锅炉控制系统的供电应设置不间断电源电源。

2）锅炉房的控制（监测）对象

出水温度、压力；回水温度、压力；炉膛温度；炉膛负压；省煤器前、后烟温；省煤器前、后烟压；空预器后烟温；空预器后烟压；排烟温度；鼓风风压；锅炉出水流量；引风机、鼓风机、炉排机故障报警（声光报警）；热水炉出水压力上限报警（光报）；锅炉出水压力上上限报警（声光报警）；热水炉回水压力下限报警（光报）；锅炉回水压力下下限报警（声光报警）；锅炉出水温度上下限报警（光报）；锅炉出水温度上上限报警联锁停炉（声光报警）；炉膛温度上下限报警（光报）；锅炉炉膛温度上上限报警联锁停炉（声光报警）；循环中断报警联锁停炉（声光报警）；炉膛负压上下限报警（光报）

3）锅炉房的控制目标

锅炉房控制算法根据室外温度情况/实际的热负荷的多少，自动控制燃烧系统，补水系统，循环水系统，煤渣系统并监控所有的参数。锅炉房自动控制可以根据设定好的温度,压力，流量，时间等控制曲线，或者设定的控制参数要求，进行自动平衡控制。

4.3 中央调度室的控制

1）中央调度室的控制目标

作为热力能源管控平台，汇总了每个锅炉房换热站的数据，平台计算系统能效并分析，对锅炉房或换热站提出优化运行建议，指导合理运行，按需供热。并积累运行数据，通过数据挖掘对系统或换热站进行横向、纵向的比较、排序。总结系统在设备的不同使用时期、不同天气条件下的运行规律，形成每个项目的专家数据库，在标准的控制逻辑基础上，进一步优化，提高供热质量，降低运行成本。其大概的框图如图2。

2）中央调度室的组成及功能

热网监控中心是整个热网调度和控制的中枢系统，它的功能、性能对热网工作热质量起到了关键的作用。热网监控中心系统主要由服务器、工程师站、操作员站、大屏幕、UPS、工业交换机、打印机等设备组成。

微机监控系统应能实现以下主要功能：

1）供热参数实时监测

实时采集及显示换热站一次网和二次网供回水温度和压力、流量、热量、阀门开度、水泵开启状态、循环泵变频、补水泵变频、液位等参数。

2）数据库管理及报表打印功能

包括数据储存、维护、转换并能方便查询和显示参数变化曲线。根据需要随时打印工况报表等。

3）能耗、水耗统计计算功能

根据实测参数统计各源、站及全网的能耗和水耗，为量化管理和收费提供依据。

4）系统特性参数实时辩识功能

充分利用测量数据信息，实时辨识出热网中各管段阻力特性和热交换器特性等参数，掌握水力和热力工况。

5）水压图计算和显示功能

计算并显示从热源至用户的水压图。

6）供热系统自动控制功能

在正常的管网运行状态下，整个供热管网应进行均匀性调节，实现热量的均匀分配，在通讯故障时各热力站自成系统，根据热用户的热需求（主要是根据二级网供回水温度、室外温度保证室内的舒适温度），现场控制单元对各热力站内设备进行闭环控制，保证热量供应。在量调节阶段，各换热站根据用户流量变化，按照末端用户压差调节循环泵转速，保证不利点有足够的资用压头。在质调节阶段，换热站要根据用户热需要，协调供热量，从而使供热与热需求相适应，实现优化调节、经济运行。

7）监控功能

每个换热站/锅炉房设置一定数量的摄像头，用于监视人员值班、设备运行状况。

8）报警及故障诊断功能

（1）报警功能

在热力站设声响报警，在调度中心设声光报警。报警信号是最优先的通讯数据，热力站报警发生时应立即通过网络通讯上传至调度中心。

报警项目包括：

供电中断报警功能；二次侧供水压力高；二次侧回水压力低；锅炉房/换热器一次侧回水温度高；锅炉房/换热器二次侧供水温度高；软水箱水位高；软水箱水位低；测控系统故障；变频器故障。

（2）自动诊断功能

供电中断报警及临时供电功能；通讯网络故障报警功能；压力、温度、流量传感器故障；各热力站水泵、电动阀等设备的故障；各种故障应能及时在屏幕上显示，并打印记录。

3）对软件编制的要求

供热工程往往分好几期,每期所供的面积各不相同，室外的天气情况时常处于变化之中，公共建筑及企业白天上班（分户计量时，时常晚上关闭供热设施），居民住宅晚上才用电（分户计量时，时常白天关闭供热设施）,各种参数日夜差距太大，各种用电设备时常处在大马拉小车的状态之中，因为计量问题，供热企业与用户意见不一致，单机试车与联动运行工况并存，新建筑（采用分户计量），老建筑（按面积收费）并存，因此，对软件的要求较高，特别注意以下问题：

软件要有较强的适应性，任何情况下都能做到安全第一。软件要有试验版，扩展版，使用版。以应对不同的情况。企业应有适时介入修正的功能。热用户的参与功能。经济考核功能。

综上所述，我们认为，随着供热行业的发展，以无人值守为代表的精细化管理将是所有热力企业的必经之路，热力能源管控平台及控制系统将成为热力企业的有力工具和保障。通过实践证实，热力能源管控平台及控制系统实际效果良好，将为提高供热行业管理水平发挥重要作用，热网系统控制方式的研究及探索将会进一步发展。

参考文献

[1]锅炉房设计规范,(GB50041-2008).中国计划出版社.

[2]民用建筑电气设计规范(JGJ16-2008).中国建筑工业出版社.

[3]三剑综合技术有限公司产品样本.