熱力站自動化運行管理方法研究

李峰軍

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化水平的提高，實現(xiàn)熱力站自動化控制已是必然趨勢。文章首先介紹了熱力站自動化控制的實現(xiàn)流程，然后給出了一套全面完整的熱力站自動化運行管理方案，最后強調了在熱力站自動化運行管理過程中需要注意的問題。以期為相關部門和研究人員提供參考和研究的思路。

關鍵詞：熱力站；自動化；供熱系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0080-02

隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展進程的加快，我國能源資源約束的矛盾也日益加劇，為了解決該問題，各項節(jié)能減排的技術和政策被人們研發(fā)出來并應用到實際工程中。供熱產(chǎn)業(yè)作為關乎民生和國家經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)，正處在快速發(fā)展階段，它的智能化發(fā)展對節(jié)能減排具有重要的意義，其中熱力站的自動化運行是在熱力站自動控制的基礎上實現(xiàn)的，對供熱系統(tǒng)的智能化發(fā)展起著重要的作用，具有一定的研究意義。

1 熱力站自動化運行的基礎

目前，熱力系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過全面的自動化控制改造，而熱力站的自動化運行必須是建立在實現(xiàn)熱力站自動化控制的基礎上。熱力站的自動化控制過程包括兩個步驟：熱力站的一次網(wǎng)回路控制和二次網(wǎng)循環(huán)泵控制[1]。

其中，一次網(wǎng)回路控制主要實現(xiàn)熱力站的熱負荷控制。二次網(wǎng)循環(huán)泵控制主要是通過變頻器調節(jié)速度來調節(jié)二次網(wǎng)的流量，比較重要的就是循環(huán)泵的選擇。目前的自動化熱力系統(tǒng)中，已不再使用會造成熱力及電力資源的浪費的工頻泵，而是主要使用變頻控制方式或者壓差控制方式，從而有針對性的智能調節(jié)二次網(wǎng)流量，減少資源的浪費。

在當前國內的供熱系統(tǒng)中，熱力站是熱力系統(tǒng)的最后一級控制單元，它的控制調節(jié)能力和自動化運行的效果直接決定了各個用戶室內的供暖效果，從而決定了整個熱力系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。

2 熱力站自動化運行管理系統(tǒng)與技術

熱力站的自動化運行起著至關重要的作用，要想實現(xiàn)對熱力站自動化運行的管理，必須實現(xiàn)對城市所有熱力站，乃至整個熱網(wǎng)的自動化控制，這個控制過程涉及的控制對象較多，信號處理較復雜，需要一套全面的自動化控制解決方案，包括系統(tǒng)指揮中心、通信系統(tǒng)、現(xiàn)場控制系統(tǒng)、一次儀表和輔助監(jiān)控系統(tǒng)。在管理方案上，可以采用分布式計算機系統(tǒng)結構，也即中央與本地分工協(xié)作的控制方法。除此之外，系統(tǒng)設備的檢修和調試也是整個熱力站自動化運行管理的重要組成部分，下面分別進行介紹。

2.1 系統(tǒng)指揮中心

系統(tǒng)指揮中心是熱力站自動化運行管理系統(tǒng)的核心，由于一般情況下都是遠程指揮控制，因此系統(tǒng)指揮中心必須支持遠程訪問與控制，不論通過何種通信方式，只要工作站經(jīng)過了批準和授權，該工作站就可以查詢和瀏覽指揮中心的所有數(shù)據(jù)，并可以進行控制指令的發(fā)送和接收。系統(tǒng)指揮中心最重要的功能是需要不斷接收和存儲現(xiàn)場控制設備采集的相關數(shù)據(jù)，并發(fā)送指令指導現(xiàn)場控制設備的操作員進行相應的操作，而操作員則需要從指揮中心得到自己所控制的子站或去其他子站現(xiàn)場工況和數(shù)據(jù)，并下達相應的控制指令[2]。

2.2 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是熱力站自動化運行管理系統(tǒng)的重要組成部分，主要實現(xiàn)各個現(xiàn)場設備和節(jié)點的相互通信和聯(lián)系，從而聯(lián)系起所有的設備成為一個有機的整體，實現(xiàn)所有設備和工況數(shù)據(jù)的集中管理，從而實現(xiàn)對各個設備的精準化管理，通信系統(tǒng)也是熱力站自動化運行系統(tǒng)中需要技術支撐較多的子系統(tǒng)，涉及很多通信方面的理論知識和操作方法，需要操作人員具備一定的通信行業(yè)背景，關于通信方式的選擇，隨著技術的發(fā)展和更新，目前有多種方式可供選擇，綜合考慮成本和效率，可以選擇無線撥號、VPDN或者GPRS方案。

①無線撥號方案：每個熱力站安裝一個GPRS DTU，每個GPRS DTU控制10個換熱站，且需要單獨安裝一個專用GPRS DTU用于系統(tǒng)故障報警。該種方式實施簡單，投資不高，運行和維護的成本較低，但實時性和擴展性較差，輪巡周期長，目前可行性較差，一般不會選擇這種方案；

②VPDN方案：VPDN表示虛擬專有撥號網(wǎng)，VPDN方案是撥號方案的改進，是在電話網(wǎng)上利用虛擬專網(wǎng)技術和通信系統(tǒng)技術進步的結果。該方案需要在每個熱力站安裝一個VPDN通信控制器，通過撥號上VPDN網(wǎng)絡，實時在線完成通信控制任務[3]。VPDN方案的主要優(yōu)點是：利用電話網(wǎng)絡，安裝方便，穩(wěn)定可靠，擴展能力強，自動化程度高，可以達到實時在線的系統(tǒng)要求，進而實現(xiàn)現(xiàn)場無人職守。尤其是目前可以包月付費，運行費用低廉，也是一種可行的通訊方案。

③GPRS在線方案：GPRS在GSM網(wǎng)上利用虛擬專網(wǎng)技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。該方案需要在每個熱力站安裝一個GPRS通信控制器，通過撥號連接GPRS無線網(wǎng)絡，實時在線完成數(shù)據(jù)通信任務。GPRS方案的主要優(yōu)點是：利用無線網(wǎng)絡，不用接線，覆蓋范圍廣，安裝方便，穩(wěn)定可靠，擴展能力強，自動化程度高，可以達到實時在線的系統(tǒng)要求，進而實現(xiàn)現(xiàn)場無人職守。尤其是目前中國移動大力推廣，付費和優(yōu)惠方式多，運行費用低廉，是一種各方面都看好的通訊方案[4]。

當然還有許多其它方案，如有線的ADSL方案，無線的CDMA方案，這些方案與VPDN和GPRS方案類似，采用技術基本相同，在此不一一進行介紹。

2.3 現(xiàn)場控制系統(tǒng)

現(xiàn)場控制設備是熱力站自動化運行管理系統(tǒng)的終端系統(tǒng)，要采集和存儲多個設備和節(jié)點的工況數(shù)據(jù)，需要接受系統(tǒng)指揮中心的控制，同時也要能夠脫離指揮中心獨立運行。現(xiàn)場控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能主要包括以下幾點：

①參數(shù)采集：主要采集各個現(xiàn)場設備和監(jiān)測節(jié)點的工況數(shù)據(jù)、狀態(tài)量和脈沖量；

②數(shù)據(jù)存儲：由于整個自動化管理系統(tǒng)運行的實時性一般達到數(shù)據(jù)處理的實時性要求，因此現(xiàn)場控制系統(tǒng)必須能夠快速的完成①中采集得到的數(shù)據(jù)的存儲，并通過通訊系統(tǒng)在固定時間傳輸給系統(tǒng)指揮中心；

③與指揮中心進行通信：現(xiàn)場控制系統(tǒng)必須能夠在主動或被動方式下與系統(tǒng)指揮中心中心進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)指揮中心實時管控現(xiàn)場控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)與指揮中心的協(xié)調化運行；

④顯示與交互功能：現(xiàn)場控制系統(tǒng)必須具備顯示和交互功能，主要通過軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)，以方便現(xiàn)場工作人員了解現(xiàn)場工況，并進行相關操作。

2.4 一次儀表系統(tǒng)

一次儀表系統(tǒng)主要由各種傳感器和變送器組成：傳感器用于采集前文所述的各種參數(shù)，如溫度、壓力等信號[5]，變送器實現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)的進一步處理，以便通信設備傳輸參數(shù)數(shù)據(jù)，二者相配合抗干擾能力強，數(shù)據(jù)傳輸距離遠，系統(tǒng)性能好。對于一個標準的水水換熱站，其需要利用一次儀表監(jiān)控及利用控制機采集的內容如下：

①一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的供水溫度、回水溫度、供水壓力、回水壓力；

②一次網(wǎng)流量、一次網(wǎng)電動閥閥位；

③二次網(wǎng)流量、二次網(wǎng)補水流量；

④循環(huán)泵運行狀態(tài)反饋、循環(huán)泵頻率反饋；

⑤補水泵運行狀態(tài)反饋、補水泵頻率反饋；

⑥補水水箱液位、用電量反饋。

對于一個標準的汽水換熱站，其需要利用一次儀表監(jiān)控及利用控制機采集的內容如下：

①一次網(wǎng)蒸汽溫度、凝結水溫度、蒸汽壓力、凝結水水位；

②一次網(wǎng)蒸汽流量、一次網(wǎng)電動閥閥位；

③二次網(wǎng)供水溫度、回水溫度、供水壓力、回水壓力；

④二次網(wǎng)流量、二次網(wǎng)補水流量；

⑤循環(huán)泵運行狀態(tài)反饋、循環(huán)泵頻率反饋；

⑥補水泵運行狀態(tài)反饋、補水泵頻率反饋；

⑦補水水箱液位、用電量反饋[6]。

2.5 輔助監(jiān)控設備

實現(xiàn)熱力站自動化運行的目的是用最安全經(jīng)濟的手段將需要的熱能安全地送到需要它的地方[7]。由于供熱的最終目的是實現(xiàn)用戶能夠按照自己的需求進行取暖，因此利用輔助監(jiān)控設備監(jiān)測供熱用戶的室內溫度也是熱力站自動化運行管理的重要環(huán)節(jié)。

一般情況下，需要在用戶采暖的室內安裝室內溫度采集器，采集器的個數(shù)根據(jù)供熱面積的大小、管網(wǎng)阻力大小等情況綜合考慮，一般安置2-6個。溫度采集器是利用現(xiàn)有通信媒介實現(xiàn)的一種高科技產(chǎn)品，能自動采集室內溫度，并根據(jù)需要上傳，其成本不高，安裝方便，是提高供熱網(wǎng)絡控制效果的利器。

2.6 設備檢修與調試

除了前文所述的各種技術是熱力站自動化運行的必要條件，相關設備的檢修和調試也是重要前提，更是基本前提。因此，相關企業(yè)需要在對上年度供暖情況充分調研的基礎上制定了詳細的整改方案，對各供暖區(qū)域的供暖設備進行了全面檢修。熱力站、閥井等相關設備的檢修工作必須嚴格落實到位，在檢修質量上嚴格把關，保證設備檢測準確無誤，將設備缺陷消滅在萌芽狀態(tài)，相應的調試過程應該細致全面，從而促進熱力站的自動化運行，為供熱設施的安全穩(wěn)定運行打好基礎[8]。

3 結 語

綜上所述，要想全面實現(xiàn)熱力站的自動化運行，首先必須善于充分利用現(xiàn)代供熱領域中最新的研究成果，將理論應用于實踐，完善城市的集中供熱系統(tǒng)。同時，在熱力站自動化條件過程中，還必須克服各種弊端，在總結歷史經(jīng)驗的基礎上，改進已知問題，研發(fā)新型技術，開發(fā)出更加先進的智能型系統(tǒng)，促進供熱系統(tǒng)的高效管理，提供城市采暖用戶的生活水平，加速中國的城市化進程。

參考文獻：

[1] 秦慎昊.熱力站自動化控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].城市建設理論研究：

電子版，2015（19）.

[2] 唐輝.探究熱力站自動化控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].科學與財富，

2015（22）：220-221.

[3] 馮慧明.熱力站供熱系統(tǒng)自控策略的探究[J].區(qū)域供熱，2010（2）：18-20.

[4] 孫志賓.熱力站自動化運行[J].硅谷，2009（23）.

[5] 潘曉峰.熱力站自動化控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].自動化與儀表，

2011，26（6）：33-35.

[6] 高少東，魏強，朱詠梅.汽水熱力站無人值守自動化控制系統(tǒng)[J].自動化 與儀表，2009，24（5）：54-56.

[7] 劉靜，石中鎖.熱力站監(jiān)控系統(tǒng)的研究[A].煉鋼連鑄過程自動化技術交 流會[C].2006.

[8] 吳寶芬.淺談自動化控制在供熱系統(tǒng)中的應用[J].建筑工程技術與設 計，2014（4）.