集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)的電氣自動(dòng)控制

時(shí)永豹

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司， 山西 太原 030013)

引言

伴隨著社會(huì)的快速發(fā)展，集中供熱系統(tǒng)融入到人們的日常生活中。目前，我國(guó)城市集中供熱已成為現(xiàn)代化城鎮(zhèn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，并取得了較大的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，在集中供熱系統(tǒng)中加入自動(dòng)控制技術(shù)，尤其在熱網(wǎng)控制中加入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可及時(shí)調(diào)整供熱系統(tǒng)，有效提升熱網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及平衡性，使得供熱更加均勻[1]。據(jù)調(diào)研可知，現(xiàn)階段我國(guó)熱網(wǎng)控制自動(dòng)化進(jìn)展依然處于初級(jí)階段[2]，對(duì)集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制的相關(guān)問(wèn)題研究，對(duì)我國(guó)供熱行業(yè)在自動(dòng)化的發(fā)展道路上意義重大。

1 我國(guó)城市集中供熱熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，集中供熱系統(tǒng)中也開(kāi)始進(jìn)一步部署這種自動(dòng)控制系統(tǒng)。目前，國(guó)外的熱網(wǎng)控制已完全融入自動(dòng)化系統(tǒng)，而我國(guó)因受到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等條件約束，城市集中供熱系統(tǒng)仍舊與其有很大的差距[3]。如，我國(guó)城市集中供熱系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，熱網(wǎng)的管理和控制還不能夠由信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)；我國(guó)對(duì)熱網(wǎng)的控制和調(diào)節(jié)尚不成熟，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)踐效率沒(méi)有取得理想的效果等?？傊?，雖然我國(guó)集中供熱熱網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)取得了一定的發(fā)展，但目前我國(guó)熱網(wǎng)控制還未真正完全融入自動(dòng)化系統(tǒng)，我國(guó)還需不斷引進(jìn)世界各國(guó)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使自動(dòng)化控制形式向多元化方向發(fā)展，從而促進(jìn)熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到更加充分的體現(xiàn)。

2 城市集中供熱系統(tǒng)自動(dòng)化調(diào)控的基本原理及優(yōu)勢(shì)分析

2.1 城市集中供熱系統(tǒng)自動(dòng)化調(diào)控的基本原理

伴隨著集中供熱的成熟化，近年來(lái)熱網(wǎng)的電氣自動(dòng)控制逐漸應(yīng)用到供熱系統(tǒng)中。熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)θ繜崃φ具M(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決系統(tǒng)中的故障，從而實(shí)現(xiàn)更好的供熱控制與供熱效果。一般而言，熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由熱力站及熱源廠(chǎng)兩個(gè)部分組成。熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)控原理及功能主要體現(xiàn)在中心調(diào)度控制室、各小區(qū)熱力站及通信系統(tǒng)三個(gè)方面。其中，中心調(diào)度控制室負(fù)責(zé)對(duì)全部熱力站內(nèi)的所有儀器設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程觀測(cè)，并通過(guò)詳細(xì)的研究及比對(duì)，得出正確的控制指令，從而有效地調(diào)節(jié)熱網(wǎng)系統(tǒng)；各小區(qū)熱力站負(fù)責(zé)根據(jù)預(yù)定溫度值或者通過(guò)直接執(zhí)行上一次系統(tǒng)執(zhí)行的指令，進(jìn)行閥門(mén)的控制及調(diào)節(jié)；通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳輸及配置熱力站和中心控制之間的有關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2 熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)分析

目前，自動(dòng)控制系統(tǒng)因其能夠很好地解決人工不足等問(wèn)題，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。與此同時(shí)，熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展也取得了較大的進(jìn)步。在以往傳統(tǒng)的集中供熱系統(tǒng)中加入電氣自動(dòng)控制技術(shù)，具有如下優(yōu)勢(shì)[4]。

1）熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制可以節(jié)省大量人工，彌補(bǔ)人員缺乏的問(wèn)題。

2）熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制能夠?qū)τ脩?hù)以及氣候溫度實(shí)行即時(shí)的監(jiān)控，以控制好供暖溫度、熱量，提供更好的用戶(hù)體驗(yàn)。

3）熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制可在較短時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)的分析處理大量數(shù)據(jù)，快速發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，減少盲目性。

4）熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制能在全面保證供熱質(zhì)量的基礎(chǔ)上，減少能量損耗，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)節(jié)能環(huán)保的新形勢(shì)與新要求等。

3 集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制運(yùn)行要點(diǎn)探討

現(xiàn)階段，城市集中供熱系統(tǒng)發(fā)展迅速，其中熱網(wǎng)自動(dòng)化控制因能夠提升熱網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及平衡性，因此發(fā)展最為顯著。然而，要實(shí)現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制，就必須注重?zé)峋W(wǎng)電氣自動(dòng)化控制控制方案的相應(yīng)要點(diǎn)。

3.1 熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制的主要設(shè)備及其作用

城市集中供熱是城市能源建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，其一般組成為熱源、熱網(wǎng)、換熱站、熱用戶(hù)等，相關(guān)參數(shù)有熱網(wǎng)壓力、熱網(wǎng)流量以及溫度等。集中供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制在運(yùn)行過(guò)程中，需要通過(guò)電氣自動(dòng)控制設(shè)備調(diào)節(jié)相應(yīng)的熱力參數(shù)，而控制這些熱力參數(shù)的電氣自動(dòng)控制設(shè)備主要有中央數(shù)據(jù)處理器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、現(xiàn)場(chǎng)控制器、變頻器等[5]。

1）中央數(shù)據(jù)處理器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起到了絕對(duì)的主導(dǎo)作用，可以通過(guò)多通道輸入及輸出數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)時(shí)處理相關(guān)參數(shù)信息。

2）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在自動(dòng)控制系統(tǒng)中屬于關(guān)鍵性設(shè)備，其遵循標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以中央數(shù)據(jù)處理器中傳入的控制信號(hào)為準(zhǔn)，調(diào)節(jié)過(guò)程更穩(wěn)定。

3）現(xiàn)場(chǎng)控制器可以實(shí)時(shí)采集和分析如水壓、水溫、水位等運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的程序發(fā)出一些控制指令。

4）變頻器在電氣的自動(dòng)控制過(guò)程中有著優(yōu)秀的調(diào)節(jié)作用，能切換電機(jī)數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)，有效防止接地故障、短路及保護(hù)電動(dòng)機(jī)等。

3.2 供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)的電氣自動(dòng)控制過(guò)程

研究顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱溫度的均衡調(diào)節(jié)是熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制的主要方案。均勻性調(diào)節(jié)模式不僅能在很大程度上降低供熱能源的消耗，還能大大地提高供熱效果，有效地改善人們的生活水平及質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱溫度均衡調(diào)節(jié)的電氣自動(dòng)控制過(guò)程具體如下。

1）中央控制室是供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制的核心部分，其室內(nèi)上位機(jī)一般選擇質(zhì)量?jī)?yōu)異的工控機(jī)。同時(shí)，工控機(jī)需要配置組態(tài)軟件和全網(wǎng)平衡控制軟件。相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)組態(tài)軟件采集各個(gè)熱力站的實(shí)時(shí)畫(huà)面，收集熱源的溫度、壓力、流量等參數(shù)信息。全網(wǎng)平衡軟件則根據(jù)獲得的參數(shù)信息，采用一定的控制算法，通過(guò)組態(tài)網(wǎng)控制一次網(wǎng)電動(dòng)閥門(mén)的動(dòng)作，從而減小熱網(wǎng)的水平失調(diào)度。

2）熱力站的調(diào)控能力對(duì)熱網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行效率至關(guān)重要。當(dāng)前，我國(guó)能實(shí)現(xiàn)二次網(wǎng)回水和供水平均溫度的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)均勻性調(diào)節(jié)形式，主要建立在保證熱力站調(diào)節(jié)控制能力的基礎(chǔ)上。熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括測(cè)量?jī)x器、熱力站自動(dòng)控制器、熱力站內(nèi)的運(yùn)行設(shè)備及通訊設(shè)備等。其中，測(cè)量?jī)x器主要有供回水溫度、壓力變送器、水流量表等；自動(dòng)控制器采用最為先進(jìn)的自動(dòng)控制器；運(yùn)行設(shè)備主要有變頻器、水泵、循環(huán)泵、調(diào)節(jié)閥、電磁閥等；通訊設(shè)備主要為光纖寬帶通訊傳輸儀器。

3）變頻器在熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制過(guò)程中有著優(yōu)秀的調(diào)節(jié)作用。此調(diào)節(jié)作用主要體現(xiàn)在通過(guò)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水泵的控制，具體調(diào)節(jié)過(guò)程如下：首先，中央控制器上的監(jiān)測(cè)裝置捕捉二次管網(wǎng)的壓力變化；其次，對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、匯總、整理，并傳送到現(xiàn)場(chǎng)控制器中進(jìn)行實(shí)施處理；第三，控制器根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的程序向變頻器發(fā)出指令，變頻器接到控制信號(hào)后，進(jìn)行水泵的頻率控制，進(jìn)而使熱網(wǎng)得以高效、合理的運(yùn)轉(zhuǎn)。

4）溫度傳感器是熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)控制水溫的必要元件。其主要運(yùn)作方式是[6]：首先，采集相關(guān)溫度信息傳送到現(xiàn)場(chǎng)控制器，如室內(nèi)、室外溫度及熱力站的供水溫度等；其次，現(xiàn)場(chǎng)控制器分析處理相關(guān)信息并計(jì)算出二次網(wǎng)循環(huán)水的溫度；第三，電氣自動(dòng)控制的調(diào)節(jié)閥根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制器計(jì)算結(jié)果發(fā)出的指令，改變進(jìn)入換熱器的一次流量，從而調(diào)節(jié)二次循環(huán)水溫。值得注意的是，要將一次網(wǎng)的循環(huán)周期設(shè)定為調(diào)節(jié)閥的調(diào)幅時(shí)間，因?yàn)槎尉W(wǎng)循環(huán)水均溫要在一次網(wǎng)循環(huán)一個(gè)周期才能采集到。

5）通訊系統(tǒng)是整個(gè)城市集中供熱系統(tǒng)的連接樞紐。目前，通訊傳輸方式主要包括GPRS、ADSL、光纖等。如通過(guò)光纖通信網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)下發(fā)指令信息到現(xiàn)場(chǎng)控制器，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)情況也會(huì)被采集，再通過(guò)光纖通信網(wǎng)絡(luò)上傳到上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)城市集中供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)的電氣自動(dòng)控制。

3.3 全網(wǎng)自動(dòng)控制平衡軟件的監(jiān)控中心

全網(wǎng)自動(dòng)控制平衡軟件監(jiān)控中心是熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制的核心，其主要由工控機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成。監(jiān)控中心主要功能如下。

1）數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控。熱網(wǎng)監(jiān)控中心可以接受到各熱力站的傳輸數(shù)據(jù)，其檢測(cè)較為全面，可以快速掌握各熱力站的運(yùn)行情況，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以處理。

2）遠(yuǎn)程控制及實(shí)時(shí)調(diào)控。遠(yuǎn)程控制內(nèi)容包括控制閥門(mén)、啟停泵、設(shè)定水溫值等。監(jiān)控中心軟件可通過(guò)收集一次網(wǎng)的流量和壓力等，為二次網(wǎng)自動(dòng)計(jì)算并分配相應(yīng)的供應(yīng)熱量，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)平衡、穩(wěn)定的運(yùn)行。

3）報(bào)警管理與調(diào)度指揮。表現(xiàn)為當(dāng)熱力站發(fā)生超壓、超溫等非正常情況時(shí)，熱力站監(jiān)控中心攜帶報(bào)警功能的軟件會(huì)立即發(fā)出報(bào)警信息，并及時(shí)診斷、檢修和控制。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度室可以掌握全部熱力站的運(yùn)行參數(shù)，從而使熱力站可根據(jù)調(diào)度室發(fā)出的調(diào)度指令，對(duì)熱力站進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)熱量均攤。

此外，全網(wǎng)自動(dòng)控制平衡軟件的監(jiān)控中心還具有歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、節(jié)能與權(quán)限管理等功能，從而使供熱量和需熱量相匹配，促使系統(tǒng)向節(jié)能發(fā)展。

4 結(jié)論

熱網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的體現(xiàn)形式，其作為我國(guó)城市集中供熱系統(tǒng)中主要的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使集中供熱系統(tǒng)取得了顯著的效果。然而，隨著熱網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，許多相關(guān)技術(shù)都需要進(jìn)行更新，必須加強(qiáng)熱網(wǎng)自動(dòng)化控制相關(guān)問(wèn)題的研究，在新的大供熱需求與節(jié)能環(huán)保理念下，改善供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足用戶(hù)需求、減少能源浪費(fèi)及環(huán)境污染的多需求。