城市集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王惠芳

【摘 要】針對(duì)目前城市集中供熱系統(tǒng)中熱用戶可按照自己需要調(diào)整用熱量的情況，為保證供熱系統(tǒng)的可靠、節(jié)能與環(huán)保，對(duì)換熱站采用變流量控制方案，利用模糊控制策略實(shí)現(xiàn)二次網(wǎng)供水溫度控制，兼具良好的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能?；诨ヂ?lián)網(wǎng)構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)換熱站數(shù)據(jù)的采集、無線傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】變流量控制；模糊控制；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）11-0102-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.043

隨著我國(guó)城市集中供熱事業(yè)的發(fā)展，采用集中供熱的用戶規(guī)模日益壯大。傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)采用定流量方式，用戶無法根據(jù)自己的需求自主調(diào)節(jié)供熱量和室內(nèi)溫度，造成能源的浪費(fèi)，并且傳統(tǒng)的系統(tǒng)按供熱面積收費(fèi)，造成熱用戶的節(jié)能意識(shí)淡薄。為滿足用戶按需調(diào)節(jié)供熱量，設(shè)計(jì)換熱站變流量控制系統(tǒng)，使得供熱系統(tǒng)高效、節(jié)能、可靠運(yùn)行。

1 換熱站工藝流程[1]

城市集中供熱系統(tǒng)由熱源、熱網(wǎng)和熱用戶三部分構(gòu)成。熱源是指供熱熱水或蒸汽的生產(chǎn)制備環(huán)節(jié)。熱用戶是指采用集中供熱的城市居民用戶，熱網(wǎng)分為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)，負(fù)責(zé)將熱能從熱源廠輸送至熱用戶。一次網(wǎng)將熱水和蒸汽從熱源廠輸送至換熱站，通過熱交換，由二次網(wǎng)送至熱用戶，供熱系統(tǒng)流程示意圖如圖1所示。

2 換熱站的控制要求與方案分析

2.1 換熱站的控制要求[1]

自主調(diào)節(jié)的供熱系統(tǒng)在每一個(gè)熱用戶加裝了熱量調(diào)節(jié)閥門和計(jì)量?jī)x表，用戶居民可以根據(jù)自己的需求，通過調(diào)整閥門開度調(diào)整用熱量，從而調(diào)整室內(nèi)溫度。當(dāng)用熱量增加時(shí)，若供水流量保持不變，必然造成供熱溫度的下降，不能滿足采暖需求。若用熱量減小，還保持以前的供水流量，會(huì)造成能源浪費(fèi)。為保證供熱系統(tǒng)的高效節(jié)能，必須實(shí)現(xiàn)以下控制目標(biāo)。

（1）二次網(wǎng)供水流量要根據(jù)熱用戶采暖量的變化而變化，做到供需匹配。

（2）室外溫度一定時(shí)，二次網(wǎng)供水溫度保持相對(duì)恒定。供、回水溫差正比于傳熱量，因此二次網(wǎng)回水溫度應(yīng)保持相對(duì)恒定，以避免供回水溫差過小，換熱效率低的情況。

（3）為保證供熱系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，末端壓差不能過低。水壓過小，用戶端壓力不夠，無法達(dá)到所需溫度，還會(huì)有倒吸等安全隱患。壓力過大會(huì)對(duì)采暖設(shè)備造成損壞。

2.2 變流量控制方案

2.2.1 二次網(wǎng)供水溫度控制

（1）二次網(wǎng)供水溫度控制方案

在二次網(wǎng)溫度相對(duì)恒定的情況下，因供水流量在不斷變化，故所攜帶熱量在不斷變化。為保證供熱量，采用改變一次網(wǎng)供水量的方法來控制二次網(wǎng)供水溫度，以適應(yīng)熱用戶對(duì)熱流量的隨機(jī)調(diào)整。二次網(wǎng)流量減小，溫度升高時(shí)，調(diào)節(jié)減小一次網(wǎng)供水流量，從而減少熱量傳遞，降低二次網(wǎng)供水溫度。反之，二次網(wǎng)流量增大時(shí)，溫度降低，調(diào)節(jié)減小一次網(wǎng)供水流量，從而減少熱量傳遞，降低二次網(wǎng)供水溫度。

（2）非線性量化因子模糊控制策略[2]

二次網(wǎng)供水溫度對(duì)象控制通道長(zhǎng)，且具有非線性、強(qiáng)耦合的特性。利用傳統(tǒng)的PID控制策略可以消除余差，控制精度高，但動(dòng)態(tài)性能差，無法取得良好的控制效果。模糊控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的魯棒性，對(duì)復(fù)雜過程或?qū)ο蟮目刂颇塬@得良好的動(dòng)態(tài)性能，但具有靜態(tài)誤差，精度差。

利用如式1所示的非線性量化因子替代基本控制器中的線性量化因子，等同于對(duì)模糊規(guī)則或隸屬度函數(shù)進(jìn)行調(diào)整，相當(dāng)于在控制的不同誤差階段，采用不同的論域范圍或不同分辨率的隸屬度函數(shù)，誤差較小時(shí)，提高隸屬度函數(shù)的分辨率，從而有效消除靜態(tài)誤差，提高控制精度。二次網(wǎng)溫度控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.2.2 二次網(wǎng)供、回水壓力控制

為保證有足夠的末端壓差，對(duì)回水壓力和供水壓力進(jìn)行控制。回水壓力采用補(bǔ)水定壓的控制方式，若回水壓力低于給定值，則開啟補(bǔ)水泵補(bǔ)壓，壓力達(dá)到要求時(shí)停止。供水壓力通過改變循環(huán)泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，當(dāng)熱用戶開大熱量閥門，用熱量增加時(shí)，必然造成管網(wǎng)壓力降低，壓力傳感器采集到的壓力值低于設(shè)定值，則控制器根據(jù)偏差的大小，向變頻器發(fā)出信號(hào)，調(diào)整提高循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，從而增加供水壓力，保證末端壓差，以保證末端用戶正常采暖。

供、回水壓差的設(shè)定值依據(jù)供、回水溫差指標(biāo)設(shè)定。壓差設(shè)定過大，流量過大，溫差減小，回水溫度升高，造成熱資源浪費(fèi)。反之，壓差設(shè)定過小，熱流量不足，造成回水溫度過低。

3 監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)[3]

集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)換熱站數(shù)據(jù)的采集、無線傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用可編程控制器PLC對(duì)換熱站數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及控制。PLC通過串口和無線數(shù)傳模塊GPRS-DTE相連，在DTU模塊中提前設(shè)置服務(wù)器地址，則由DTU模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)將串口采集的數(shù)據(jù)透?jìng)髦练?wù)器，不受地域分布影響，兼具實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。監(jiān)控中心服務(wù)器接收換熱站數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠規(guī)范的存儲(chǔ)、記錄、顯示、報(bào)警等處理，亦可向PLC發(fā)送指令、傳送數(shù)據(jù)，進(jìn)行控制系統(tǒng)等參數(shù)設(shè)置等。監(jiān)控中心服務(wù)器接入互聯(lián)網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，客戶端可隨時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)登錄監(jiān)控系統(tǒng)了解換熱站運(yùn)行情況，根據(jù)操作權(quán)限實(shí)施相應(yīng)操作。監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)圖如圖3所示。

4 結(jié)論

采用模糊控制策略的換熱站變流量控制方案，可以在熱用戶用熱量不斷調(diào)整變化的情況下高效運(yùn)行，保證供需平衡，避免能源浪費(fèi)。在此基礎(chǔ)上搭建的城市集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱站及熱用戶實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)控，可在不影響供熱質(zhì)量的前提下提高供熱企業(yè)的生產(chǎn)效率，避免人力資源浪費(fèi)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李凱.變流量城市集中供熱分布式控制系統(tǒng)[D].河北科技大學(xué)，2008.

[2]H.F.WANG，X.M.LIANG，Z.Y.LIU. Simulation Research of Fuzzy Controller with Sigmoid Scaling Factor，Advanced materials research.2013，9：264-267.

[3]余保付.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能供熱系統(tǒng)控制技術(shù)研究[D].天津工業(yè)大學(xué)，2016.