換熱站智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郝廣鑫

摘 要：本文將數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、調(diào)度中心管理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，采用一體化的數(shù)據(jù)采集、控制裝置，實(shí)現(xiàn)換熱站的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制，實(shí)現(xiàn)換熱站、公共建筑的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集分析與控制，以此滿足熱力公司能源管理，達(dá)到提高供熱服務(wù)質(zhì)量，降低能源消耗的目的。

關(guān)鍵詞：換熱站;智能控制;調(diào)度系統(tǒng);數(shù)據(jù)通訊功能;監(jiān)測(cè)運(yùn)行

集中供熱對(duì)于節(jié)約能源、降低碳排放量、減少環(huán)境污染、提高人民生活水平發(fā)揮了巨大作用，也是國(guó)家鼓勵(lì)、積極扶持的產(chǎn)業(yè)之一。換熱站作為連接熱源和供給用戶使用的樞紐，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的高效運(yùn)行承擔(dān)著承上啟下的重要作用。

1 換熱站自控系統(tǒng)組成

1.1換熱器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)

采用一體化的數(shù)據(jù)采集、控制裝置，實(shí)現(xiàn)換熱站的自動(dòng)化檢測(cè)與控制，系統(tǒng)具有以下主要功能：數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)能夠采集換熱站的壓力、溫度等參數(shù)：⑴溫度：一次供水、回水溫度;二次供水、回水溫度，室外溫度;⑵壓力：一次供水、回水壓力，二次供水、回水壓力，除污器和板換之間的壓力;⑶變頻器運(yùn)行參數(shù)：變頻器電流、電壓、狀態(tài)、頻率等，該項(xiàng)參數(shù)需要低壓電器具備變頻柜，且能夠提供輸入輸出參數(shù)及端子;⑷電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度。實(shí)時(shí)控制：系統(tǒng)軟件有多種控制策略組成，可以滿足不同用熱特性的控制要求，提高換熱站及建筑的供熱質(zhì)量，降低能源消耗。

1.2數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)

系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將換熱站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度管理中心，管理中心也可以通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將控制指令下達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制器，執(zhí)行控制調(diào)節(jié)指令。

1.3調(diào)度中心管理系統(tǒng)

調(diào)度中心可以實(shí)時(shí)接收換熱站現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)傳輸上來的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存在中央數(shù)據(jù)庫中，作為后續(xù)管理、分析、控制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。調(diào)度中心管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)分析，并根據(jù)分析結(jié)果下達(dá)調(diào)節(jié)指令。

2 換熱站系統(tǒng)控制

2.1控制目的及主要受控設(shè)備

換熱站系統(tǒng)控制目的：通過對(duì)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、熱交換器、溫控閥、系統(tǒng)管路調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，調(diào)整系統(tǒng)各應(yīng)用工況的運(yùn)行模式，在最經(jīng)濟(jì)的情況下給末端提供穩(wěn)定的供水溫度。如圖1所示控制柜對(duì)管道中的壓力溫度進(jìn)行采集然后對(duì)控制循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、溫控閥、水箱液位等進(jìn)行控制。

2.2電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)設(shè)備運(yùn)行流程及控制的電氣元件，設(shè)計(jì)PLC的接口，給出I/O地址分配表;（2）觸摸屏與PLCCOM1口進(jìn)行通訊，打印機(jī)通過PLCCOM2口進(jìn)行通訊;（3）程序設(shè)計(jì)。①控制流程：PLC上電運(yùn)行后，首先對(duì)程序進(jìn)行初始化，通過觸摸屏設(shè)定二次側(cè)供回水壓力、溫度、一次側(cè)回水壓力、溫度、換熱器出水溫度和超溫溫度等控制參數(shù)。打到自動(dòng)位置后，啟動(dòng)控制。程序進(jìn)行周期掃描和PID控制，分別進(jìn)行壓力、溫度等數(shù)值的采樣，經(jīng)過程序內(nèi)部運(yùn)算，與設(shè)定值比較，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，計(jì)算出的數(shù)值給出開關(guān)量和模擬量信號(hào)，控制水泵啟停和變頻器頻率調(diào)節(jié);②可編程程序設(shè)計(jì)：自動(dòng)控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、壓力變送器、溫度變送器、液位變送器等主要電氣元件構(gòu)成。補(bǔ)水泵通過回水壓力控制啟停;循環(huán)泵變頻運(yùn)行，頻率通過供回水壓差來調(diào)節(jié);冷凝泵通過冷凝水箱水位運(yùn)行。

2.3補(bǔ)水泵控制原理

通過回水壓力變送器將電流信號(hào)傳送到PLC，通過PLC運(yùn)算，反饋值與設(shè)定值作比較，當(dāng)壓力到設(shè)定下限值時(shí)，PLC給出信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水泵;當(dāng)壓力到設(shè)定上限值時(shí)，PLC給出信號(hào)自動(dòng)停止補(bǔ)水泵;同時(shí)補(bǔ)水水箱水位低于保護(hù)值時(shí)，補(bǔ)水泵強(qiáng)制停泵并告警，提示補(bǔ)水箱缺水。

2.4循環(huán)泵控制原理

通過回水壓力變送器與供水壓力變送器分別將電流信號(hào)傳送到PLC，通過PLC運(yùn)算，反饋的供回水壓差值與設(shè)定的壓差值作比較，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，PLC輸出電壓信號(hào)給變頻器，循環(huán)泵頻率線性遞增，轉(zhuǎn)速加快;當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)，PLC內(nèi)同樣輸出電壓信號(hào)給變頻器，循環(huán)泵頻率線性遞減，轉(zhuǎn)速降低;當(dāng)接近設(shè)定值時(shí)，循環(huán)泵恒速運(yùn)行。

2.5冷凝泵控制原理

冷凝水箱中的磁翻板液位計(jì)將電流信號(hào)傳送到PLC，通過PLC運(yùn)算，反饋值與設(shè)定值作比較，當(dāng)水箱水位到設(shè)定上限值時(shí)，PLC給出信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)冷凝泵指令;當(dāng)水位到設(shè)定下限值時(shí)，PLC給出信號(hào)自動(dòng)停止冷凝泵指令。

3 換熱站二次供水溫度智能控制

本設(shè)計(jì)構(gòu)造了二級(jí)模糊控制器，由前級(jí)模糊控制器獲取的二次供水溫度的預(yù)設(shè)值與溫度采集模塊測(cè)得的二次供水溫度實(shí)際值做差，將兩者的差值e差值變化率ec作為第二級(jí)模糊PID控制器的輸入，利用模糊理論對(duì)PID的3個(gè)參數(shù)kp，kf和kD進(jìn)行實(shí)時(shí)在線校正，通過調(diào)節(jié)一次閥的開度，動(dòng)態(tài)跟蹤二次供水溫度的變化。

3.1系統(tǒng)功能及實(shí)現(xiàn)

某生活區(qū)根據(jù)供熱面積，結(jié)合目前典型控制模式，設(shè)計(jì)了換熱站系統(tǒng)流程。該系統(tǒng)主要完成以下功能：（1）該換熱系統(tǒng)原由人工操作，溫度控制不穩(wěn)定，為實(shí)現(xiàn)供熱穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)二次熱網(wǎng)的控制，采用二級(jí)模糊控制的先進(jìn)控制策略，保證供熱網(wǎng)的熱力平衡，使整個(gè)供熱管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能、高效、平穩(wěn)的運(yùn)行，保證熱能均勻分布;（2）數(shù)據(jù)采集：按照指定或系統(tǒng)默認(rèn)巡檢方式，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;（3）顯示：監(jiān)測(cè)供電電壓、監(jiān)測(cè)顯示供水溫度，回水溫度、供水壓力，變頻器狀態(tài)（起/停，頻率、電機(jī)電流，故障報(bào)警）;系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警信號(hào)也需要顯示;（4）數(shù)據(jù)通訊：發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)及接收控制指令、糾錯(cuò)、檢錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)換熱站與供熱站之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊;（5）可進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)的就地與遠(yuǎn)程切換。

3.2換熱站定壓、定溫控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為了保持供熱系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，循環(huán)系統(tǒng)還應(yīng)保持一定的水壓與循環(huán)速度，即保持系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的壓力恒定，我們采取循環(huán)水泵變頻調(diào)速定溫控制，當(dāng)回水溫度超過設(shè)定值，溫度變送器將信號(hào)給變頻器模擬通道2，經(jīng)過變頻器PID運(yùn)算，變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)泵頻率，一般為克服管網(wǎng)阻力，設(shè)定值最低不得超過35Hz，經(jīng)過測(cè)試，在40Hz左右比較穩(wěn)定;運(yùn)行過程中如果系統(tǒng)掉壓，啟動(dòng)補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水，達(dá)到設(shè)定壓力后補(bǔ)水泵停止運(yùn)行，保證系統(tǒng)的出水壓力穩(wěn)定。為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，需對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置：端子啟動(dòng)P0700=2，5號(hào)端子啟動(dòng)P0701=1。反饋信號(hào)電流信號(hào)P0756.1=2，P1080=35，P1082=50，PID使能P2200=1。PID給定：BOP面板2253=2250，PID反饋：2264=755.1（通道2）。PID反饋濾波時(shí)間常數(shù)P2265=5，增益P2280=25，微分時(shí)間P2274=0。積分時(shí)間P2285=20，要注意撥碼開關(guān)2在ON。

4 總結(jié)

本文根據(jù)實(shí)際要求，對(duì)換熱站整體結(jié)構(gòu)以及監(jiān)控系統(tǒng)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行了介紹。此系統(tǒng)應(yīng)用于該地區(qū)生活區(qū)換熱供暖，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，在保證供暖品質(zhì)的前提下，也取得了較好的節(jié)能效果。

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