物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下的換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)

李 順

（太原學(xué)院 山西 太原 030032）

1 引言

伴隨著現(xiàn)代城市化的發(fā)展，城市環(huán)境與能源消耗現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重，采用集中供熱的方式在改善城市環(huán)境、降低能耗節(jié)約能源等方面有著顯著的效果，是國家及全社會(huì)大力推行的環(huán)保節(jié)能措施，集中供熱規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)熱力管網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)化的管理具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上促進(jìn)了換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

2 換熱站自動(dòng)控制技術(shù)概述

在集中供熱系統(tǒng)中，熱換站是非常重要的一環(huán)，在這個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)分量較重，在科學(xué)技術(shù)的不斷革新與應(yīng)用背景下，熱換站逐漸趨于自動(dòng)化控制，傳統(tǒng)的人工運(yùn)行管理模式逐漸被取代轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值守?fù)Q熱站，不僅降低了相關(guān)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以將熱能合理按需分配，在降低能源浪費(fèi)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。但由于各種因素的制約，換熱站還無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值守，加強(qiáng)換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)研究力度，提高換熱站的智能化與自動(dòng)化水平，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)的高度融合進(jìn)行研究具有重要意義[1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展使其在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，可以有效提升各領(lǐng)域的智能化服務(wù)水平。由此可以看出，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)在未來的發(fā)展中具有良好、廣闊的發(fā)展空間，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)的無人化操作運(yùn)行。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

熱換站自動(dòng)控制系統(tǒng)中主要由多種測(cè)量與控制儀表、擴(kuò)展模塊與PLC、GPRS通信模塊、天線、變頻器、模擬量輸入與輸出單元以及循環(huán)泵等零部件組成；物聯(lián)網(wǎng)主站平臺(tái)則是由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、服務(wù)器軟件、組態(tài)軟件、寬帶網(wǎng)絡(luò)等組成[2]。

3.2 控制原理

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人值守?fù)Q熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)可以對(duì)補(bǔ)給水箱的溫度、壓力、流量、水位等模擬信號(hào)以及循環(huán)水泵、補(bǔ)給水泵的運(yùn)行狀態(tài)等開關(guān)信號(hào)進(jìn)行采集和控制，中央控制站計(jì)算單元建立數(shù)學(xué)模型，通過一系列的計(jì)算操作后，將計(jì)算結(jié)果輸出到換熱站控制單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱過程的有效監(jiān)控。

具體設(shè)計(jì)包括換熱站內(nèi)相關(guān)設(shè)備、閥門、控制裝置、儀表、管路等裝置，根據(jù)熱網(wǎng)的工作條件與不同的狀況，對(duì)熱網(wǎng)的熱媒和傳輸加以調(diào)整和轉(zhuǎn)換，并將熱量分配給供熱用戶系統(tǒng)，從而滿足用戶的不同需求。同時(shí)還可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際需求，對(duì)熱媒的參數(shù)等進(jìn)行集中測(cè)量與檢測(cè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入，主要是為了利用其監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)各分站的換熱、管理和監(jiān)控等各項(xiàng)任務(wù)，確保熱力管網(wǎng)的安全、可靠、低能耗的運(yùn)行，高效率地完成供熱任務(wù)。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下的換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 控制方式分析

在換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)中，管網(wǎng)水損失是不可避免的，因此有必要對(duì)補(bǔ)給泵補(bǔ)給水量進(jìn)行控制，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在這其中，傳統(tǒng)換熱站的泵電機(jī)與城市電力直接相連，以工頻模式運(yùn)行，熱負(fù)荷不會(huì)影響輸出的流量。沒有外部溫度傳感器和PLC，循環(huán)水泵的輸出流量就不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，循環(huán)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速依賴于變頻器的調(diào)節(jié)，以此滿足供熱負(fù)荷的需求，使水泵電機(jī)隨著熱負(fù)荷的變化而變化，通過調(diào)節(jié)能量需求，最大程度上降低能耗量。除此之外，變頻器還可以提高系統(tǒng)的功率藝術(shù)，降低電機(jī)的無功損耗，提升供電效率與質(zhì)量。

為了實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)換熱站自動(dòng)控制系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，需要采用備用泵運(yùn)行邏輯、PLC控制、變頻泵等來實(shí)現(xiàn)泵速的調(diào)節(jié)。在該系統(tǒng)中，應(yīng)使用三臺(tái)循環(huán)泵、一臺(tái)變頻器，利用變頻器推動(dòng)多臺(tái)循環(huán)泵的穩(wěn)定運(yùn)行。通過對(duì)循環(huán)泵的輸出流量進(jìn)行一定的控制，利用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的自動(dòng)控制中PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)通信功能，將傳感器檢測(cè)到的溫度傳輸至系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)做出相應(yīng)的響應(yīng)，將控制指令返回至變頻器，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。

4.2 變頻調(diào)速技術(shù)

換熱站需要根據(jù)多方面的需求對(duì)供熱量進(jìn)行及時(shí)優(yōu)化與調(diào)整，多采用的是雙調(diào)節(jié)控制方式，通過端口靜態(tài)方式對(duì)供熱量進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)完成循環(huán)泵的流量控制和二次供水的溫度設(shè)定，此類控制方法的節(jié)能效果非常顯著。變頻調(diào)速技術(shù)主要是應(yīng)用在補(bǔ)水系統(tǒng)方面，保證補(bǔ)水系統(tǒng)的正常運(yùn)行[3]。根據(jù)恒壓供水原理，可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)補(bǔ)水。當(dāng)換熱站的供熱系統(tǒng)熱水在運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)管道或閥門泄露，循環(huán)水的水壓會(huì)受到很大的影響出現(xiàn)明顯的降低效果，在這種情況下，若供水不及時(shí)，則會(huì)對(duì)供熱系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響，導(dǎo)致其無法正常運(yùn)行。因此，可以利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改善與優(yōu)化解決循環(huán)水壓力方面的問題，實(shí)現(xiàn)正常補(bǔ)水。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在這其中充當(dāng)?shù)氖菍?shí)現(xiàn)無人值守?fù)Q熱站模式，通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，在信息生成與數(shù)據(jù)操作通訊之間，依靠系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行集中收集與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，并結(jié)合預(yù)分析信號(hào)、現(xiàn)場儀表信號(hào)采集，實(shí)現(xiàn)熱換站自動(dòng)控制系統(tǒng)間的互相反饋與通訊。

5 結(jié)語

換熱站是實(shí)現(xiàn)用戶與供熱站間聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到供熱質(zhì)量與安全。傳統(tǒng)人工管理模式在事故安全隱患發(fā)現(xiàn)方面存在一定缺陷，無法正確判斷與分析熱力管網(wǎng)的運(yùn)行工況。因此，今后還需加強(qiáng)換熱站自動(dòng)控制的研究力度，提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用深度，促進(jìn)換熱站自動(dòng)控制水平的全面提升。