自動(dòng)化控制技術(shù)在智慧供熱中的應(yīng)用研究

賈蓉婷

（國(guó)能寧夏供熱有限公司，寧夏 銀川）

引言

對(duì)供熱結(jié)構(gòu)日常狀態(tài)的控制，可以更為有效地保證供熱處于穩(wěn)定、平衡的狀態(tài)，以此來(lái)慢慢滿足持續(xù)性供熱的實(shí)際要求[1]。智慧供熱是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種供熱系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的供熱方式不同的是，智慧供熱的覆蓋面相對(duì)較大，針對(duì)性也更強(qiáng)，對(duì)于部分區(qū)域的供熱還會(huì)結(jié)合實(shí)際的需求和標(biāo)準(zhǔn)作出合理化的均衡調(diào)整，增強(qiáng)居民供熱的滿意程度[2]。但是傳統(tǒng)的供熱方法多為單一結(jié)構(gòu)，雖然可以完成預(yù)期的供熱目標(biāo)及任務(wù)，但是整體的效率較低，缺乏穩(wěn)定性和可靠性，在不同的背景環(huán)境下，難以接受指定的自行信號(hào)，日常的供熱調(diào)節(jié)以及控制效果較差[3-4]。

為此，本研究提出對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)在智慧供熱中的應(yīng)用的分析與驗(yàn)證研究。

1 設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制智慧供熱方法

1.1 基礎(chǔ)供熱數(shù)據(jù)處理及多階自動(dòng)控制節(jié)點(diǎn)設(shè)定

首先，在智慧供熱系統(tǒng)之中設(shè)置一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間互相關(guān)聯(lián)，形成循環(huán)性的識(shí)別監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)[5-6]。

接下來(lái)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集周期，一般48 h 為一個(gè)周期，將供熱數(shù)據(jù)分類處理、篩選，完成基礎(chǔ)性的轉(zhuǎn)換處理[8]。隨即，由于節(jié)點(diǎn)的設(shè)定需要實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱區(qū)域的覆蓋，所以需要計(jì)算出單元覆蓋范圍，具體如下：

式中：K 為單元覆蓋范圍；λ 為供熱總區(qū)域；h 為可控直線距離；? 為日耗熱量；μ 為μ 區(qū)域數(shù)量。對(duì)當(dāng)前的單元覆蓋范圍進(jìn)行邊緣標(biāo)定，把部署的節(jié)點(diǎn)與自動(dòng)控制程序連接，便于后續(xù)的處理。

1.2 構(gòu)建自動(dòng)化控制供熱模型

與傳統(tǒng)的智慧供熱模型不同的是，自動(dòng)化控制供熱模型的覆蓋范圍會(huì)相對(duì)較大一些，對(duì)各區(qū)域的供熱針對(duì)性也會(huì)更強(qiáng)，可以有效完成處理集中性的供熱需求，提升多區(qū)域的協(xié)同供熱效率[7]。可以先設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制供熱模型結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 自動(dòng)化控制供熱模型結(jié)構(gòu)圖示

以圖1 為基礎(chǔ)，綜合自動(dòng)化控制技術(shù)，依據(jù)智慧供熱系統(tǒng)的任務(wù)指示，作出對(duì)應(yīng)的供熱目標(biāo)性調(diào)整，利用多層級(jí)的調(diào)控形式來(lái)代替單一的供熱形式，逐步強(qiáng)化供熱靈活性與穩(wěn)定性，強(qiáng)化模型的實(shí)踐應(yīng)用能力。

但是這部分需要注意的是，一般來(lái)說(shuō)，供熱目標(biāo)與季節(jié)的變化存在最為直接的影響，所以，結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)，設(shè)計(jì)智慧供熱模型時(shí)，需要考慮這一因素，并制定多階的供熱調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)，與各個(gè)區(qū)域的供熱目標(biāo)進(jìn)行匹配對(duì)應(yīng)，提升整體的供熱效率，更好地初始各個(gè)區(qū)域的供熱溫度區(qū)域平衡，擴(kuò)大模型的實(shí)際覆蓋范圍。

1.3 分時(shí)分段處理實(shí)現(xiàn)智慧供熱

分時(shí)分段的供熱形式近年來(lái)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)區(qū)域之中，取得了相對(duì)較好的效果。與傳統(tǒng)供熱形式不同的是，分時(shí)分段的供熱結(jié)構(gòu)更加高效、穩(wěn)定，可以更好、更加靈活地滿足居民的供熱需求。需要先將供熱的覆蓋區(qū)域進(jìn)行歸類劃分，同時(shí)劃分對(duì)應(yīng)的供熱時(shí)段，分別是0 點(diǎn)～8 點(diǎn)、9 點(diǎn)～17 點(diǎn)、18 點(diǎn)～24 點(diǎn)。

不同的時(shí)段、區(qū)段，供熱的需求及標(biāo)準(zhǔn)也存在較大差異，可以提前設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的控制指令，導(dǎo)入內(nèi)置的控制程序之中，利用自動(dòng)化控制技術(shù)，建立循環(huán)性的控制結(jié)構(gòu)，在定點(diǎn)、定時(shí)、固定區(qū)域完成對(duì)應(yīng)的供熱調(diào)控任務(wù)，這樣的形式可以避免全覆蓋式地供熱消耗，節(jié)省熱量輸出的同時(shí)，降低不必要的供熱成本支出，形成更加多元化的智慧供熱框架，消除供熱延時(shí)或者溫度不平衡等問(wèn)題，提升智慧供熱的實(shí)際應(yīng)用效果。

2 實(shí)驗(yàn)

此次主要是對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)在智慧供熱中的實(shí)際應(yīng)用研究結(jié)果進(jìn)行分析，考慮到最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性可靠性，采用對(duì)比的方式展開分析，選定D 智慧供熱企業(yè)作為測(cè)試的主要目標(biāo)對(duì)象。利用專業(yè)的設(shè)備及裝置進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及信息的采集，匯總整合之后，以待后續(xù)使用。接下來(lái)，根據(jù)當(dāng)前的智慧供熱需求及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)最終得出的測(cè)試結(jié)果比照研究，接下來(lái)，結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)，進(jìn)行初始測(cè)試環(huán)境的搭建。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)選定D 智慧供熱企業(yè)內(nèi)置的智慧供熱測(cè)試環(huán)境進(jìn)行設(shè)定和搭建。首先，需要明確該智慧供熱的覆蓋區(qū)域，并對(duì)其作出劃分，共劃分為5 個(gè)區(qū)域。隨即選定區(qū)域內(nèi)的100 戶家庭進(jìn)行輔助測(cè)試。劃分的5 個(gè)供熱區(qū)域自身的供熱需求及標(biāo)準(zhǔn)均是不同的，具有一定的針對(duì)性。采集匯總當(dāng)前供熱的基礎(chǔ)信息、歷史數(shù)據(jù)等，作為后續(xù)控制應(yīng)用的參考依據(jù)。接下來(lái)，在可控的范圍之內(nèi)設(shè)定供熱識(shí)別監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)均是獨(dú)立的，但是在監(jiān)測(cè)應(yīng)用時(shí)可以進(jìn)行搭接關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)循環(huán)性的識(shí)別監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)，便于后續(xù)的管控處理。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行基礎(chǔ)智慧供熱自動(dòng)控制指標(biāo)及參數(shù)設(shè)置，見表1。

表1 智慧供熱自動(dòng)控制指標(biāo)及參數(shù)設(shè)置

根據(jù)表1，完成對(duì)智慧供熱自動(dòng)控制指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置和研究。接下來(lái)，綜合自動(dòng)化控制技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)多層級(jí)、多目標(biāo)、多標(biāo)準(zhǔn)的智慧供熱框架，具體的流程見圖2。

圖2 智慧供熱自動(dòng)控制流程圖示

根據(jù)圖2，完成對(duì)智慧供熱自動(dòng)控制流程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用。接下來(lái)，通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)D 智慧供熱企業(yè)的覆蓋區(qū)域作出局域標(biāo)定，并計(jì)算出耗熱折算差值如下：

式中：H 為耗熱折算差值；m 為等范圍覆蓋值；n 為轉(zhuǎn)換值；d 為日耗熱量；u 為單元自動(dòng)控制頻次；c 為平均溫度。

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

在上述搭建的測(cè)試環(huán)境之中，綜合自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)D 智慧供熱企業(yè)內(nèi)置的智慧供熱效果進(jìn)行分析與研究。首先，利用部署的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的采集，分析當(dāng)前的供熱控制情況是否穩(wěn)定。接下來(lái)，選定的5 個(gè)區(qū)域溫度分別需要保持在16～21 ℃，但是由于外部環(huán)境及供熱內(nèi)置結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)前的供熱溫度并不在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，所以，結(jié)合實(shí)際的需求，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化控制指令，導(dǎo)入內(nèi)置的控制程序之中。先進(jìn)行第一階段的溫度調(diào)度控制，可以先設(shè)定感應(yīng)裝置，并測(cè)算每一個(gè)區(qū)域的平均溫度如下：

式中：P 為區(qū)域平均溫度；ρ 為最高供熱溫度；? 為波動(dòng)值；μ 為溫度下降限制值。將計(jì)算得出的平均溫度設(shè)定在限制標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)智慧供熱程序進(jìn)行調(diào)度調(diào)節(jié)，進(jìn)行第二階段的控制處理。在100名用戶中隨即選定5 名用戶進(jìn)行基礎(chǔ)供熱數(shù)值的分析，見表2。

表2 隨機(jī)用戶供熱情況分析

根據(jù)表2，完成對(duì)隨機(jī)用戶供熱情況的分析。接下來(lái)，在此設(shè)計(jì)的環(huán)境之中，測(cè)定計(jì)算出某一特定區(qū)域的智慧供熱任務(wù)自動(dòng)化平衡控制響應(yīng)時(shí)間如下：

式中：L 為供熱自動(dòng)化平衡控制響應(yīng)時(shí)間；Q 為覆蓋范圍；σ 為供熱日耗量；v 為波動(dòng)溫差；w 為邊緣值；γ 為定向轉(zhuǎn)換均值。結(jié)合當(dāng)前的測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行具體分析研究，見圖3。

圖3 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析圖示

根據(jù)圖3，完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析：經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的測(cè)定，針對(duì)選定的5 個(gè)區(qū)域的供熱情況進(jìn)行分析，最終得出的供熱自動(dòng)化平衡控制響應(yīng)時(shí)間被較好地控制在0.2 s 以下，說(shuō)明在自動(dòng)化控制技術(shù)的輔助下，當(dāng)前智慧供熱系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用及溫度協(xié)調(diào)均衡控制效果更加，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，以上便是對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)在智慧供熱中的應(yīng)用與驗(yàn)證研究，在自動(dòng)化控制技術(shù)的輔助、支持下，此次所設(shè)計(jì)的智慧供熱結(jié)構(gòu)相對(duì)更加靈活、多變，自身具有較強(qiáng)的針對(duì)性和穩(wěn)定性，在復(fù)雜的背景環(huán)境下，可以逐步強(qiáng)化供熱控制強(qiáng)度，結(jié)合智慧控制程序，盡量平衡供熱效果。此外，自動(dòng)化控制技術(shù)的融合，一定程度上還可以有效地降低供熱過(guò)程中形成的人力、物力以及水電費(fèi)用的支出，強(qiáng)化相關(guān)企業(yè)的發(fā)展經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步提高控制精準(zhǔn)性，完成對(duì)初始的供熱程序的改進(jìn)和優(yōu)化，完善調(diào)節(jié)、控制效率，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)邁入一個(gè)新的發(fā)展臺(tái)階。