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全自动无人值守换热站及热网监控系统


【摘 要】本文对全自动无人值守换热站和热网监控系统的原理和实现进行了探讨,并结合工程实例对换热站的自动控制部分和热网监控系统的设计进行了说明,介绍了现场调试的一些经验。
【关键词】集中供热  热网监控无人值守
一、概述
当今能源问题已经成为全世界普遍关注的热点话题,各国对能源都普遍关注。集中供热因具有节约能源和改善城市环境等方面的积极作用,而日益成为城市公用事业的一个重要组成部分,是国家大力推广的节能和环保措施。随着我国的城市集中供热规模也不断扩大,如何通过技术手段达到既降低能耗又为用户提供满足标准的服务是我们要探讨的课题。
随着科学技术的进步,自动化技术、信息技术的发展及变频技术的日渐成熟, “无人值守换热站”、“热网监控系统”已在许多热力公司得到应用。我公司自2011年至今已陆续建成30座“无人值守”二级换热站,不但降低了能源消耗量而且在供暖效果上也有较大提高。
二、系统组成                                                                                                  
本系统由无人值守自动控制系统、各个换热站与监控中心之间的通讯系统、监控中心管理系统三个部分构成
系统自动控制部分以PLC为核心,以触摸屏为人机界面,加上电动调节阀、变频器、压力、温度变送器、串行通讯转换模块、触摸屏及宽带接口等部件构成。系统首先通过变送器对现场信息进行采集并传送给PLC的A/D 模块进行A/D 转换,PLC再根据控制中心服务器对给定信号和反馈信号进行比较运算,运算结果温度作为一路控制信号发送到前端I/O 模块,由I/O 模块转换成模拟量去控制电动调节阀动作。压力的运算结果传给变频器,控制变频器的输出,从而控制循环泵的转速。同时,将数据送到触摸屏进行显示控制。也通过Inter网将数据传输到数据中心的服务器上,由服务器上的供热管理平台对数据进行定时采集、记录,并可在控制中心的屏幕上直观地显示出来,运行参数可由本地触摸屏或控制中心设置。
三、无人职守换热站的自动控制系统
换热站由水-水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的循环水系统、补水泵组成的补水系统来构成。在控制过程中,需要采集大量的物理量,如压力、温度、流量等模拟量参数,通过PLC控制器对这些参数进行实时采集和处理。换热站PLC控制系统对一次网的电动调节阀、二次网的循环系统、补水系统等控制对象实施自动控制,即实现换热站系统的全自动控制。
无人值守换热站的自动控制系统主要完成数据采集、自动控制、实时通讯、故障报警等功能。可独立完成本地控制,也可受控于监控中心。
  • 换热站数据采集
换热站监控参数包括:
1、 室外温度
  1.  一次网的供/回水压力、温度
  2. 一次网的热量、累积热量
  3.  一次网除污器差压
  4. 二次网除污器差压
  5. 循环泵出口压力
  6.  二次网供/回水温度、压力
  7.  补水流量、累计流量
  8.  水箱液位
  9. 二次供水流量、累积流量
  10.  循环泵电压、 电流、频率;
  11.  补水泵电压、 电流、频率;
  12.  一次网电动调节阀阀门开度;
  13. 补水电磁阀状态;
  14. 循环水泵和补水泵的启停及运行状态等;
16、 运行参数的越限报警;
(1)二次侧供水压力过高
(2)二次侧供水温度过高
(3)二次侧回水压力过低
(4)二次侧回水压力过高
(5)水箱水位超高、超低
  • 换热站系统控制
1温度控制
(1)自动(气候补偿控制选择):按照各二级站现场所设定的舒适时间表,在相应的时间段内由各二级站根据室外温度自动对供水温度进行计算和调节。二级站PLC根据上述算法计算出当前时间和当前室外温度下的二次供水温度理论值Tref,通过PID算法调节一次侧电动调节阀的阀门开度,使实际的二次供水温度T与Tref一致。
(2)手动(恒定温度):通过中控室对二级站供水温度进行手动设定,二级站按照所设定的温度运行,与时间段和室外温度无关。此时的二次供水温度理论值Tref为一个人工设定值,PID调节使实际的二次供水温度T与Tref一致。
2、压力控制
(1)自动控制:可在现场触摸屏上对各个二级站的供回水压差及补水压力进行修改和设定:二级站PLC通过供回水压差自动控制循环泵变频器的频率输出:通过补水压力控制补水泵变频器的频率输出。
(2)手动控制:可手动直接设定变频器的频率,使水泵以一个固定的频率运行。
3、电动本系统由无人值守自动控制系统、各个换热站与监控中心之间的通讯系统、监控中心管理系统三个部分构成
系统自动控制部分以PLC为核心,以触摸屏为人机界面,加上电动调节阀、变频器、压力、温度变送器、串行通讯转换模块、触摸屏及宽带接口等部件构成。系统首先通过变送器对现场信息进行采集并传送给PLC的A/D 模块进行A/D 转换,PLC再根据控制中心服务器对给定信号和反馈信号进行比较运算,运算结果温度作为一路控制信号发送到前端I/O 模块,由I/O 模块转换成模拟量去控制电动调节阀动作。压力的运算结果传给变频器,控制变频器的输出,从而控制循环泵的转速。同时,将数据送到触摸屏进行显示控制。也通过Inter网将数据传输到数据中心的服务器上,由服务器上的供热管理平台对数据进行定时采集、记录,并可在控制中心的屏幕上直观地显示出来,运行参数可由本地触摸屏或控制中心设置。
三、无人职守换热站的自动控制系统
换热站由水-水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的循环水系统、补水泵组成的补水系统来构成。在控制过程中,需要采集大量的物理量,如压力、温度、流量等模拟量参数,通过PLC控制器对这些参数进行实时采集和处理。换热站PLC控制系统对一次网的电动调节阀、二次网的循环系统、补水系统等控制对象实施自动控制,即实现换热站系统的全自动控制。
无人值守换热站的自动控制系统主要完成数据采集、自动控制、实时通讯、故障报警等功能。可独立完成本地控制,也可受控于监控中心。
  • 换热站数据采集
换热站监控参数包括:
1、 室外温度
  1.  一次网的供/回水压力、温度
  2. 一次网的热量、累积热量
  3.  一次网除污器差压
  4. 二次网除污器差压
  5. 循环泵出口压力
  6.  二次网供/回水温度、压力
  7.  补水流量、累计流量
  8.  水箱液位
  9. 二次供水流量、累积流量
  10.  循环泵电压、 电流、频率;
  11.  补水泵电压、 电流、频率;
  12.  一次网电动调节阀阀门开度;
  13. 补水电磁阀状态;
  14. 循环水泵和补水泵的启停及运行状态等;
16、 运行参数的越限报警;
(1)二次侧供水压力过高
(2)二次侧供水温度过高
(3)二次侧回水压力过低
(4)二次侧回水压力过高
(5)水箱水位超高、超低
  • 换热站系统控制
1温度控制
(1)自动(气候补偿控制选择):按照各二级站现场所设定的舒适时间表,在相应的时间段内由各二级站根据室外温度自动对供水温度进行计算和调节。二级站PLC根据上述算法计算出当前时间和当前室外温度下的二次供水温度理论值Tref,通过PID算法调节一次侧电动调节阀的阀门开度,使实际的二次供水温度T与Tref一致。
(2)手动(恒定温度):通过中控室对二级站供水温度进行手动设定,二级站按照所设定的温度运行,与时间段和室外温度无关。此时的二次供水温度理论值Tref为一个人工设定值,PID调节使实际的二次供水温度T与Tref一致。
2、压力控制
(1)自动控制:可在现场触摸屏上对各个二级站的供回水压差及补水压力进行修改和设定:二级站PLC通过供回水压差自动控制循环泵变频器的频率输出:通过补水压力控制补水泵变频器的频率输出。
(2)手动控制:可手动直接设定变频器的频率,使水泵以一个固定的频率运行。
3、电动调节阀控制
除自动控制外,还能对一次测电动调节阀的阀开度进行手动给定,以手动调节二次供水温度。也可在中控室进行电动调节阀手动和自动控制状态的转换。调节阀控制
除自动控制外,还能对一次测电动调节阀的阀开度进行手动给定,以手动调节二次供水温度。也可在中控室进行电动调节阀手动和自动控制状态的转换。
 四、通信系统
    通信系统是多个换热站和监控中心数据传输的通道,根据集中供热工程对监控系统的技术要求和投资规模、当地通信基础设施情况,以及通信费用情况综合考虑选择通信方式。通信方式可分为有线专网、宽带网、GPRS网,下面就这几种通信方式进行分析比较。
1. 有线专网
(1) 敷设专用通信光缆,是稳定可靠的通信方式,通信速率高,通信效果好。
(2) 前期一次性投入大,没有通信资费,但维护维修费用也较多,在资金不是很雄厚的情况下一般不采用。
2. 宽带网
(1) ADSL宽带,有线通信,网络覆盖面广,信号稳定,由电信部门负责维护。
(2) 永远在线:用户可随时与网络保持联系。
(3) 传输速率高:采用了分组交换技术,数据传输率高。
3. GPRS网
(1) 覆盖面广:是在GSM网络上增加的数据通信业务。
(2) 传输速率高:数据传输速率最高可达到171.2kb/s。
(3) 永远在线:用户可随时与网络保持联系。
(4) 按流量计费:按照用户收发数据包的数量来收费,没有流量传输不收费。
    根据我公司监控中心距各二级站距离较远及各二级站分布较分散的现状,我公司采用的是GPRS无线通信。
五、热网监控中心
  监控中心主要有如下功能:
(一)远程采集
  远程数据采集采用定时采集,采集频率一般为10s,这样就保证了二级站所有数据能及时上传给热网监控中心,有助于监控中心值班人员实时了解各二级站运行状况,发现问题及时处理,保证了供热系统的稳定运行。
(二)运程控制
远程控制是无人值守换热站的重要环节,包括对阀门的控制(手动开关阀门)、控制策略的选择(经验调节、定温调节、手动调节等)供水温度值的设定、循环泵的起停、补水泵的起停等。
1、温度控制
  要使用户家里温度更加舒适,必须保证换热站供出的温度(热量)合适,这样我们就根据不同情况对换热站的二次出水温度进行控制。控制方式大致分为,经验调节、定温调节、分时段调节三种。
(1)经验调节
  即根据以往的供热经验,在不同的室外温度条件下,保证不同的二次网供水温度。各个控制器输入二次供水温度调节曲线,系统通过检测二次网供水温度和室外温度,自动调节一次网的阀门开度从而达到二次网的设定供水温度值,实现换热站的质调节。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此曲线进行修改。
(2)定温调节
  用户可任意设定供水温度值,系统将自动调节一次网的流量从而使二次网供水温度稳定在此设定值。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此设定值进行修改。
(3)分时段调节
在不同的时间段设定不同的二次网供水温度,本方式支持在不同的时间段修正固定的供水温度设定值(经验调节曲线或固定供水温度),这样可生成一条更经济的运行曲线。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此曲线进行修改
2、压力控制
  无人值守换热站中压力控制主要是二次供回水压差和二次回水压力的控制。分别通过调整循环泵变频频率和补水泵变频频率实现。变频恒压供水已经用得到很多,这里就不再说明。需要强调的是几种故障和相应的保护措施。
 (1)二次供水压力过高,供热系统中,此故障是个比较严重的故障,需要系统停止运行进行检查,否则有可能会造成用户家里暖气片的损坏。
(2)二次回水压力过高,系统设置超压泄水电磁阀,报警发生时自动打开电磁阀泄水。
(3)二次回水压力过低,为了保护循环泵,此报警发生时系统应该停止运行并报警。
(4)补水箱水位过低,应该停止补水,避免补水泵长期无水运行造成损坏。
(5)补水箱水位过高,应该关闭自来水,避免不必要的浪费。
(6)有些换热站生水压力不足或防止短时间停水,应该设置生水箱。
(三)运程调试
  理想的通讯方式不但解决了数据的远程采集和控制,还可以实现现场控制器的远程维护,修改控制策略,修改报警参数值,等等。可以减少去现场的次数,并且可以迅速的了解现场控制器的工作情况,大大提高了工作效率。
(四)报警管理
  无人值守换热站的监控中心软件具备报警管理功能,每条报警信息应该包含报警站点、报警发生时间、报警参数及当前值等详细信息。软件对过去的报警可以按站点或按时间进行查询,并记录报警的处理人和处理时间。
(五)权限设置
  监控系统对运行人员、维护人员、管理人员赋予不同的权限,不同的人员具有不同的操作权限,从而避免了操作不当所造成的系统故障。
六、结论
   总之,无人值守换热站很好的实现了对换热站设备的自动控制,提高了供热质量。满足了用户需求的前提下,节约了大量的人力、物力资源,减少了不必要的浪费。同时,管理人员可以更清楚的了解各个换热站的运行数据,使管理更加有地放矢,有效的提高了供热管理水平;提高了热力系统的运行管理水平;为热力系统的运行管理提供一个良好的支持环境;提高公司效益。通过热网智能监控系统,管理人员可以更清楚的了解各个换热站的运行数据,使管理更加有地放矢,有效的提高了供热管理水平;提高了热力系统的运行管理水平;为热力系统的运行管理提供一个良好的支持环境;节约了大量的人力、物力资源,减少了不必要的浪费,大大提高公司效益

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