換熱站自控系統節能建設探究

崔潔

摘 要：隨著現代生活的提高，人們對生活質量的要求越來越高，一些機械的運行離不開能源的消耗。而在集中供暖這塊來說。換熱泵是供熱站的主要能量提供的地方。隨著人類對于能源的需求日益突出。但是人類飽受環境污染和能源的緊缺的困擾，這使得節能設備的開發得到快速發展。在城市化的過程中，集中供熱作為城市基礎設施的組成部分，集中供熱系統對于提高能源利用率、擴大城市熱化率和保證供熱質量方面有突出的效果。

關鍵詞：換熱站；自控系統；建立

這些年城市化的進度日益加快，集中供熱的范圍也越來越大。而城市的熱源一般是比較集中，熱源廠通過城市高溫水管道、蒸汽管道將熱水、蒸汽送至各居民小區、企業中的換熱站。在換熱站高溫水管道、蒸汽中的高溫水、蒸汽與進居室暖氣片的熱水通過換熱器交換熱量。經過換熱后，二次網中熱水流入各居室中。在這個熱傳遞過程中，熱源廠供熱調度要實時監視分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數，通過這些數據來控制換熱站中各種設備的運行。同時，根據這些數據調節熱源廠運行機組，保證供熱系統的穩定運行。

供熱系統是個慣性系統，供熱范圍越大慣性越強，換熱站的逐年增加，供熱網絡不斷延伸和擴展，這都使得供熱網的熱力調節難度越來越大，同時由于我國逐步推行“分戶供暖”和“按需收費”這更增加了用熱量的不確定性和隨機性，這都為如何保障供熱系統的穩定運行提出了新的要求。

1 換熱站自控系統建立的必要性

1.1 換熱站的調節現狀

目前多數的換熱站仍然是獨立運行、手工操作和人工監控，這一方面增加了供熱人力成本；另一方面操作人員的素質低造成設備事故的情況也很常見，這都大大影響了集中供熱安全性。而且由于換熱站的監控數據與熱源廠熱力調度不能實時傳輸，造成熱力調度無法對熱源廠運行狀況進行系統的分析判斷，導致熱力失調用戶冷熱不均，不能實現供熱系統整體最佳狀態，影響供熱效果而造成能源的極大浪費。

1.2 換熱站自控系統建立的必要性

按照國家十二五節能規劃，建筑節能指標要實現節能50%的目標，其中建筑物約承擔節能35%的任務，供熱系統約承擔節能24%的任務。因此集中供熱作為供熱系統的最主要方式應該在節能工作中起到示范作用，供熱系統節能不僅要提高管道的保溫性能、控制管網失水外，更主要的是提高熱力調度的效率。建立換熱站自動控制系統，可以提高供熱管理水平，消除熱力失調。

2 換熱站自控系統的構成

2.1 換熱站的組成和功能

換熱站的組成，一般由汽（水）水換熱器組成的換熱系統、循環水泵組成的循環水系統和補水泵組成的補水系統來構成。其功能為：

（1）換熱站入網的熱量調節。當入網供熱能力正常時，換熱站的調節系統應該根據設定值自我調節實現可靠運行。

（2）換熱站對熱用戶終端的調節。對于熱用戶終端的調節主要就是要實現對熱用戶終端網供、回水溫度和壓力的調節，最關鍵的是如何對循環水泵的控制。

（3）換熱站補水部分的調節。在換熱站運行期間，熱用戶終端系統會出現跑、冒、滴、漏和用戶偷放水現象。循環熱水的流失會使回水壓力過低，有可能形成熱水汽化，引起熱交換器的劇烈振動。這會嚴重影響系統的供熱效果和設備的運行安全。換熱站補水恒壓系統的作用是防止熱用戶終端倒空，保證系統在規定壓力下恒壓運行。

（4）換熱站的現場監視功能。自動系統應該能夠根據各處的傳感器傳回的數據自動進行故障判斷，并在監控畫面上顯示控制設備運行狀態的實時數據。故障的診斷由換熱站控制器內的軟件通過數據分析來完成。

（5）換熱站的自我保護功能。換熱站的控制系統根據溫度、壓力、流量、液位等傳感器的數據，進行自我判斷，并進行有關的動作進行換熱站設備自我保護，避免發生危險。

2.2 自動控制系統的各單元結構

（1）數據采集控制單元。換熱站供熱系統中數據采集單元承擔換熱站自控系統將溫度、壓力、流量、液位的模擬量和設備狀態等開關量信號，從現場設備工作儀表由信號電纜直接到系統控制柜內部端子。由于數據變量是溫度的變化，而這個參數是模擬量，參數相對變化較慢，所以數據采集要將模擬量參數經過濾波、放大倍數、采樣周期、報警、線性變換、非線性變換、信號轉換等預設置，并對開關量狀態要經過防抖、報警設置等預設置。

（2）通訊傳輸單元。換熱站自控系統中通訊傳輸單元承擔熱力調度與各個現場換熱站控制站、熱用戶終端的數據傳輸，數據傳輸單元是整個監控項目的橋梁，是保證熱網監測系統正常運行的關鍵。監控系統采用的通訊方式有多種形式。應依據項目的實際情況可采用市話網、寬帶網、專用網和GPRS網。

（3）系統控制單元。換熱站自控系統中系統控制單元是整個自控的核心，它是人機界面—PLC-變頻器——儀表模式。人機界面采用觸摸屏與PLC直接相連。通過配置觸摸屏按鈕內置數據、實時改變PID參數。監測換熱器、調節閥、循環泵、補水泵及變頻器工況，顯示現場溫度、壓力信號，內設報警極限值可進行聲、光報警，方便調節和控制整個工作過程。PLC是控制系統的核心。可設置PID參數進行閉環控制：根據PID運算結果進行D/A變換輸出，實現手動或自動調節執行機構（調節閥、變頻器）；具有系統故障診斷，判斷異常溫度、壓力、電流等故障信號；實現循環泵及補水泵工頻，變頻切換控制。變頻器實現多個泵的輪換及補水工作，通過變頻器調節循環泵與補水泵轉速，實現節能調速。變頻器與PLC采用Modbus方式通訊。由PLC控制改變變頻器的輸出頻率。儀表測溫元件采取PTl00鉑熱電阻，壓力測點采用1.6MPa進口壓力變送器，蒸汽側采用進口渦流流量計，蒸汽側采用具備斷電自動關閥功能的進口電動調節閥。為滿足熱力站需求，軟件系統采用組態編程軟件對可編程控制器進行功能組態。實現將換熱站的溫度和壓力等模擬信號轉換為數字信號，與設定值相比較，根據比較結果按照預定控制方案自動調節。通過PLC驅動調節閥開度或調節變頻器輸出頻率，滿足換熱系統恒溫運行。同時控制補水泵啟動與停止，維持熱網系統壓力基本恒定。避免因缺水而帶來安全隱患。觸摸屏能通過PLC對現場設備進行實時監測、控制和報警，達到高可靠性、穩定性運行。

3 結語

總之，無人值守換熱站很好的實現了對換熱站設備的自動控制，提高了供熱質量。在滿足用戶需求的前提下，節約了大量的人力、物力資源，減少了不必要的浪費。同時，管理人員可以更清楚的了解各個換熱站的運行數據，使管理更加有地放矢，有效的提高了供熱管理水平，提高了熱力系統的運行管理水平，為熱力系統的運行管理提供一個良好的支持環境，提高供熱公司效益。

參考文獻

[1] 裴志強.集中供熱熱網的微機監控系統[J].自動化儀表，1996（02）.

[2] 趙博然，靳婉娟.謝濤，王天石.供熱系統采用微機控制與調節設備相結合的探討[J].區域供熱，2006（01）.

[3] 張永惠.我國高壓變頻調速技術的發展[J].變頻器世界，2004（05）： 10-16.

[4] 王化祥.自動檢測技術[M].北京：化學工業出版社，2004.

[5] 邵裕森.過程控制系統及儀表[M].北京：機械工業出版社，2005.