談如何實(shí)現(xiàn)熱力站的無人值守

楊 利 勇

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

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談如何實(shí)現(xiàn)熱力站的無人值守

楊 利 勇

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

介紹了傳統(tǒng)的熱力站系統(tǒng)，從增加自控系統(tǒng)設(shè)備、實(shí)現(xiàn)熱力站內(nèi)的自動(dòng)控制、增加監(jiān)控安防設(shè)備三方面，探討了熱力站系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)改造的具體措施，以實(shí)現(xiàn)熱力站的自動(dòng)化控制和無人值守，從而節(jié)約了熱力企業(yè)的人力成本。

熱力站，無人值守，自控系統(tǒng)，循環(huán)泵

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的提高，生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化控制程度越來越高，各行各業(yè)的生產(chǎn)都在引進(jìn)新的技術(shù)設(shè)備，盡可能的提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制水平。熱力企業(yè)從自身發(fā)展的需求出發(fā)，為了提高生產(chǎn)效率也在不斷的增加資金、技術(shù)的投入，引進(jìn)新技術(shù)設(shè)備，升級(jí)改造已有的生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到了生產(chǎn)控制的精細(xì)化管理要求。本文著重介紹了熱力站通過自動(dòng)化升級(jí)改造后實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制和無人值守。

1 傳統(tǒng)的熱力站系統(tǒng)的介紹

在城市集中供熱系統(tǒng)中熱源一般是來自熱電廠的高溫高壓蒸汽，出于安全可控的考慮不能直接向用戶供熱，需要經(jīng)過熱力站換熱后將適當(dāng)溫度、壓力的熱水送到用戶側(cè)。熱力站的主要作用是根據(jù)熱網(wǎng)工況和用戶側(cè)的供熱面積，管網(wǎng)承壓條件，房屋的采暖類型，保溫效果等將熱網(wǎng)輸送的熱水加以調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換，向用戶系統(tǒng)分配，以滿足用戶采暖需要。熱力站主要設(shè)備有：換熱器，循環(huán)泵，一二次線除污器，補(bǔ)水泵，水箱，計(jì)量表，控制閥門等。

其系統(tǒng)流程如圖1所示。

傳統(tǒng)的熱力站系統(tǒng)中，換熱器的主要作用是把一次網(wǎng)和二次網(wǎng)隔離開來通過換熱器交換熱量。用戶側(cè)的供熱效果主要受二次網(wǎng)的循環(huán)快慢，管網(wǎng)是否順暢及水壓的高低等因素影響，由于循環(huán)泵與補(bǔ)水泵都采用工頻泵，無法控制泵的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)選型時(shí)已經(jīng)確定了循環(huán)泵功率的大小，管網(wǎng)的粗細(xì)及補(bǔ)水泵的揚(yáng)程等主要參數(shù)，在供熱過程中只能依靠調(diào)節(jié)一次網(wǎng)的流量和供熱溫度間接地調(diào)節(jié)二次網(wǎng)用戶側(cè)的供熱溫度。這是一種粗放的調(diào)節(jié)方法，這樣的供熱方式不利于二次網(wǎng)用戶側(cè)的溫度調(diào)節(jié)，也不利于熱量在整個(gè)熱網(wǎng)中的均衡分配，熱源近端的用戶獲得的熱量多，遠(yuǎn)端的用戶分配到的熱量少，出現(xiàn)熱網(wǎng)中各站冷熱不均的現(xiàn)象。

2 熱力站系統(tǒng)的自動(dòng)化升級(jí)改造

隨著社會(huì)的發(fā)展傳統(tǒng)的熱力站控制系統(tǒng)已無法滿足用戶對(duì)供熱溫度精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的要求，也不能達(dá)到熱力企業(yè)均衡供熱，節(jié)能減排的精細(xì)化管理要求。熱力企業(yè)開始大力投入財(cái)力、物力對(duì)集中供熱的各個(gè)熱力站進(jìn)行自動(dòng)化改造，以實(shí)現(xiàn)熱力站的遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)控。

2.1 在原有設(shè)備基礎(chǔ)上增加自控系統(tǒng)設(shè)備

在原有的熱力站系統(tǒng)基礎(chǔ)上，主要增加了溫度變送器(溫度T)，壓力變送器(壓力P)，流量計(jì)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電子水表，PLC控制柜系統(tǒng)，并增加了循環(huán)泵和補(bǔ)水泵的變頻控制柜。溫度變送器，壓力變送器用于測(cè)量一、二次管網(wǎng)的供回水的溫度和壓力，并傳送給PLC控制系統(tǒng)；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供流量的大小并傳送給PLC控制系統(tǒng)；流量計(jì)用于測(cè)量一次網(wǎng)，二次網(wǎng)的流量，并傳送給PLC控制系統(tǒng)；電子水表用于計(jì)量管網(wǎng)的補(bǔ)水量并傳送給PLC控制系統(tǒng)；變頻柜的主要作用是接收PLC控制系統(tǒng)的指令或基于自身PID指令用于控制循環(huán)泵、補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變站內(nèi)的運(yùn)行工況。

升級(jí)改造后的熱力站自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在熱力站自控系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，它包括PLC控制器，顯示屏，電子模塊，通訊模塊，輔助繼電器，接線端子等。主要作用是接收各類設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)并計(jì)算處理數(shù)據(jù)做出指令控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，循環(huán)泵、補(bǔ)水泵變頻器的頻率等，從而精確調(diào)控?zé)崃φ镜墓釡囟群蛪毫Α?/p>

2.2 實(shí)現(xiàn)熱力站內(nèi)的自動(dòng)控制

首先根據(jù)熱力站供熱面積，建筑物高度，地勢(shì)差等的實(shí)際情況，設(shè)定一個(gè)二次網(wǎng)供回水壓差目標(biāo)值以滿足二次管網(wǎng)的供暖循環(huán)。在此基礎(chǔ)上，PLC控制系統(tǒng)通過控制調(diào)節(jié)一次網(wǎng)回路上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，來調(diào)節(jié)流過熱力站的一次熱水的流量，根據(jù)二次網(wǎng)供、回水平均溫度的溫差，通過變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)總流量和溫度的調(diào)節(jié)。

熱力站的補(bǔ)水控制至關(guān)重要。供、回水壓力過高可能造成熱水管道及用戶暖氣片的破裂；供、回水壓力過低，又使得高層用戶無法得到足夠熱量。同時(shí)考慮到供熱對(duì)壓力的穩(wěn)定性要求并不高，只要壓力穩(wěn)定在某一范圍即可，一般采用開關(guān)補(bǔ)水控制方案，根據(jù)熱力站供熱面積，建筑物高度，地勢(shì)差等的實(shí)際情況設(shè)定補(bǔ)水壓力的上下限。

2.3 增加監(jiān)控安防設(shè)備

在熱力站內(nèi)安裝硬盤刻錄機(jī)，交換機(jī)，監(jiān)控?cái)z像頭等，主要用于觀察熱力站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況。當(dāng)熱力站系統(tǒng)運(yùn)行報(bào)警時(shí)，工作人員可以通過監(jiān)控視頻查看站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行情況，便于快速準(zhǔn)確地判斷故障并作出相應(yīng)的工作指令。在安裝攝像頭時(shí)會(huì)根據(jù)每個(gè)熱力站的實(shí)際布局情況來考慮安裝的位置，數(shù)量和類型等。一般要求在正對(duì)門口的位置安裝一臺(tái)槍機(jī)，用于查看人員的進(jìn)出情況及防盜；在配電室安裝1臺(tái)～2臺(tái)槍機(jī)，用于查看各配電柜的運(yùn)行情況；在設(shè)備間安裝2臺(tái)～3臺(tái)球機(jī)，用于查看換熱器，循環(huán)泵，補(bǔ)水泵，水箱等主要設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常。

3 熱網(wǎng)系統(tǒng)的集中控制

3.1 建立熱網(wǎng)系統(tǒng)集中控制中心

熱網(wǎng)的集中控制中心(即調(diào)度中心)是整個(gè)熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的中樞系統(tǒng)，承擔(dān)著整個(gè)熱網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和綜合分析處理并對(duì)熱網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)控下達(dá)工作指令等任務(wù)，一般設(shè)在生產(chǎn)調(diào)度中心。主要由服務(wù)器，工程師站，操作員站，視頻工作站，中央控制顯示屏，通訊網(wǎng)絡(luò)等組成(見圖3)。

3.2 數(shù)據(jù)的采集處理與聯(lián)網(wǎng)控制

熱力站的數(shù)據(jù)采集是由PLC控制器通過I/O信號(hào)線與現(xiàn)場(chǎng)總線連接溫度、壓力流量、液位傳感器以及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻柜等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集并傳輸。各熱力站與集中控制中心的連接是采用ADSL-VPN的通訊方式，控制中心和各熱力站分別對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址，用于自控?cái)?shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。

通過控制中心的服務(wù)器可以實(shí)時(shí)查看各熱力站的運(yùn)行參數(shù)，包括一、二次網(wǎng)的供回水溫度、壓力、流量以及泵的狀態(tài)、變頻器的狀態(tài)、電動(dòng)閥的開度、水箱液位等數(shù)據(jù)并能記錄生成報(bào)表。在運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)的分析處理給出控制指令，控制熱力站的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)節(jié)站內(nèi)的運(yùn)行工況。

3.3 設(shè)定系統(tǒng)的報(bào)警參數(shù)

在控制中心的上位機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置運(yùn)行參數(shù)的報(bào)警值，根據(jù)每個(gè)熱力站的實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)定一、二次網(wǎng)的供回水溫度、壓力、流量的大小以及循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài)、補(bǔ)水泵的啟停狀態(tài)、水箱液位高低等的報(bào)警值，一旦出現(xiàn)熱力站的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)超出或低于報(bào)警值就發(fā)出警報(bào)，提醒值班人員熱力站出現(xiàn)故障了，及時(shí)作出處理。

3.4 實(shí)現(xiàn)熱力站遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人值守

熱力站自控系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)傳送到集中控制中心的上位系統(tǒng)，在上位機(jī)系統(tǒng)中建立每個(gè)熱力站的數(shù)據(jù)庫并對(duì)數(shù)據(jù)分類、存儲(chǔ)和管理，通過計(jì)算機(jī)查看站內(nèi)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)包括一、二次網(wǎng)的供回水溫度、壓力、流量以及泵的狀態(tài)、變頻器的狀態(tài)、電動(dòng)閥的開度、水箱液位等，同時(shí)還能提供圖表顯示，數(shù)據(jù)查詢，報(bào)表打印，故障報(bào)警和調(diào)控操作等功能。

在集中控制中心的值班人員通過中央控制顯示屏可以隨時(shí)查看每個(gè)熱力站的運(yùn)行狀況，并能在操作員站上下達(dá)調(diào)控指令，調(diào)節(jié)站內(nèi)的運(yùn)行工況。當(dāng)熱力站出現(xiàn)運(yùn)行報(bào)警或故障報(bào)警時(shí)，值班人員可以在上位機(jī)系統(tǒng)迅速查看運(yùn)行數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像做出事故預(yù)判，下達(dá)調(diào)度指令或及時(shí)通知巡站人員到現(xiàn)場(chǎng)處理故障，恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

通過對(duì)傳統(tǒng)熱力站設(shè)備的升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了熱力站的自動(dòng)化控制和無人值守。自動(dòng)化控制技術(shù)提高了整個(gè)熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)控制精度和供熱效果，做到按需供熱節(jié)能減排，讓有限的熱源均衡地分配到每個(gè)熱力站，減少了熱力站之間冷熱不均的現(xiàn)象，同時(shí)熱力站的無人值守又減少了運(yùn)行人員的使用，節(jié)約了熱力企業(yè)的人力成本。

[1] 王亦昭,劉 雄.供熱工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 王華忠.監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3] 剌慧東.變頻器及PLC系統(tǒng)在熱力站控制中的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代，2008(10)：130-131.

Discussion on how to realize unattended operation of thermal station

Yang Liyong

(Taiyuan Heating Power Company, Taiyuan 030001, China)

This paper introduced traditional thermal station system, from increasing automatic control system equipment, realizing the automatic control of heating station, increasing monitoring security protection equipment three aspects, discussed the specific measures of thermal power station system automation upgrading, to achieve the automation control and unattended operation of thermal power station, so as to save the manpower cost of heating enterprises.

thermal power station, unattended operation, automatic control system, circulation pump

1009-6825(2017)16-0134-02

2017-03-21

楊利勇(1983- )，男，工程師

TU995

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