集中供熱控制系統的應用

魏 斌

(太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030001)

0 引言

經濟條件的優化使得人們的生活水平得到提高，人們對生活環境的要求也逐漸提高。通過集中供熱可以在寒冷的冬季為居民創造舒適的生活環境，集中供熱系統已經成為了城市經濟和社會發展的重要設施，而建設現代化的城市集中供熱控制系統也是我國的一個長遠目標。如今，集中供熱控制系統正朝著節能、環保的方向發展。

1 集中供熱控制系統的現狀

集中供熱系統已經具有上百年的使用歷史，在這百年的歲月中其不斷發展、改進，在人們的生活中發揮了越來越重要的作用。目前采用的集中供熱方式是熱電聯產，即將發電廠運營產生的余熱作為熱源，利用熱網將熱廠與用戶聯系起來，實現二者的熱量交換。這種集中供熱方式具有許多優點，節約能源，減少碳排放，節省空間，改善城市環境。集中供熱系統良好的實用性使其被廣泛應用在一些冬季十分寒冷的地區，尤其是我國的北方地區。

集中供熱系統的發展歷史并不短，但中國的集中供熱系統與國外相比起步較晚，這使得中國的供熱技術與他國相比較為落后。改革開放的春風將國外的先進技術帶入了中國，我國的供熱技術及管理把握機遇，得到了快速的發展。多年的開發研究成就了現在中國的城市集中供熱控制系統。隨著城市化建設的不斷推進，城市集中供熱控制系統也不斷發展、改進，日趨完善，供熱系統的應用范圍將不斷擴大。一些大型城市資源豐富、人口數量龐大，對供熱需求大，在需求的促進下以及資源條件的支持下，部分大型城市已經開始采用多元化的供熱管理方式，切實提升供熱質量，以便更好的滿足相關需求。

盡管中國經濟和科技的發展進步促使集中供熱技術也不斷進步，但其目前的整體技術水平與發達程度相比仍存在一定的距離。我國的集中供熱控制系統目前存在的問題主要有管理力度不夠，沒有建立、采用合理的運營模式，熱量分配不均衡，而且能量利用率低等，這些存在的問題使得供熱質量受到影響，增加了供熱成本，同時還導致能源被浪費。為了促進集中供熱控制系統的進步、完善，必須探尋出科學有效的控制措施，解決這些問題。

2 集中供熱控制系統的組成、控制方案

集中供熱控制系統由熱源、熱網、熱用戶三部分組成，目前得到最廣泛應用的熱源是熱電廠余熱，利用燃料燃燒熱加熱水，通過熱網將水中的熱能輸送給熱用戶。熱力站是集中供熱控制系統的中樞，熱源產生的熱能以水為載體在一次供熱管網的作用下被輸送到熱力站，熱力站將熱量轉換至二次管網，其可以對二次管網的熱水流量進行有效的控制，并且以熱量存儲在水中的形式進行熱源與用戶之間的傳遞。此外，熱力站還能通過循環泵循環調節的優點和適用對象也存在差別。集中調節的優點是調節范圍大，便于實施和管理，熱負荷變化相同的用戶推薦使用軟化水。熱力站內部構造包括一次網供回水系統、二次網供回水系統、換熱系統。

集中供熱控制系統中熱水供熱系統的調節方式分為三種，即集中調節、局部調節、個別調節，這三種調節方式的調節地點不同，使用此種調節方式。集中供熱系統中的熱力站可實現熱水供熱系統的局部調節，局部調節適用于對熱能要求與其他不同的區域用戶。個別調節的優點是針對性的開展調節工作，其可以有效提高調節的效率，以更好的滿足用戶需求。

通過安裝在各個熱力站一次網回水上的電動調節閥來控制調節各熱力站的流量平衡可以有效解決熱力站之間的熱量爭食現象，避免出現熱源近端過熱、熱源末端過冷的問題。安裝在各個熱力站一次網及二次網上的溫度變送器可提供運行期(包括最冷時、最暖時)的一次網及二次網供水、回水溫度參數，由此可繪制在熱網輸送能力最大時一次熱網、二次熱網溫度與室外溫度的曲線關系圖。從而實現已知二次熱網供水溫度的條件下算出一次供水溫度設定值。通過室外的溫度靈活調整一次網的供水溫度，從而既保證了要求的供熱溫度又可達到節能的效果。若一次熱網供熱能力不足，或到達嚴寒期，則調節系統無法滿足設定值要求，即使將二次熱網閥門全開調節系統也不可能將相關參數調節到設定值，在這種情況下，熱力站會針對性的增設一次網回水加壓泵，通過加快循環提高流量，以保證熱源近端和熱源末端都具有熱量供應。

3 熱網控制系統、供熱監控系統的設計

3.1 熱網控制系統

智能控制是讓機器模擬人的思維控制系統，其優點是無需被控過程模型也可實現有效控制，能對不確定對象進行科學的控制，顯著增強了控制系統的抗干擾能力。智能控制適應性較強，較易建立簡單的語言變量控制規則。集中供熱智能控制系統在供熱體系中發揮了重要的檢測、調度、調節作用。熱網控制系統的主要組成包括一個熱網控制中心、N個PLC遠程終端站，以及相關通訊網絡。熱網控制系統的設計主要是對熱網控制中心和遠程終端站的設計。

首先，熱網控制中心的設計。熱網控制中心設有熱網控制系統的主控制服務器Sever，熱網控制中心的主要作用是統一調度整個熱網。熱網控制中心的調度內容如下：管理整個熱網的熱力平衡，管理水利平衡，根據熱力平衡及氣象預報調控熱源供熱量，實現全網平衡。熱網控制中心的基本硬件配置應具有兩臺高性能數據處理通訊服務器，一臺高性能視頻服務器，兩臺監控計算機，一臺計算機，一臺UPS電源(10 kVA，1 h)，一臺網絡交換機。其中，高性能數據處理通訊服務器和高性能視頻服務器的作用分別是與熱力站PLC和攝像機通訊。

其次，通過與電信運行商合作接通網絡來實現熱力站和調度中心的通信，并且能為熱網控制中心采集、分析各個遠程子站的過程數據，以預先設置的數學模型為依據計算出控制解決方案，為各個熱力站的操作提供指導，實現全網平衡。數據采集系統負責分析、查詢熱網工作參數(包括實時參數和歷史參數)，此系統的主要構成是總平面圖(顯示熱網整體運行監控數據)、數據總覽圖、各站工藝流程圖(顯示各遠程終端的實時參數)等界面。

最后，熱網控制中心的預測、規劃控制子系統的作用主要是根據氣象部門提供的天氣預報情況制定熱源供熱量配給計劃，而診斷、報警子系統的作用主要是保證熱網運行可靠性。如果熱網的主要運行參數超過設定值，或監控系統參數超出相關標準，診斷與報警子系統會報警。診斷與報警子系統可查詢歷史報警情況。熱網控制中心的核心軟件是分析與控制系統，該系統是熱網控制中心實現動態平衡管理的基礎。分析與控制系統的主要作用是分析、控制、管理熱網中各個熱力站的平衡情況。

3.2 供熱監控系統

供熱監控系統的設計應遵循的原則主要是操作簡單明了，運行流暢，報警信號明顯、辨識度高。供熱監控系統操作和界面應盡量設計成簡單明了的形式，同時還需符合大部分人使用電腦的習慣，以便于操作人員的使用，減少操作人員學習壓力和學習實踐，降低學習成本。為了加快操作速度，監控系統應具有運行流暢的性質。此外，為了便于操作人員的操作和辨認，在監控系統中報警信號應設置在明顯的位置，且具有較高的辨識度。

4 結語

城市化、現代化的發展趨勢使得我國的城市供熱模式趨向于集中供熱模式，集中供熱控制系統在我國的應用越來越普遍。因此，為了保證供熱系統的正常運行，優化供熱系統的經濟效益和社會效益，必須掌握各熱力站的實時信息和工作情況，對其進行合理的調整。