無人值守?zé)崃φ炯叭W(wǎng)平衡自控系統(tǒng)

甄 龍

(太原市熱力集團有限責(zé)任公司第四供熱分公司,山西 太原 030006)

隨著百姓的生活水平日益提高，對身心健康更加重視，同時人們對環(huán)境的要求一步步的提高。所以近年來多地大力提倡城市集中供熱，改變以前由企業(yè)、小區(qū)各自供熱，各自建立燃煤鍋爐，給社會環(huán)境造成了大量環(huán)境污染，在郊區(qū)建立多個熱電聯(lián)產(chǎn)項目或者多個熱源廠為城市提供熱源，城區(qū)內(nèi)各小區(qū)企業(yè)建造熱力站，取代燃煤鍋爐。這種做法可以大量消減燃煤鍋爐對社會環(huán)境造成的污染，同時也節(jié)省了能源。

科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，特別是計算機大量使用和通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，自控技術(shù)也得到了大量的使用，在能源緊張的現(xiàn)在，既要滿足熱用戶對供熱質(zhì)量的要求，也要降低生產(chǎn)成本節(jié)約能源。所以，目前我們熱力公司都使用自控設(shè)備同時配合無人值守?zé)崃φ荆捎么笃瑓^(qū)全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，來提高能源利用率和企業(yè)管理水平，最終提高供熱質(zhì)量。

1 控制目的

全面實時了解熱力系統(tǒng)運行狀態(tài)和工況。保障熱力系統(tǒng)的運行狀態(tài)穩(wěn)定，對熱力管網(wǎng)的熱力工況、水力工況和熱力站運行狀態(tài)進行全自動調(diào)節(jié)，消除大片區(qū)熱力站之間的相互影響，消除熱力系統(tǒng)水力平衡失調(diào)，保障全網(wǎng)平衡供熱。

滿足用戶必須的采暖要求的目標(biāo)下，力求減少總供熱量，從而減小總熱量，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

高效穩(wěn)定地進行熱力系統(tǒng)運行和設(shè)備維護管理。及時發(fā)現(xiàn)上報處理熱力系統(tǒng)熱力站出現(xiàn)的問題故障，做到早發(fā)現(xiàn)，早處理。

為熱力管網(wǎng)經(jīng)濟節(jié)能運行提供分析基礎(chǔ)以及依據(jù)。分析歷史數(shù)據(jù)，在本年的11月至次年的3月的供熱期結(jié)束后與歷史數(shù)據(jù)進行分析比較，查出主要熱量電能損耗來源，為今后的節(jié)能減排提供依據(jù)。

2 自動控制系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)

1)熱力站自控設(shè)備。包括一二次網(wǎng)溫度變送器和壓力變送器，一次網(wǎng)流量計或熱量表，一次網(wǎng)調(diào)節(jié)閥或者變頻泵，二次網(wǎng)補水控制設(shè)備，二次網(wǎng)變頻泵控制系統(tǒng)。

2)總站系統(tǒng)。兩臺服務(wù)器(相互冗余)，多臺客戶端電腦，全網(wǎng)平衡軟件和組態(tài)軟件。

3)局域網(wǎng)絡(luò)。有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。

3 自動控制

3.1 數(shù)據(jù)采集

在總站建立一個監(jiān)控中心，總站和各個熱力站的采用的VPN專線方式或者無線傳輸方式進行數(shù)據(jù)的通訊，將熱力站數(shù)據(jù)采集，并實時傳回總站。要達(dá)到自動控制首先要了解當(dāng)前系統(tǒng)的運行狀況，所以數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)。

單個供熱系統(tǒng)的參數(shù)不多，但大量單個系統(tǒng)換熱站組成的熱力站大系統(tǒng)，數(shù)據(jù)量卻很大，并且整個大系統(tǒng)的各項數(shù)據(jù)變化不是很快，所以對PLC等傳輸設(shè)備的要求為：

通訊功能，開放的通訊接口，接受總站的訪問、控制；各項數(shù)據(jù)必須穩(wěn)定可靠，采集頻率不需要太快；閥門開度、流量、溫度、壓力等信號的采集功能；控制方式就地與遠(yuǎn)程的切換功能；有簡單分析計算功能，比如計算供水回水溫差壓差、瞬時熱量流量等；參數(shù)設(shè)定功能，可接受總站的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，也可接受就地觸摸屏的參數(shù)設(shè)定；有少量的數(shù)據(jù)存儲能力，傳輸給遠(yuǎn)程的監(jiān)控室組態(tài)軟件和全網(wǎng)平衡軟件；連接全網(wǎng)平衡自動控制功能，根據(jù)總站下達(dá)的各站控制目標(biāo)實現(xiàn)自動控制，調(diào)節(jié)熱力站一次管網(wǎng)的水流量，通過控制電動調(diào)節(jié)閥或變頻泵實現(xiàn)，從而控制二次網(wǎng)的供/回水溫度；獨立自動控制功能，在網(wǎng)絡(luò)中斷或者要求本地控制情況下，運行人員可以通過現(xiàn)場觸摸屏設(shè)定參數(shù)，熱力站可以獨立完成控制任務(wù)；人工控制功能，工作人員通過對就地自控柜直接設(shè)定，改變電動控制閥門開度或回水加壓變頻泵的頻率，從而改變熱力站一次網(wǎng)水流流量或者一次網(wǎng)循環(huán)泵的赫茲數(shù)。

3.2 遠(yuǎn)程通訊

通訊網(wǎng)絡(luò)是整個監(jiān)控系統(tǒng)的紐帶，肩負(fù)著各熱力站與總控室的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控系統(tǒng)采用的通訊方式有很多種不同方式，應(yīng)依據(jù)工程的情況，決定采取哪種通訊方式。

通訊方式可以分為：寬帶網(wǎng)、VPN專線和GPRS網(wǎng)。我們采用VPN專線，其特點：

1)敷設(shè)專用通訊光纜，傳輸速度快，傳輸數(shù)據(jù)量大。

2)系統(tǒng)具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為無人值守?zé)崃φ咎峁┚W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

3)與傳統(tǒng)的廣域網(wǎng)比，虛擬VPN專用網(wǎng)絡(luò)能夠減少運營成本及降低企業(yè)用戶的連接成本。

4)和互聯(lián)網(wǎng)隔絕，降低了外部網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險。

3.3 溫度控制

要使住戶家里溫度更加合適，必須保證熱力站供出的熱量足夠才能使室溫達(dá)標(biāo)，所以就需要根據(jù)不同的實際情況(比如節(jié)能建筑，非節(jié)能建筑，地暖，掛暖等其他實際情況)對熱力站的二次供水/回水溫度進行控制。控制形式可以有多種：如根據(jù)不同時間段調(diào)節(jié)、根據(jù)工作經(jīng)驗調(diào)節(jié)、根據(jù)恒定溫度調(diào)節(jié)三種。

1)根據(jù)不同時間段調(diào)節(jié)。

在不同的時間段(比如白天和晚上，前半夜和后半夜，初寒期嚴(yán)寒期與末寒期)設(shè)定不同的二次網(wǎng)供水溫度/回水溫度，這種控制方式能在不同的時間段設(shè)定供水溫度/回水溫度。

2)根據(jù)工作經(jīng)驗調(diào)節(jié)。

根據(jù)前期積累經(jīng)驗，初步預(yù)估在不同的室外溫度條件下，大概需多少的二次網(wǎng)供水溫度/回水溫度，多少流量，再根據(jù)實際情況來進行偏差調(diào)節(jié)。

3)根據(jù)恒定溫度調(diào)節(jié)。

可以設(shè)定熱力站二次網(wǎng)供水溫度/回水溫度值。自動控制系統(tǒng)通過檢測室外溫度、二次網(wǎng)回水溫度/供水溫度、二次網(wǎng)循環(huán)泵赫茲數(shù)、二次網(wǎng)回水壓力/供水壓力，自動調(diào)節(jié)一次網(wǎng)的電動調(diào)節(jié)閥門的開度(或者一次網(wǎng)變頻泵的赫茲數(shù))和二次網(wǎng)循環(huán)泵赫茲數(shù)，改變一次網(wǎng)流量、二次網(wǎng)溫差還有二次網(wǎng)壓差，達(dá)到對二次網(wǎng)所要求得供水溫度/回水溫度，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對熱力站的調(diào)節(jié)。

4 組態(tài)軟件

采用SCADA作為上位機的組態(tài)軟件，可以通過畫面編輯器實現(xiàn)繪制現(xiàn)場設(shè)備流程圖繪制，然后建立動畫連接，賦予一定的動畫效果，可以實時地反映現(xiàn)場的情況。SCADA通過對熱力站PLC讀取，采集熱力站設(shè)備的運行情況，進行遠(yuǎn)程控制以及監(jiān)視，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、參數(shù)調(diào)節(jié)以及溫度壓力報警等功能。

5 全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)

全網(wǎng)平衡軟件主要有：全網(wǎng)平衡功能、控制方式選擇功能、一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥或一次網(wǎng)回水加壓泵、二次網(wǎng)變頻循環(huán)泵的控制(頻率、溫度、流量)、一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥或加壓泵的時間表控制模式、平衡控制效果的評定、熱負(fù)荷評估、橫向數(shù)據(jù)分析功能、設(shè)備手動設(shè)定值給定、電動調(diào)節(jié)閥的閥位自動跟蹤功能、多種數(shù)據(jù)分析功能、歷史曲線功能、基礎(chǔ)供熱參數(shù)修改等。

全網(wǎng)平衡軟件要采集“熱力站內(nèi)的一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥的給定和反饋值或者回水加壓泵的頻率”“熱源的流量、壓力、溫度”“二次網(wǎng)供水溫度”“二次網(wǎng)回水溫度”等參數(shù)，還包括熱力管網(wǎng)的其他信息通過后臺配置文件進行輸入。通常采集數(shù)據(jù)的方式有兩種：在數(shù)據(jù)量較大時，多采用網(wǎng)關(guān)機直接采集熱力站數(shù)據(jù)，全網(wǎng)平衡軟件讀取網(wǎng)關(guān)機，這樣可以減少PLC和服務(wù)器之間的通訊負(fù)擔(dān)；還可以通過OPC方式從組態(tài)軟件中獲得有關(guān)數(shù)據(jù)。全網(wǎng)平衡軟件依據(jù)得到的數(shù)據(jù)，采用特殊的規(guī)定的計算方法結(jié)合PID控制，調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度大小(變頻流量泵的頻率大小)，還有二次網(wǎng)變頻循環(huán)泵的赫茲數(shù)。目的是縮小熱力管網(wǎng)的水力失調(diào)度，實現(xiàn)全網(wǎng)平衡供熱的目標(biāo)。

另外，PLC和變頻器進行通訊，讀取和設(shè)定變頻器的參數(shù)如:變頻器的工作狀態(tài)、變頻器的工作頻率、變頻器的故障和變頻器的報警等，以便了解循環(huán)泵電機的運行情況。

6 報警管理

熱力站的組態(tài)軟件具備報警管理功能，每條報警信息都包括報熱力站站名、時間、事項及報警值等信息，組態(tài)軟件對過去的報警可以按熱力站、按時間、事項進行查詢。

7 結(jié)論

熱力站自控系統(tǒng)、SCADA組態(tài)軟件還有全網(wǎng)平衡軟件配合一起使用，提高了供熱質(zhì)量，實現(xiàn)了對熱力站的遠(yuǎn)程監(jiān)控以及自動控制。在保證了熱用戶供熱要求的目標(biāo)下，減少人工、水耗、電能還有熱量損耗。運行工作人員也可以時刻了解各個熱力站工作狀態(tài)和熱力站運行數(shù)據(jù)，提升了整個熱力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和管理水平，為熱力系統(tǒng)的運行管理提供一個良好的技術(shù)支持，提高公司經(jīng)濟效益和精細(xì)化管理水平。