論自控技術在集中供熱工程中的應用

邢華治

（建投河北熱力有限公司，河北 石家莊 050000）

城市集中供暖在城市現代化改造的過程中成為了一項重點項目，因為以前的供暖方式不僅供暖效果較差，并且會造成大量的資源浪費和環境污染。但是傳統的集中供熱控制系統有大量的熱能資源因為控制精度和時時性難以保證而被浪費，這對于我們日益緊張的能源問題和不斷加重的環境污染來說非常棘手。為了解決集中供暖存在的這種資源浪費問題，我們要將自動控制技術應用在集中供暖環節中，它不僅能夠提升控制的精確性和可靠性，而且能夠大大解放人力資源，使控制效果更加高效。隨著現在物聯網技術的普及，傳統的自動控制性能也得到了極大的改善，我們可以借助云計算和物聯網來改善城市集中供暖控制系統的效率，使得城市集中供暖能夠更加高效和節能。

1 集中供暖自控系統的構成

1.1 上位系統

上位機被設置在熱力公司生產調度室，它主要由計算機組成，并且計算機在整個系統中負責對傳感器獲得的信息進行計算和處理，并且通過人工的控制實現對下位機指令的下達。上位機要想對下位機進行控制需要各類總線進行連接，這樣能夠實現控制系統中的通信，時時的信息傳輸和處理是實現溫度和供熱系統控制的關鍵。現在的上位機系統還可以時時的對下位機的工作情況進行監督，一旦發生設備故障可以及時的進行診斷和處理，保證了供暖系統的時效性。

1.2 網絡傳輸系統

網絡傳輸系統是基于物聯網控制系統中的信息傳輸通道，依靠強大的網絡設施和云計算技術，對執行端采集的數據進行分析和存儲。并且通過網絡尋址的方式將這些信息傳輸給決策機構。在這個過程中，充分發揮云計算對大數據進行快速處理的能力和互聯網的數據傳輸能力，能夠使采集到的大量數據得到有效的處理。通過這種方式，我們能夠對集中供暖系統中的各個模塊信息進行及時的感知。

1.3 執行反饋系統

執行反饋系統主要由整個控制系統的執行機構和傳感器組成，該子系統主要分布在集中供暖系統的用戶設備端，通過相關的執行機構和傳感器的配合，能夠將用戶端的供暖情況和設備情況及時的傳輸出去。并且當上位系統做出相關的決策后，執行反饋系統還會通過傳感器感知執行器的效果，并將結果進行反饋，一旦發現執行效果不夠理想，決策機構就會通過反饋情況進一步采取措施，直到用戶端的供暖情況達到預期要求為止。

2 集中供暖控制系統中存在的問題

集中供暖控制系統提高了供暖的效率，并且相比較以往的通過人工和非電氣化化設備的檢測形式，已經有了很大的提升，不僅能夠使得城市供暖系統更加方便和高效，而且在自動化控制的幫助下能夠實現更大范圍的集中供暖。但是，現在的集中供暖控制系統中仍然存在著一些問題，比如熱能的浪費和對供暖系統設備的監控不足等，這些問題影響了城市集中供暖效率的進一步提升。

2.1 熱能浪費問題依然存在

熱能的浪費現象在現在城市集中供熱系統中是非常棘手的問題，針對這些問題我們也進行了長時間的改善。首先，便是針對鍋爐的能耗進行改進，采用更先進和低功耗的鍋爐作為熱源，并且在能耗方面通過自動控制系統進一步優化，使鍋爐能耗得到了降低。其次，便是對供暖管道的保溫改善，單純的供暖管道在經過長距離的輸送過程中會損耗大量的熱能，所以需要對管道外部施加保溫層，更換保溫材料，獲得更好的保溫效果。但是在正常的供暖過程中，仍然存在著熱能的浪費現象，最主要的原因便是溫度控制不夠合理。比如當供暖溫度過高時，居民房內的溫度也是不適合的，所以這時就要進行開窗通風，這樣就會使得大量的熱能浪費。所以控制好供熱溫度，是解決現在熱能浪費問題的關鍵。根據相關的統計，因為供熱溫度不穩定造成的熱量浪費量就接近供熱總量的10%，這對于集中供暖來說是極大的浪費。

2.2 集中供暖系統中的設備和監控存在不足

城市集中供暖過程中還存在一個問題，即對供暖設備的監控不足。尤其是供暖管道和居民生活供暖設備的監控。在許多的小區中，有些供暖設備存在老化的現象比較嚴重，并且在功能上也出現了退化，這些設備在使用的過程中往往存在著一定的隱患，很可能出現管道的破裂。而功能退化的設備在供熱的過程中效率會大大降低，進一步降低了集中供暖的效率。尤其是一些地區人口在不斷增加，城市供暖需求也在不斷增大，為了實現更大范圍的供暖，就需要增加管道壓力。而老化的設備在這種情況下可能會出現集中的損壞現象，對于集中供暖將會帶來較大的麻煩，同時也會產生大量的浪費現象。根據我們對一些小區的調查發現，現在超過90%的供熱故障都是因為設備老化導致的，并且這種故障會給供熱帶來各種問題，使供熱中斷。所以，要想解決供熱設備老化的問題就需要加大對設備的監督力度，防止出現設備損壞的問題。

3 集中供暖系統的改進建議

3.1 根據室外溫度控制供熱量

在供熱過程中，供熱溫度在不斷變化，因為天氣溫度的變化勢必會影響到供熱溫度的高低。所以我們在進行供熱控制的過程中應該根據外界的溫度變化來改變鍋爐溫度。這就需要在控制系統中加入相關的隨動控制方案，通過檢測外界溫度自動調整鍋爐本身的溫度。但是，我們都知道供熱系統是一個大遲滯系統，鍋爐溫度的改變與用戶家庭溫度的改變之間需要一定的時間延遲。所以我們在進行溫度控制時應該根據供熱區域的溫度變化規律進行提前的溫度調節。在熱源供熱鍋爐運行熱效率方面，國家先進水平標準為80%～85%，而我國供熱系統僅達到65%～70%，低于先進標準近20個百分點。如果能夠根據室外的溫度對供熱溫度進行控制，我們可以大大節約供熱能源，并且在供熱的過程中能夠使鍋爐溫度更加穩定，我們的能源損耗也會大大降低。而通過感知外界的溫度來控制供熱溫度的方式，能夠將供熱效率提高到80%。

3.2 多臺鍋爐熱負荷協調工作

城市集中供熱系統中往往是多臺鍋爐共同工作的，在這個過程中我們如果能夠合理安排鍋爐的出功量就能夠更好的協調他們之間的工作，這樣能夠減小對能源的消耗，提高供熱效率，而采用控制鍋爐出水溫度的方案時很難達到這種效果。因此在控制系統中我們可以根據每臺鍋爐的運行工況和熱效率以增量的方式進行熱負荷的增減，實現多臺鍋爐之間熱負荷的分配和協調控制。但是多臺鍋爐的協調配合并不是非常容易的，而我們通過互聯網和云計算系統就能夠較為輕松的實現，當傳感器將溫度傳輸到決策機構后，我們可以通過云計算的形式得出最優方案，這里面包括最優發熱效率和最低能耗控制。將這些控制措施加入到集中供暖的控制系統中能夠極大的改善多鍋爐協調配合的問題，控制每臺鍋爐的發熱，使整體的發熱量能夠保證小區的供暖要求，并且又能夠保證每臺鍋爐的能源消耗達到最小值。

3.3 實現復雜情況下的最優供熱控制

在供熱過程中，鍋爐溫度是通過控制鍋爐進煤量和進氣量來控制的，但是由于多種因素的干擾，單純依靠這兩個量來控制是不可靠的。比如不同的煤質其熱值是不同的，如果按照以往的進煤量來控制那么會造成溫度的較大變動，所以我們控制鍋爐溫度時，應該將多種因素考慮在內。為了能夠更好的控制鍋爐溫度，我們可以實現進煤量的微調。同時除了檢測鍋爐溫度變化情況外，還要對鍋爐溫度變化率進行檢測。這樣當鍋爐變化率過大時說明溫度控制系統受到了外界干擾，可以對進煤量進行微量調整，抵消溫度變化率的變動。

4 結語

集中供暖系統是一個復雜性較高的城市基礎系統，而自動化控制技術的引入使城市供暖系統變得更加方便和高效，不僅能夠實現精確的控制，還能夠大大減少人力資源的浪費。通過引入現在控制系統中的成果，我們將會在節約能源和降低污染方面獲得更好的效果，集中供暖系統也將會變得更加高效。