集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)電氣自動(dòng)化控制研究

史建金

摘 要：集中供熱是城市建設(shè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隨著我國(guó)供熱規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，人們對(duì)供熱質(zhì)量提出了更高的要求，發(fā)展有效的熱網(wǎng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，采用優(yōu)化的控制策略，減少供熱運(yùn)行各項(xiàng)損耗，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與穩(wěn)定供熱的目標(biāo)，已成為供熱企業(yè)改革發(fā)展的主要方向。為進(jìn)一步增強(qiáng)集中供熱的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效運(yùn)作，本文在充分了解集中供熱系統(tǒng)的同時(shí)，對(duì)集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制要點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合案例，針對(duì)不同用戶(hù)提出不同的控制策略，以期達(dá)到節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：集中供熱系統(tǒng);電氣自動(dòng)化;熱網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76;TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）25-0124-03

Research on Electrical Automation Control of Heat Network

in Central Heating System

SHI Jianjin

（Xinxiang Heating Management Office，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： Central heating is an important infrastructure for urban construction and development. With the continuous expansion of heating scale in China， people put forward higher requirements on heating quality. It has become the direction of reform and development of heating enterprises to develop effective electrical automation system of heating network， adopt optimized control strategy， reduce various losses of heating operation， and achieve the goal of economic operation and stable heating. In order to further enhance the application effect of central heating and realize energy saving and efficient operation， this paper， while fully understanding the central heating system， analyzed the key points of automatic control of heat network electrical in the central heating system， and proposed different control strategies for different users in combination with cases， in order to achieve energy saving effect.

Keywords： central heating system;electrical automation;heat supply network

1 集中供熱系統(tǒng)概述

集中供熱系統(tǒng)較為復(fù)雜，且具有大延時(shí)、時(shí)變性的特征，在滿(mǎn)足按需供熱的前提下，還要做到管網(wǎng)水力、熱力平衡。隨著集中供熱規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)于供熱系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外大量專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了深入研究。當(dāng)前，在我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展中，集中供熱已成為重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城鎮(zhèn)公用事業(yè)的主要構(gòu)成內(nèi)容。集中供熱系統(tǒng)主要包括熱源、熱網(wǎng)、熱用戶(hù)三大部分[1]，這三者的具體特點(diǎn)如表1所示。

集中供熱系統(tǒng)是通過(guò)換熱站按照一定運(yùn)行方式將溫度較高的熱水進(jìn)行“水—水”熱交換，隨后利用供熱管道將熱量供應(yīng)給熱用戶(hù)，從而達(dá)到供熱的目的。

2 集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制要點(diǎn)

2.1 電氣自動(dòng)化控制設(shè)備

集中供熱環(huán)節(jié)，供熱系統(tǒng)應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)熱網(wǎng)熱力參數(shù)，如熱網(wǎng)流量、熱網(wǎng)內(nèi)壓、熱網(wǎng)溫度等。在該過(guò)程中，合理控制熱網(wǎng)熱力參數(shù)極為關(guān)鍵，其離不開(kāi)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的支持與合理使用。目前，常見(jiàn)的熱網(wǎng)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備包括傳感器、電動(dòng)閥、變頻器和中央處理器等。其中最重要的控制設(shè)備為中央處理器。為此，必須全面、準(zhǔn)確了解中央處理器的操作特點(diǎn)，以第一時(shí)間獲取準(zhǔn)確的熱網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)信號(hào)動(dòng)態(tài)變化實(shí)時(shí)控制熱網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。此外，變頻器在熱網(wǎng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中也尤為重要，是輸入、輸出數(shù)據(jù)的主要設(shè)備，并能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)切換電機(jī)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，變頻系統(tǒng)還能對(duì)電源電路及電壓起到保護(hù)作用，保證熱網(wǎng)系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2.2 電氣自動(dòng)化控制過(guò)程

變頻器可以實(shí)現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水泵控制。按照熱網(wǎng)系統(tǒng)壓力變化情況，變頻器能夠獲取系統(tǒng)內(nèi)的各類(lèi)信息數(shù)據(jù)，并及時(shí)整理、匯總此類(lèi)信息，隨后向現(xiàn)場(chǎng)控制器傳送相關(guān)信息。根據(jù)信息類(lèi)型，現(xiàn)場(chǎng)控制器可發(fā)出相應(yīng)的指令，在接收到指令后，變頻器可依照指令對(duì)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速加以控制，且在二次循環(huán)中固定流量、壓力，確保熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)自如、流暢。

在熱網(wǎng)電氣自動(dòng)化中，溫度傳感器也是一項(xiàng)必不可少的設(shè)備，能采集、匯總、整理室內(nèi)外溫度及供水溫度，且能把信息及時(shí)傳遞給現(xiàn)場(chǎng)控制器，在分析處理數(shù)據(jù)后，現(xiàn)場(chǎng)控制器可進(jìn)行二次循環(huán)水溫計(jì)算，按照計(jì)算所得結(jié)果對(duì)溫度電氣自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥發(fā)出指令，調(diào)節(jié)閥接收到指令之后，可根據(jù)指令展開(kāi)工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)二次循環(huán)水溫的控制。

2.3 電氣自動(dòng)化控制軟件

熱網(wǎng)系統(tǒng)控制多通過(guò)集中供熱系統(tǒng)內(nèi)的自動(dòng)控制軟件完成，從而確保熱網(wǎng)溫度的均衡性。因此，對(duì)熱網(wǎng)電氣自動(dòng)化控制來(lái)說(shuō)，自動(dòng)控制軟件的應(yīng)用非常重要。溫度、熱量等信息通過(guò)熱網(wǎng)系統(tǒng)向自動(dòng)控制軟件傳輸，自動(dòng)控制軟件接收到信息后可及時(shí)處理、保存此類(lèi)信息，并做好系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)控制工作。隨后，依照水溫調(diào)節(jié)情況，自動(dòng)控制軟件下達(dá)指令，從而穩(wěn)定水溫。除此之外，遠(yuǎn)距離控制也可通過(guò)自動(dòng)控制軟件完成，從而加大數(shù)據(jù)傳輸力度，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理;同時(shí)，還能實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)設(shè)備，確保熱網(wǎng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行。通過(guò)遠(yuǎn)距離操作控制，也能提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的靈活性，降低人工、材料、設(shè)備投入成本，實(shí)現(xiàn)供熱成本最小化。

2.4 電氣自動(dòng)化多平臺(tái)控制

一般可采用多平臺(tái)控制方式進(jìn)行集中供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)電氣自動(dòng)化控制，如ADSL、CDMA、通信平臺(tái)等。同時(shí)，熱網(wǎng)GIS系統(tǒng)應(yīng)用較多，在城市的規(guī)模及集中供熱范圍逐步擴(kuò)大，對(duì)供熱管網(wǎng)建設(shè)提出的要求越來(lái)越高。基于GIS的熱網(wǎng)地理信息系統(tǒng)能提供更詳細(xì)、更準(zhǔn)確的供熱管線(xiàn)資料，并能實(shí)現(xiàn)如表2所示的功能。

除此之外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，在電氣自動(dòng)化多平臺(tái)控制中要積極、主動(dòng)地融入大量先進(jìn)的技術(shù)，建設(shè)現(xiàn)代化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能控制，更好地推進(jìn)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展。

3 案例分析

為達(dá)到提升供熱系統(tǒng)供暖效果及熱源節(jié)能高效統(tǒng)一的優(yōu)化效果，決定針對(duì)不同用戶(hù)提出不同的控制策略。

3.1 用戶(hù)類(lèi)型分析

整體來(lái)說(shuō)，供熱管網(wǎng)較為復(fù)雜，且熱用戶(hù)類(lèi)型繁多。為實(shí)現(xiàn)合理供熱，達(dá)到節(jié)能優(yōu)化的目的，決定針對(duì)不同用戶(hù)實(shí)施不同的控制策略，但應(yīng)全面考慮整個(gè)管網(wǎng)水平衡問(wèn)題。各種用戶(hù)的情況具有如下特點(diǎn)。

①企事業(yè)單位：此類(lèi)部門(mén)供熱多集中于白天，夜間無(wú)需供熱或供熱量較小，如政府機(jī)關(guān)、企業(yè)、事業(yè)單位等。

②公共單位：公共單位一般均需全天供熱，如醫(yī)院、學(xué)校宿舍等。

③普通用戶(hù)：在所有熱用戶(hù)中，此類(lèi)群體占有量最高、人數(shù)最多、情況最復(fù)雜，主要包括住宅小區(qū)、公寓等。

負(fù)荷系統(tǒng)類(lèi)型不同，則供熱效果也不盡相同。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，必須優(yōu)化控制策略。本文以340座換熱站為研究對(duì)象，表3是針對(duì)不同用戶(hù)提出的適應(yīng)性控制策略。

通過(guò)本地自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)供熱調(diào)節(jié)的目的，待設(shè)定控制目標(biāo)值之后，以時(shí)間作為本地自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要跟蹤變量，以控制目標(biāo)值為被控參數(shù)，按照實(shí)際監(jiān)測(cè)的控制目標(biāo)值改變一次側(cè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)PID調(diào)節(jié)，并按照設(shè)定目標(biāo)參數(shù)實(shí)現(xiàn)換熱站正常運(yùn)行。本文在綜合考慮不同負(fù)荷類(lèi)型系統(tǒng)與不同控制策略的基礎(chǔ)上，對(duì)管網(wǎng)控制效果進(jìn)行深入分析。

3.2 不同用戶(hù)控制策略分析

3.2.1 企事業(yè)單位、辦公用戶(hù)。熱用戶(hù)不同，則供熱需求也不同。對(duì)于企事業(yè)單位，其周末、晚上基本無(wú)需供熱，僅對(duì)工作日的白天采取控制措施即可。應(yīng)在白天供給充足的熱量，而在其他時(shí)間段減少供熱，以防供暖管路凍結(jié)。因此，利用分時(shí)段恒二次供水溫度控制即可。據(jù)相關(guān)研究表明，采取此類(lèi)控制策略后，可達(dá)到明顯的節(jié)能效果。

3.2.2 醫(yī)院、敬老院等特殊單位。醫(yī)院、敬老院等都屬于需熱單位，可通過(guò)恒二次供水溫度控制算法，在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)充分考慮二次回水溫度的監(jiān)測(cè)矯正情況，從而實(shí)現(xiàn)良好的供暖效果。本文以某醫(yī)院換熱站為例進(jìn)行分析。在供熱管網(wǎng)內(nèi)換熱站處于前端，在供熱過(guò)程中可確保熱量、流量充足。

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究分析，此醫(yī)院于2016年1月下旬開(kāi)始采用恒二次供水溫度控制策略，51℃為目標(biāo)溫度。通過(guò)分析流量曲線(xiàn)可知，選擇恒二次網(wǎng)供水溫度之后，換熱站二次供水溫度控制較好，保持在50.7～51.3℃，且一次回水溫度、二次供回水溫度波動(dòng)較小，基本穩(wěn)定。耗熱量也從原有的3.40GJ/d降到3.19GJ/d，降率為6%。

3.2.3 普通用戶(hù)。對(duì)大多數(shù)用戶(hù)來(lái)講，通過(guò)氣候補(bǔ)償控制二次供水溫度或氣候補(bǔ)償控制二次供回水平均溫度的策略最為有利，且節(jié)能效果最為明顯。分析采集的數(shù)據(jù)可知，二次回水溫度控制采用氣候補(bǔ)償控制策略，流量具有較大波動(dòng)，耗熱量由原來(lái)的9.02GJ/d降至8.21GJ/d，降率為9%，節(jié)能效果顯著。可見(jiàn)，通過(guò)這種控制策略，在保證供暖效果不變的情況下，還具備節(jié)能作用。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)供熱始終按照“大流量、小溫差”的運(yùn)行模式，這種模式時(shí)常會(huì)出現(xiàn)熱用戶(hù)室內(nèi)溫度冷熱不均現(xiàn)象，甚至部分熱用戶(hù)室內(nèi)溫度達(dá)不到規(guī)定溫度。針對(duì)這種弊端，應(yīng)及時(shí)改進(jìn)傳統(tǒng)的供熱模式。通過(guò)優(yōu)化控制算法、調(diào)整供熱參數(shù)，并利用熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提升供熱品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張浩.集中供熱自動(dòng)化系統(tǒng)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2015（2）：127-128，142.