供熱系統的監測控制改造技術及應用

孫文虎

摘? 要：隨著我國城市建設規模的不斷擴大，城市居民數量不斷增加，對城市供熱系統的需求越來越高。在傳統模式下，城市供熱系統的監測大多數采用了人工調度與維護，極大地降低了城市供熱的質量與效益。基于此，該文首先闡述了城市集中供熱系統的發展，結合我國城市供熱系統監測的發展現狀，以某供熱系統監測控制體系為研究對象，對其進行控制技術的改造。結果表明，改造后的供熱系統監測控制技術具有良好的社會與經濟效益。

關鍵詞：供熱系統;監測控制;技術改造

中圖分類號：TU995? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

目前，我國城市供熱系統的連接方式主要有直供、間供、混供3種，這3種連接方式所應用的供熱控制方式也不相同。因此，結合城市供熱系統，根據民眾的需求，對城市供熱系統的監測控制改造技術及應用進行探討，具有重要的實用意義。

1 城市集中供熱系統發展過程

自供熱系統被引入國內后，城市集中供熱已經在我國發展了近70年。資料顯示，截至2015年，我國市政系統集中的供熱面積已經超過60億m2[1]。城市供熱網路的連接方式也由最初的小范圍內直連，發展到如今的大環網形式的間接連接，可以說隨著城市供熱系統的不斷完善，我國的城市集中供熱系統有了極大發展。現如今，城市居民室內溫度大面積采集成為常態。城市居民數量不斷增加，使得熱能供應成為促進城市發展的助力，而集中供熱顯然成為當下城市供熱手段的主流。目前，我國城市集中供熱系統的應用依然存在巨大的進步空間，尤其是城市集中供熱的效率與質量存在一系列亟待解決的問題，而自動化技術、智能人工技術、無線傳感技術以及物聯網技術的大發展，為城市集中供熱系統的自動化、智能化發展提供了強有力的技術支撐。我國集中供熱面積發展情況如圖1所示。

2 供熱系統的監測控制改造技術

2.1 整體結構

優化后的城市供熱網監控系統主要采用的是分布式監控系統，即設置為兩級監控，其中一級監控為MCC，二級監控為LCM，采用LCM控制器[2]。整個供熱網的監測系統均采用光纖通信，并將ADSL當做監測通信系統的備用通道。供熱網監測系統主要包括MCC、LCM和蒸汽用戶測量系統等，監測系統能夠實現對200余座的熱力站監控單元的連接，其中監控中心作為整個監測系統信息控制與交換的關鍵部分，使用的是800 xA工控系統，該系統能夠將監測操作、工作組態以及信息管理充分集成化，便于管理者使用，可以對供熱系統網進行動態監控，且該系統能夠根據用戶的需求，進行各種功能的擴展，具有獨立工作、報警迅速等優點。

2.2 智能監控系統方案設計

2.2.1 硬件設計

為了確保供熱的準確性，在一次管網、二次管網中分別設置溫度傳感器、溫度計和壓力傳感器等裝置。這些裝置主要通過現場控制柜中的PLC、數據采集器、變壓器、UPS以及DTU等設備實現PLC與監測系統各模塊的連接，觸摸屏通過RS-232串口與現場傳感器相連接，其中DTU主要與數據采集器、無線傳感器相連，以此來實現各控制項目信息數據的傳輸與交換。同樣，為了確保控制系統中循環泵、補水泵的高效運行，其均采用變頻器控制，通過控制電磁調節閥門實現對二次供水溫度的調節，并通過對變頻器的控制確保二次回水壓力與壓差值不變。

2.2.2 通信協議與程序設計

城市供熱組網的監控系統主要是通過PLC、MCC以及通信網絡構成。對于通信網絡來說，為確保其供網的穩定性，確定使用4G通信模塊DTU，即用戶通過撥號連接成功后，DTU將獲得1個內部IP地址，該IP地址為移動隨機分配，之后通過數據中心的IP地址與端口號，向數據中心發送TCP通信請求，確保監測系統具有較為穩定的通信連接[3]。同時，當DTU在接收到控制器串行數據信息之后，則會通過TCP/UDP將數據信息傳輸至監控系統的遠程監控中心。而DTU接收器獲取控制器所發出的數據信息后，監控系統中的RS-485串口將會把整理分析后的數據信息傳輸至供熱現場PLC。圖2為PLC控制流程示意圖。

2.2.3 供熱系統控制技術

在傳統的城市集中供熱系統控制技術中，存在著供熱量大于需求熱量時出現熱量浪費的問題，針對這一問題，通過使用聯合遠程監控中心與現場PLC開發溫度補償控制的策略，根據得到的溫度補償反饋結果，對整個供熱網的供熱質量以及供熱效率進行評估，得出整個供熱網的熱負荷，并基于實際供熱面積構建實時供水流量模型，確保供熱效率最高。

該系統中的遠程監控系統主要是基于kingview組態軟件來完成的，其能夠對供熱網中的多個二級熱力站進行實時監控。為了提升遠程監控的效率，能夠在系統主界面內對多個換熱站的信息進行集中顯示，在子界面中，則可以對各換熱站的熱網回路、供水溫度、閥門開度、補水泵壓力等參數指標進行顯示。雖然各換熱站的子控制界面之間內容相似，但其運行是相互獨立的，只能通過主界面將各子界面集成起來，便于監控系統的結構化管理。

3 經濟與社會效益

2006年開始建設換熱站監測系統，2010年系統升級為換熱站無人值守自動控制系統，2016年在原系統的基礎上增加二次網平衡系統、室溫監測系統，升級換熱站自動控制系統。原軟件平臺由C/S架構升級為B/S架構，采用Java語言編寫。應用該系統有3個優點。1） 節省熱量。單位熱耗由0.45 GL/m2降低到0.32 GL/m2（一個采暖季120 d，GL是英制液量單位，GL/m2表示單位面積耗熱）。2）節省電力。單位電耗由2.5 kW·h/m2降低到1.6 kW·h/m2（一個采暖季120 d）。3）節省人力。系統建成后，冬季供暖不再招收臨時人員。通過對比可以看出，在改造后，一個供暖季內的經濟效益十分可觀。另外，供熱網監控系統改造后可以節約大量工資。總之，該系統在提高供熱系統的安全性（可以在超溫、超壓、管網失水、煙感、水侵等情況下報警）的同時，也有效保障了人員的人身安全（避免由于值班人員年齡大、責任心小、安全認識性低造成嚴重后果）。

4 結論

城市集中供熱系統的監測控制技術朝著自動化方向發展是供熱行業發展的必然趨勢，自動化供熱系統的改造升級是確保實現對城市集中供熱網可視化、遠程控制管理的重要舉措。當前，供熱系統正逐漸朝著“智慧供熱”的方向發展，這些供熱系統的大量數據可以得到有效挖掘，對系統運行中的各種需求做出智能響應，為供熱企業提供高效的管理手段，通過提高系統整體的運行效率，在保證熱用戶舒適的前提下，通過實現最佳容量、最佳狀態、最佳運行來降低供熱系統的運行費用。

參考文獻

[1]范常浩，梁娟娟.基于智慧城市的供熱系統余熱利用優化研究[J].能源環境保護，2020，34（1）：77-81.

[2]文紅梅，李統中，胡小明.新疆地區E網智慧城市供熱系統標準化工作現狀的思考[J].機械工業標準化與質量，2020（2）：37-40.

[3]鄒剛.電采暖技術在新疆阿合奇縣鄉村基層陣地的應用分析[J].節能，2020，39（2）：108-110.