簡析供熱系統自動化監控技術的應用

王 浩 太原市熱力集團有限責任公司

1 引言

長期以來，我國城市供熱系統技術升級明顯滯后于產業規模發展，系統整體運行效率偏低，基于人工操作的系統控制和運維管理模式落后，導致供熱系統能耗上升，人力成本居高不下，針對這種現實問題，將自動化監控技術融入供熱系統是很好的解決方案，利用自動化監控技術能夠實現供熱系統的無人值守自動運行，并根據系統運行狀態和負載變化動態調節供熱系統運行參數，使系統運行效率更高，安全性和穩定性更強，與此同時還能有效減少供熱工作人力數量，并降低勞動強度，是促進供熱產業高質量發展的有效途徑。

2 供熱監控系統的主要被控對象

2.1 水泵的變頻控制

傳統的供熱水泵運行主要采用工頻50Hz運行方式，水泵電機啟動后一直處于定速運行狀態，無法根據運行負荷情況進行變速調節，這種運行方式效率低，啟動時對電網沖擊較大。因此應引入變頻控制技術，實現水泵電機的變轉速運行，控制系統根據管網壓力和流量的反饋信號來控制變頻器改變輸出頻率控制水泵電機的變速運行，從而實現供熱系統管網參數的動態調節，利用變頻控制可以有效降低水泵電機能耗，并減少水泵電機啟動時對配電系統的沖擊，降低系統故障率。

2.2 泄壓閥的控制

在供熱系統的二次循環管網運行過程中，要嚴格控制循環泵出口壓力，自動控制設備應根據壓力檢測反饋點來控制泄壓閥進行管道壓力釋放來防止壓力過高，泄壓閥的開閉閾值設置應該根據管道運行參數要求進行嚴格計算，并設置足夠的控制死區，防止泄壓閥的頻繁開關動作，從而保證系統壓力的穩定性，并降低泄壓電磁閥的故障率，延長使用壽命。

2.3 供水溫度控制

循環水溫度控制供熱系統自動控制的重要組成部分，其控制時效性和控制精度直接影響了采暖用戶的舒適度和滿意度，在供水溫度控制方面，通常可以采用兩種控制策略，一種是以二次網供水溫度為主要控制對象，另一種是以回水溫度為主要控制對象，在不同的供熱負載需求下，兩種控制策略各有其優缺點，在進行供暖控制系統設計時應根據負載情況選擇最優的控制方案，如表1所示。

表1 不同供水溫度控制對象特點

3 PLC和上位機監控技術在供熱系統中的應用

3.1 傳感器和儀表

供熱系統自動化運行需要大量的開關狀態、溫度、壓力、流量等傳感器和儀表，這些信號均需要接入供熱監控系統中。按照相關規程供熱監控系統軟件界面上應顯示的系統運行時連續量信號，傳感器信號應變送器將轉換成標準4mA～20mA信號輸出送入供熱監控系統。此外，供熱監控系統中還包含大量需要帶有就地顯示功能的表頭如壓力表、流量計、溫度計等設備，供運行維護人員就地檢查監測使用。

3.2 就地控制柜

就地控制柜的功能在于可以在設備附近實現對各種器件的分散控制，屬于供熱監控系統執行機構，比如循環水泵、電磁泄壓閥等可以通過就地控制柜來實現，常用的水泵電機應采用就地液位控制并裝有自動和手動操作裝置，流量計量儀和液位監視器應布置在就地控制箱的前面板，便于運行人員查看，就地控制箱帶有塑料外殼，也可采用經熱浸鍍鋅處理的外殼，安裝于墻上或經過熱浸鍍鋅處理的支架上，防護等級至少應該達到IP54。

3.3 變頻驅動控制柜

變頻驅動控制柜的主要作用在于控制驅動較大負載的水泵電機，將低壓配電和弱電控制集成到一起，驅動器可以選用施耐德、西門子、ABB等廠家的三相變頻器作為水泵電機驅動裝置，實現電機變速運行，并減少對電網的啟動沖擊，變頻柜動力回路應該有交流接觸器加熱保護繼電器配套使用，以防止設備過流、短路引發的電氣故障。變頻驅動控制柜外殼一般采用不銹鋼材料制成，要就具有嚴密的防塵防水和防震性能，防護等級應高于IP54。

3.4 監控操作站

供熱監控系統需要布置單獨的監控操作室，運行人員在監控室中即可實現對設備的監視與控制，操作人員利用供熱監控系統整個系統進行啟停控制、正常運行的監視和調整以及異常與事故工況的處理，而無需現場人員的操作配合。供熱監控系統監控室需要布置兩臺計算機，其中一臺作為工程師站，可以通過工程師站進行控制參數配置，軟件編程，數據修改等工作。另一臺為操作員站，只開放操作人員監視和操作權限，不能對系統的各項參數進行修改，這種分離布置可以提高系統的安全性，有效避免了由于操作人員錯誤修改參數帶來了的系統故障。

3.5 人機界面軟件

圖1 供熱系統主界面顯示

供熱監控系統的人機界面是操作人員控制機器的交互式入口，需要具有完整的顯示功能和方便的控制功能。顯示功能包括文本和圖形顯示，包括系統的啟停狀態；管道中閥門的關閉和開啟狀態；泵電機的啟停狀態；管道和容器中液體和氣體的溫度和壓力、管道中液體的流量、水箱的液位等，如圖1所示，這些狀態參數需要快速更新，界面上的刷新率一般為1秒，重要參數需要用可視化圖形顯示，當參數超過安全閾值時，還需要更改顏色和聲音報警。報警顯示應采用多級報警，操作人員可根據故障等級選擇相應的故障處理方法，既能保證系統穩定運行，又能保證系統的正常運行同時以最低的成本處理設備故障。除了完整的顯示功能外，供熱監控系統的人機界面軟件還需要具備方便的操作和控制功能，操作站一般包括手動/自動切換、系統啟停、單臺設備啟停、設備故障復位等功能。

全面便捷的人機界面軟件是供熱監控系統的重要優勢所在，供熱監控系統人機界面可以將所有設備參數都集成到一個監控軟件中，操作人員只需要在一臺計算機上就可以實現對供熱系統全部重要設備的實時監控，極大的提升了工作效率，降低了運營成本。