摘要：本文提出了我國換熱站控制系統(tǒng)存在的主要問題，并對(duì)換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)控制器進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)，實(shí)際表明：此方案有利于熱網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)配及實(shí)現(xiàn)水力、熱力工況平衡，減少了設(shè)備投資，有利于系統(tǒng)擴(kuò)展。

　　關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)換熱站,節(jié)能,控制器設(shè)計(jì)

　　引言

　　與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國目前的集中供熱系統(tǒng)還相當(dāng)落后，主要體現(xiàn)在能源利用率不高和熱能損失，所以，提高能源利用率和減少熱能損失迫在眉睫。

　　一、換熱站節(jié)能控制中急需解決的問題

　　1、換熱站控制方式

　　熱力系統(tǒng)本身是一個(gè)大的熱慣性系統(tǒng)，且影響因素千變?nèi)f化，因此做到精確控制非常困難。

　　2、循環(huán)泵的變頻控制

　　水泵是熱網(wǎng)一次和二次網(wǎng)系統(tǒng)的主要設(shè)備，其電耗大小，不但對(duì)電資源有影響，也對(duì)運(yùn)行成本有顯著影響。水泵的流量和揚(yáng)程的選擇與配置是十分重要的，選擇與配置得當(dāng)，裝機(jī)電功率合適，運(yùn)行工作點(diǎn)處于設(shè)備高效率區(qū)域，電耗少。選擇與配置的不當(dāng)(一般是偏大)，裝機(jī)電功率偏大，運(yùn)行工作點(diǎn)偏離設(shè)備高效率區(qū)域測電耗多。

　　3、補(bǔ)水定壓方式

　　熱網(wǎng)補(bǔ)水率可近似認(rèn)為(忽略水熱脹冷縮的補(bǔ)充)是輸送過程失水的指標(biāo)。目前，二次網(wǎng)運(yùn)行補(bǔ)水率差別很大。系統(tǒng)補(bǔ)水不僅是水耗問題，熱耗是更大的問題。

　　4、換熱站調(diào)節(jié)

　　在許多供熱系統(tǒng)中，熱用戶用熱需求明顯不同，因此，在現(xiàn)實(shí)中的諸多環(huán)節(jié)存在著巨大的節(jié)能空間，只因缺乏有效可行的調(diào)節(jié)手段，在供熱管網(wǎng)中無法區(qū)別管理，任憑熱能無謂的消耗。

　　二、換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)

　　1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

　　換熱站節(jié)能控制系統(tǒng)主要包括上位機(jī)監(jiān)控操作站，換熱器就地控制站及智能區(qū)域供熱控制器。上位機(jī)監(jiān)控操作站與換熱器就地控制站通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，操作站與智能區(qū)域供熱控制器通過GPRS進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)的傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作�？刂葡到y(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 控制系統(tǒng)框圖

　　操作站主要完成遠(yuǎn)程操作就地站、遠(yuǎn)程操作智能區(qū)域供熱控制器、監(jiān)控顯示信息及與供熱中心通信等功能。操作站與就地站之間、各就地站間通過以太網(wǎng)通信，使換熱站系統(tǒng)公共部分信息共享，有利于各站間協(xié)調(diào)控制，保證熱網(wǎng)的水力平衡、熱力平衡，使熱能均勻分布，保證供熱效果，使整個(gè)熱網(wǎng)安全、節(jié)能、高效、平穩(wěn)地運(yùn)行.操作站除了完成遠(yuǎn)程操作功能外，還通過友好人機(jī)界面完成就地站信息的監(jiān)控與顯示功能。

　　2、上位機(jī)監(jiān)控操作站的設(shè)計(jì)

　　操作站監(jiān)控管理系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件組成，采用了研華工控機(jī)IPC6100，國產(chǎn)組態(tài)軟件“MCGS”為平臺(tái)。操作站軟件由監(jiān)控部分和系統(tǒng)管理部分及操作控制部分組成。操作站監(jiān)控部分對(duì)于所有用戶都是開放的。每個(gè)班的操作管理人員在開始應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)首先要登陸系統(tǒng)，以獲得操作管理人員的操作權(quán)限，操作管理人員級(jí)用戶可以進(jìn)行報(bào)警連鎖功能的切除和投入，各重要參數(shù)值的設(shè)定。管理員用戶擁有整個(gè)系統(tǒng)的所有操作權(quán)限。

　　具體部分的軟件設(shè)計(jì)情況，由于篇幅的限制，在此不再贅述。

　　3、換熱站控制器的設(shè)計(jì)

　　(1)硬件的設(shè)計(jì)

　　換熱站控制器主要由西門子公司的S7-300系列PLC(可編程邏輯控制器)，現(xiàn)場觸摸屏等構(gòu)成。壓力、流A變送器，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，變頻控制柜中各信號(hào)與PLC相連，其控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

　　圖2 控制系統(tǒng)框圖

　　(2)軟件的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下基本功能：

　　a、數(shù)據(jù)檢測、顯示功能。對(duì)換熱站一、二次網(wǎng)供水溫度、回水溫度、供水壓力、回水壓力、供水流t，室外溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、顯示。

　　b、數(shù)據(jù)通訊功能。向上位機(jī)發(fā)送檢側(cè)到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，接受上位機(jī)傳送過來的各項(xiàng)指令。實(shí)現(xiàn)就地站與操作站之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊.

　　c、故障報(bào)替及處理。對(duì)溫度、壓力過高或過低等各種異常情況進(jìn)行報(bào)警和實(shí)時(shí)處理。

　　d、控制算法的實(shí)現(xiàn)與控制蚤的輸出。根據(jù)測得的室外溫度設(shè)定二次網(wǎng)供水溫度給定值，采用PID控制算法計(jì)算輸出的控制量，對(duì)一次網(wǎng)旁通閥進(jìn)行控制.

　　e、循環(huán)水泵及補(bǔ)水泵的控制。采用質(zhì)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)方式，通過控制變頻器來控制循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，使循環(huán)泵按一定流量運(yùn)行。補(bǔ)水壓力的設(shè)置分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況，分別按靜態(tài)、動(dòng)態(tài)狀況進(jìn)行補(bǔ)水。

　　在變頻器控制兩臺(tái)水泵這樣的系統(tǒng)中，應(yīng)注意確保變頻泵與工頻泵都能在高效段運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。變頻水泵設(shè)定恒壓值時(shí)，需考慮工頻泵的商效率區(qū)范圍。因?yàn)樽冾l水泵的恒壓設(shè)定值，也就是工頻泵運(yùn)行時(shí)的壓力值，若此壓力值是在工頻泵的高效率區(qū)之外，則工頻泵在運(yùn)行時(shí)的工作狀況就欠佳，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)�發(fā)生水泵震蕩或氣蝕現(xiàn)象。因此，變頻水泵的恒壓設(shè)定值應(yīng)該在工頻泵高效率區(qū)所對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程范圍內(nèi)。

　　本換熱站控制系統(tǒng)包括8臺(tái)循環(huán)水泵，4臺(tái)變頻器，每個(gè)供熱區(qū)域由1臺(tái)變頻器控制2臺(tái)循環(huán)水泵組成變頻柜，其電氣控制圖如圖3，巧�？刂品绞綖橐挥靡粋洹Ｏ到y(tǒng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)控制循環(huán)泵以額定負(fù)荷的75%運(yùn)行，來保證整個(gè)二次網(wǎng)的供水壓力穩(wěn)定。

　　本次設(shè)計(jì)中得出，利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速就可節(jié)省大量的電能，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速為原來的80%時(shí)，水泵耗電量就為原來的51.2%:當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速為原來的75%時(shí)，水泵耗電最僅為原來的42.2%。可見，利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速節(jié)能的效果非常明顯。

　　結(jié)論

　　本文討論了換熱站控制系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)中的作用、節(jié)能方法及效果，降低了供熱系統(tǒng)的控制難度。運(yùn)行結(jié)構(gòu)表明這種方式能夠有效的實(shí)現(xiàn)供熱量在熱網(wǎng)中的分配，滿足了熱用戶的用熱需求，使供熱品質(zhì)及效果得到保證，使供熱系統(tǒng)高性能、低能耗、強(qiáng)可靠的運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)：

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