全自動無人值守換熱機組和熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

  全自動無人值守換熱機組和熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)  

全自動無人值守換熱機組和熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)  邯鄲市熱力總公司   原創(chuàng) （濟南工達孔功根據(jù)情況給予修正）

【摘 要】本文對全自動無人值守換熱機組和熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的原理和實現(xiàn)進行了探討，并結(jié)合工程實例對換熱機組的自動控制部分和熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計進行了說明，介紹了現(xiàn)場調(diào)試的一些經(jīng)驗。 

【關(guān)鍵詞】集中供熱 換熱機組 熱網(wǎng)監(jiān)控  

一、全自動無人值守換熱機組和熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng) 概述       

 當今能源問題已經(jīng)成為普遍關(guān)注的熱點話題，各國對能源都普遍關(guān)注。我國建筑能耗與發(fā)達國家相比明顯過高，因此采用新型供熱方式、設(shè)備和系統(tǒng)，節(jié)能減排，是解決我國相對能源緊張和環(huán)境污染的有效途徑。目前供熱已成為一種特殊形式的商品（服務(wù)），供熱的成本關(guān)系到熱力公司的效益，供熱的品質(zhì)關(guān)系到廣大用戶的利益，如何通過技術(shù)手段達到既降低能耗又為用戶提供滿足標準的服務(wù)是我們要探討的課題。 在國家大力倡導下城鎮(zhèn)供熱方式已發(fā)生了很大地變化，由原來各單位分散的鍋爐供熱，發(fā)展為一個城市由一個或幾個熱電廠提供熱源，市內(nèi)各小區(qū)由換熱站集中供熱形式，從熱源的角度來看降低了燃煤、減少了污染。

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 全自動無人值守換熱機組是新型的換熱設(shè)備，一般采用高效的板式換熱器，設(shè)備采用計算機、觸摸屏、變頻器、可編程控制器、現(xiàn)場總線等現(xiàn)代*技術(shù)，實現(xiàn)了智能化全自動控制。可編程控制器通過對一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)，二次網(wǎng)循環(huán)泵、補水泵變頻器的控制，實現(xiàn)了多種供熱模式的自動運行。供熱的調(diào)節(jié)模式有改變二次網(wǎng)供水溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)，改變二次網(wǎng)供水流量的量調(diào)節(jié)，改變溫度和流量的聯(lián)合調(diào)節(jié)幾種模式。通過調(diào)節(jié)一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥改變二次網(wǎng)供水溫度，供水溫度可根據(jù)室外溫度自動調(diào)節(jié)再復合時間修正，也可設(shè)置固定的數(shù)值。通過調(diào)節(jié)循環(huán)泵變頻器改變二次網(wǎng)供水流量，變頻器可由供水壓力設(shè)置也可由供回水壓差設(shè)置。換熱機組的全自動控制提高了熱量的利用率，提高了供熱質(zhì)量，通過變頻器的使用也節(jié)省了電能。

 熱網(wǎng)的集中監(jiān)控是集中供熱發(fā)展的必然趨勢，是提高供熱質(zhì)量和熱量利用效率的重要手段，通過熱網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)的實施也可達到節(jié)能的目的。當對某個換熱站熱能供應充分時，通過機組的現(xiàn)場自動控制系統(tǒng)，可以達到較理想的控制效果。當供熱負荷增加，熱源可能不能供給用戶需要的全部熱量，區(qū)域一次熱網(wǎng)同時存在水力失調(diào)時，熱量會被熱源近端的用戶消耗掉，熱源遠端的用戶得到的熱量急劇減少，室溫大幅度下降，使用戶難以接受。通過熱網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)，可以適當降低熱源近端用戶獲取的熱量，改善熱源遠端用戶的供熱質(zhì)量。 熱網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)由三個層次設(shè)備構(gòu)成，層是現(xiàn)場控制系統(tǒng)，實現(xiàn)換熱機組的本地控制；中間層是通信系統(tǒng)，用于現(xiàn)場控制系統(tǒng)和控制室的通信；頂層為控制室，是熱網(wǎng)的監(jiān)控中心，用于整個熱網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)視和控制，可以顯示系統(tǒng)的運行參數(shù)，并能對熱網(wǎng)進行控制。熱網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)如圖一所示。 

二、現(xiàn)場控制系統(tǒng)的基本原理

 我公司生產(chǎn)的全自動無人值守換熱機組現(xiàn)場控制系統(tǒng)基本原理是：現(xiàn)場控制系統(tǒng)以西門子供熱行業(yè)專用可編程控制器POL638為核心，在換熱器的一次、二次側(cè)分別安裝了壓力傳感器和溫度傳感器，并在蓄水箱里安裝了液位傳感器，室外安裝了溫度傳感器。將所有壓力、溫度和液位信號都輸入到電控柜的控制器，控制器將檢測到的數(shù)據(jù)通過串行通信口送入計算機（觸摸屏），實現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)監(jiān)控，并可以加裝通信卡實現(xiàn)對換熱站的遠程監(jiān)控。 控制器通過采集二次側(cè)回水壓力對補水泵起停進行控制，實現(xiàn)變頻定壓；根據(jù)二次側(cè)供回水壓力或二次供回水壓差來控制循環(huán)泵變頻運行；通過控制一次側(cè)供水管路中的電動調(diào)節(jié)閥的開度，來控制二次供水的溫度值。可根據(jù)室外溫度與供水溫度的經(jīng)驗曲線調(diào)節(jié)供水溫度。

全自動無人值守換熱機組和熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)場控制系統(tǒng)的原理圖如圖二所示。 

三、通信系統(tǒng) 

通信系統(tǒng)是多個換熱站和監(jiān)控中心數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃鶕?jù)集中供熱工程對監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要求和投資規(guī)模、當?shù)赝ㄐ呕A(chǔ)設(shè)施情況，以及通信費用情況綜合考慮選擇通信方式。通信方式可分為有線專網(wǎng)、電話網(wǎng)、寬帶網(wǎng)、GPRS網(wǎng)，下面就這幾種通信方式進行分析比較。

 1． 有線專網(wǎng)

 1） 敷設(shè)專用通信光纜，是穩(wěn)定可靠的通信方式，通信速率高，通信效果好。

 2） 前期一次性投入大，沒有通信資費，但維護維修費用也較多，在資金不是很雄厚的情況下一般不采用。 

2． 電話網(wǎng) 

1） 有線通信，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，信號穩(wěn)定，由電信部門負責維護。

 2） 進行數(shù)據(jù)通信時要通過調(diào)制解調(diào)器撥號建立連接，點對點通信，通信速率低，通信資費和在線時間有關(guān)。

 3． 寬帶網(wǎng)

 1） ADSL寬帶，有線通信，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，信號穩(wěn)定，由電信部門負責維護。 

2） 永遠在線：用戶可隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。

 3） 傳輸速率高：采用了分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸率高。 

4． GPRS網(wǎng) 

1） 覆蓋面廣：是在GSM網(wǎng)絡(luò)上增加的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。

 2） 傳輸速率高：數(shù)據(jù)傳輸速率可達到171.2kb/s。 

3） 永遠在線：用戶可隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。

 4） 按流量計費：按照用戶收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收費，沒有流量傳輸不收費。 根據(jù)目前通信網(wǎng)絡(luò)的應用情況看，有線網(wǎng)絡(luò)ADSL寬帶網(wǎng)應用的普遍，無線網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)應用的較廣泛。

 四、熱網(wǎng)監(jiān)控中心 

熱網(wǎng)監(jiān)控中心通過換熱機組現(xiàn)場控制系統(tǒng)對換熱站參數(shù)進行實時的采集，綜合分析熱網(wǎng)工況，根據(jù)熱網(wǎng)運行工況對熱網(wǎng)進行優(yōu)化調(diào)度，向換熱機組發(fā)出控制命令，分配各換熱機組所需的熱量，平衡全網(wǎng)供熱需求，保證全網(wǎng)安全經(jīng)濟運行。同時對采集的參數(shù)存儲、打印。 熱網(wǎng)監(jiān)控中心硬件配置有工程師站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、大屏幕投影儀、打印機等設(shè)備。軟件配置有工控組態(tài)軟件，如西門子熱網(wǎng)專用組態(tài)軟件DESIGO  INSIGHT、工業(yè)組態(tài)軟件Win CC 、國產(chǎn)軟件組態(tài)王等，這些軟件所實現(xiàn)的功能基本相同。

全自動無人值守換熱機組和熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)其基本功能有： 

1. 熱網(wǎng)系統(tǒng)畫面的組態(tài)：可以在系統(tǒng)畫面上實時顯示熱網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)，并可通過系統(tǒng)畫面直接操作控制各控制元素。 

2. 趨勢圖顯示：組態(tài)軟件可記錄各參數(shù)的值，并以趨勢圖的形式顯示出來。 

3. 報警設(shè)置：可設(shè)置監(jiān)控參數(shù)報警的上下限，當參數(shù)超觸發(fā)報警信號。

 五、全自動無人值守換熱機組的實現(xiàn) 

以供暖面積5萬平米的全自動無人值守換熱機組為例說明，該機組循環(huán)泵和補水泵采用的是上海新滬GP160-32-22-4NY和GP6.3-32-2.2-2NY，控制部分的設(shè)備配置如下： 

控制器：西門子POL638.00

 觸摸屏：昆侖通態(tài)TPC1062

供水溫度傳感器：西門子QAE2121.010，溫度測量范圍-30~ +130℃ 

室外溫度傳感器：西門子QAC22 

液位變送器：昆侖海岸 量程0～3m，輸出4～20mA 

壓力傳感器：西門子QBE9001-P16 壓力測量范圍 0-10Bar 

電動調(diào)節(jié)閥：西門子VVF43西列

電動執(zhí)行器：西門子SKC62

 變頻器：EV2000-4T0300P，額定功率30kW，用于循環(huán)泵；EV1000-4T0037P，額定功率3.7kW，用于補水泵 

1、 控制器 

POL638控制器是西門子專為供熱行業(yè)開發(fā)的專用控制器，該控制器穩(wěn)定可靠，采用圖形化的編程語言，編程靈活。與該控制器配套的SAPRO編程軟件和SCOPE調(diào)試軟件具有現(xiàn)場仿真在線調(diào)試功能，為工程實施人員現(xiàn)場調(diào)試提供了極大的方便。 在本例中，循環(huán)泵、補水泵的變頻和工頻啟動，泄壓閥的開啟關(guān)閉，用控制器的DO端子，循環(huán)泵和補水泵的運行狀態(tài)和故障信號送入控制器的DI，循環(huán)泵、補水泵的頻率給定和電動執(zhí)行器的給定用AO口來輸出，其余頻率反饋信號，一二次供回水溫度，供回水壓力信號，液位，室外溫度信號都送入了控制器的通用口UI。連接圖如圖三。

 2、 變頻器 

通過變頻器適時適量地控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)循環(huán)泵的輸出流量，滿足供暖負荷要求，使電機在整個負荷變化過程中的能量消耗降到最小程度。本例中使用的是愛默生EV2000/1000系列變頻器，該變頻器與控制器和外圍信號的連接圖如圖四。 圖中，R、S、T端通過真空斷路器連接至三相電源的進線端，U、V、W端接循環(huán)泵和補水泵，COM端是變頻器的公共端，F(xiàn)WD是正轉(zhuǎn)運行命令控制端子，用接觸器的一個輔助常開觸點控制，X是多功能輸入端，通過對變頻器設(shè)置，可方便的對X1~X8端子的功能進行定義。AO是變頻器的頻率反饋端子，將其與控制器相連，可實時把水泵的運行頻率反饋給控制器，而CCI端是頻率給定端子，控制器根據(jù)當前壓力將適當?shù)念l率送入變頻器。各路信號是選用電壓信號還是電流信號，可通過控制板上的跳線方便的選擇。另外，變頻器本身也可對起停方式，加減速時間，運行頻率上下限等一系列參數(shù)進行設(shè)置，還可實現(xiàn)過程閉環(huán)控制，功能十分強大，用戶使用起來方便靈活。

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