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)的設計進行了說明，介紹了現(xiàn)場調(diào)試的一些經(jīng)驗。 

【關鍵詞】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)成為普遍關注的熱點話題，各國對能源都普遍關注。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），供熱的成本關系到熱力公司的效益，供熱的品質(zhì)關系到廣大用戶的利益，如何通過技術手段達到既降低能耗又為用戶提供滿足標準的服務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備，一般采用高效的板式換熱器，設備采用計算機、觸摸屏、變頻器、可編程控制器、現(xiàn)場總線等現(xiàn)代*技術，實現(xiàn)了智能化全自動控制?？删幊炭刂破魍ㄟ^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置也可由供回水壓差設置。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)由三個層次設備構成，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?？筛鶕?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?，根?jù)集中供熱工程對監(jiān)控系統(tǒng)的技術要求和投資規(guī)模、當?shù)赝ㄐ呕A設施情況，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。

 3． 寬帶網(wǎng)

 1） ADSL寬帶，有線通信，網(wǎng)絡覆蓋面廣，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)絡保持聯(lián)系。

 3） 傳輸速率高：采用了分組交換技術，數(shù)據(jù)傳輸率高。 

4． GPRS網(wǎng) 

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

 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)絡的應用情況看，有線網(wǎng)絡ADSL寬帶網(wǎng)應用的普遍，無線網(wǎng)絡GPRS網(wǎng)絡應用的較廣泛。

 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)庫服務器、大屏幕投影儀、打印機等設備。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. 報警設置：可設置監(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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