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摘要：在供熱系統(tǒng)中，換熱站利用集中供應(yīng)的熱源（熱水或蒸汽）作為熱媒，利用循環(huán)熱水管網(wǎng)向?qū)?yīng)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行供熱。通過不同類型傳感器采集換熱站內(nèi)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將信號傳遞到藍(lán)普鋒PLC進(jìn)行采集控制，通過觸摸屏顯示和設(shè)定PLC運(yùn)行參數(shù)，PLC根據(jù)采集數(shù)據(jù)自動運(yùn)行，以及結(jié)合智能算法實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對二次網(wǎng)供、回水溫度、壓力等參數(shù)的自動控制，提高換熱站運(yùn)行穩(wěn)定可靠性，最終實(shí)現(xiàn)無人值守。換熱站內(nèi)PLC控制系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)、4G、串口、無線射頻等通訊方式，將運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至區(qū)域熱網(wǎng)調(diào)度中心。藍(lán)普鋒上位機(jī)組態(tài)軟件通過大量數(shù)據(jù)分析，可以輔助管理員遠(yuǎn)程對區(qū)域熱網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度和換熱站運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)無人值守?fù)Q熱站遠(yuǎn)程監(jiān)控維護(hù)。
行業(yè)關(guān)鍵字：無人值守、換熱站、供熱、熱網(wǎng)
技術(shù)關(guān)鍵字：多個擴(kuò)展、多個通訊接口、多路模擬量、環(huán)境潮濕、高溫
資料提供：本文涉及方案已在用戶現(xiàn)場實(shí)施，技術(shù)方案先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定。歡迎聯(lián)系藍(lán)普鋒深入探討、交流。
一、行業(yè)背景
隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和居民生活水平逐步提高，集中供熱因其節(jié)能、環(huán)保等顯著優(yōu)勢日漸成為眾多小區(qū)供熱發(fā)展的主要趨勢。在傳統(tǒng)供熱模式下，為滿足供熱需求，二次換熱站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)多為人工調(diào)節(jié)。由于室外溫度和供熱需求的不斷變化，需要頻繁的進(jìn)行人工調(diào)節(jié)才能保障二次供水溫度滿足基本需求。人工調(diào)節(jié)只能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行控制和參數(shù)設(shè)定，進(jìn)而達(dá)到粗調(diào)節(jié)，不能很好的保證用戶室內(nèi)溫度維持穩(wěn)定，并且熱網(wǎng)運(yùn)營成本高、能效低。
隨著熱網(wǎng)建設(shè)成本和運(yùn)行成本的增加，供熱行業(yè)一直在探索開發(fā)能充分適應(yīng)熱負(fù)荷不斷變化的換熱站自動高效的調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，同時能夠?qū)崿F(xiàn)換熱站穩(wěn)定可靠運(yùn)行和無人值守，達(dá)到較好的供熱效果和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年新建及改造換熱站都采用較先進(jìn)的無人值守?fù)Q熱站自動控制技術(shù)，在換熱站的管理、維護(hù)、節(jié)能、安全性等方面有了很大的提升，實(shí)現(xiàn)換熱站自動化、智能化、信息化，成為換熱站控制發(fā)展的必然趨勢。
基于藍(lán)普鋒PLC的無人值守?fù)Q熱站監(jiān)控系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)換熱站穩(wěn)定可靠運(yùn)行和無人值守，同時可以遠(yuǎn)程監(jiān)控?fù)Q熱站實(shí)時工況數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)換熱站遠(yuǎn)程維護(hù)、調(diào)度管理。藍(lán)普鋒PLC單CPU本體自帶多個通訊接口，擴(kuò)展模塊帶載能力強(qiáng)，特別是擴(kuò)展模擬量可達(dá)200點(diǎn)，模擬量采集控制精度高，廣泛應(yīng)用于無人值守?fù)Q熱站自動控制系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)介紹
換熱站，又稱二次換熱站，是熱網(wǎng)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，它將一次側(cè)蒸汽或高溫水中的熱量，傳遞給可以直接進(jìn)入用戶末端的采暖熱水。換熱站一般是由換熱器組成的換熱系統(tǒng)，循環(huán)水泵組成的循環(huán)系統(tǒng)，補(bǔ)水泵組成的補(bǔ)水系統(tǒng)以及PLC和控制柜組成的控制系統(tǒng)四部分組成。區(qū)域熱網(wǎng)調(diào)度中心負(fù)責(zé)監(jiān)控管理區(qū)域熱源（如鍋爐房）和換熱站等，通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)熱源和換熱站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。無人值守?fù)Q熱站在控制過程中，一般是由PLC對換熱站內(nèi)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，如一次側(cè)、二次側(cè)的供回水溫度、壓力，以及室外溫度、累計(jì)熱量、瞬時流量、三相電參數(shù)等，對循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等進(jìn)行變頻、工頻控制，通過以太網(wǎng)、4G、串口、無線射頻等將運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)上傳至熱網(wǎng)調(diào)度中心，用于調(diào)度分析。
2.1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)：
無人值守?fù)Q熱站監(jiān)控系統(tǒng)是一個多層次的復(fù)雜控制系統(tǒng)，首先需要實(shí)現(xiàn)換熱站的自動控制和無人值守，其次是將換熱站的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)上傳至區(qū)域調(diào)度中心，進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度。
PLC必須保證換熱站內(nèi)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，可以根據(jù)室外溫度傳感器測量的室外溫度或者用戶設(shè)定溫度對一次側(cè)流量進(jìn)行控制，以達(dá)到對二次供水溫度進(jìn)行控制，提高供熱質(zhì)量的目的。PLC通過供水壓力傳感器和循環(huán)水泵變頻器來實(shí)現(xiàn)對二次供水壓力的控制，通過回水壓力傳感器和補(bǔ)水泵變頻器來實(shí)現(xiàn)對二次回水壓力的控制。
換熱站的運(yùn)行程序獨(dú)立存在于其控制系統(tǒng)PLC內(nèi)，能夠脫離上位機(jī)監(jiān)控管理軟件而獨(dú)立運(yùn)行，其運(yùn)行可以通過中央控制室上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)來觀察并實(shí)施調(diào)整。換熱站實(shí)現(xiàn)無人值守的同時，利用通訊方式將運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳給監(jiān)控管理系統(tǒng)供參考，同時接受監(jiān)控管理軟件遠(yuǎn)程進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。
系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)如下圖1所示。
圖1 區(qū)域供熱控制系統(tǒng)圖
2.2 某無人值守?fù)Q熱站PLC典型配置表
2.3 自動控制主要功能
（1）二次網(wǎng)供水溫度控制：PLC通過采集一次側(cè)管網(wǎng)供回水壓力、溫度，與環(huán)境溫度、一次側(cè)供回水目標(biāo)溫度、壓力建立數(shù)學(xué)模型，如恒溫模型、動態(tài)溫度模型等，采用智能PID算法控制一次側(cè)調(diào)節(jié)閥開度，控制二次側(cè)供水溫度。
（2）二次網(wǎng)供水壓力控制：PLC通過采集二次側(cè)管網(wǎng)供回水壓力、溫度，與環(huán)境溫度、二次側(cè)供回水目標(biāo)溫度、壓力建立數(shù)學(xué)模型，如定壓模型、壓差模型等，采用智能PID算法控制二次側(cè)循環(huán)泵頻率和工變頻切換，調(diào)節(jié)二次側(cè)供水壓力或供回水壓差。
（3）二次網(wǎng)回水壓力控制：二次網(wǎng)回水壓力的大小通過補(bǔ)水泵控制。當(dāng)壓力的實(shí)際值與設(shè)定值不同，PLC通過PID運(yùn)算調(diào)節(jié)變頻器調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵的工作頻率，改變二次網(wǎng)回水壓力的實(shí)際值，使其與設(shè)定值相同。
（4）根據(jù)本地的氣候條件以及供熱對象的特征，設(shè)定多條室外溫度與二次供水溫度之間的對應(yīng)曲線。PLC可以依據(jù)該條曲線，根據(jù)室外溫度傳感器測量的室外溫度對一次供水流量進(jìn)行控制，進(jìn)行室外溫度補(bǔ)償控制，以達(dá)到對二次供水溫度進(jìn)行控制、節(jié)省能源、提高供熱質(zhì)量的目的。
（5）在系統(tǒng)中增加晚間節(jié)能的設(shè)置，根據(jù)需要設(shè)置晚間供熱溫度。自控系統(tǒng)通過加入時間日程表的控制，實(shí)現(xiàn)一天當(dāng)中不同時刻對應(yīng)不同的溫度。
（6）PLC通過多路通訊接口，采集現(xiàn)場智能儀表數(shù)據(jù)，如三項(xiàng)多功能電表、熱表、水表等，自動計(jì)量每個換熱站的補(bǔ)水量、用電量，以及系統(tǒng)的產(chǎn)熱量，用于評估系統(tǒng)的效率；了解系統(tǒng)的損耗、運(yùn)行成本等數(shù)據(jù)。上位機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)運(yùn)行能耗，并通過曲線、報表等，輔助管理者進(jìn)行節(jié)能調(diào)度。
（7）PLC控制系統(tǒng)通過GPRS DTU進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，通過公網(wǎng)，能將現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)、智能儀表數(shù)據(jù)通過GPRS上傳至集中管理中心進(jìn)行運(yùn)維管理調(diào)度。平臺采用先進(jìn)的信息化、自動化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源消耗的可視化、可量化和智能化分析；實(shí)現(xiàn)對各個熱力站內(nèi)各類用能的分項(xiàng)、分區(qū)、分戶及關(guān)鍵設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測，能耗診斷、設(shè)備能效分析、指標(biāo)管理等功能，通過平臺提供的數(shù)據(jù)開展精細(xì)化的能耗管控，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行，降低能耗。
（8）輔助保護(hù)功能：當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定下限值時，循環(huán)水泵自動停止，以避免循環(huán)泵空載運(yùn)行；當(dāng)循環(huán)泵停止運(yùn)行時，一次側(cè)熱媒溫控閥自動關(guān)閉。系統(tǒng)將對運(yùn)行狀態(tài)超限、設(shè)備運(yùn)行故障和欠壓漏水等故障進(jìn)聲光報警。
（9）其他控制策略：如泄壓閥控制，根據(jù)系統(tǒng)回水壓力控制。當(dāng)回水壓力大于設(shè)定回水壓力泄壓上限值時，打開電磁泄壓閥對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行泄壓，當(dāng)系統(tǒng)回水壓力低于設(shè)定回水壓力泄壓下限值時，關(guān)閉電磁閥。
基于藍(lán)普鋒PLC的無人值守?fù)Q熱站監(jiān)控系統(tǒng)使用簡單方便，大量應(yīng)用于換熱站現(xiàn)場，能夠在環(huán)境潮濕、密閉高溫的換熱站現(xiàn)場長時間穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
圖3 監(jiān)控界面1
圖4 監(jiān)控界面2
圖5 監(jiān)控界面3
三、PLC典型應(yīng)用現(xiàn)場
（1）北京熱力
（2）天津熱力
（3）長春熱力
四、現(xiàn)場圖片
圖5 某現(xiàn)場PLC控制柜內(nèi)圖
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