換熱站智能控制系統(tǒng)的設計與應用

1、    換熱站智能控制系統(tǒng)的設計與應用    郝廣鑫摘 要：本文將數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、調(diào)度中心管理系統(tǒng)有機結合起來，采用一體化的數(shù)據(jù)采集、控制裝置，實現(xiàn)換熱站的自動化監(jiān)測與控制，實現(xiàn)換熱站、公共建筑的自動化數(shù)據(jù)采集分析與控制，以此滿足熱力公司能源管理，達到提高供熱服務質(zhì)量，降低能源消耗的目的。關鍵詞：換熱站;智能控制;調(diào)度系統(tǒng);數(shù)據(jù)通訊功能;監(jiān)測運行集中供熱對于節(jié)約能源、降低碳排放量、減少環(huán)境污染、提高人民生活水平發(fā)揮了巨大作用，也是國家鼓勵、積極扶持的產(chǎn)業(yè)之一。換熱站作為連接熱源和供給用戶使用的樞紐，對整個系統(tǒng)的高效運行承擔著承上啟下的重要作用。1 換熱站自

2、控系統(tǒng)組成1.1換熱器現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)采用一體化的數(shù)據(jù)采集、控制裝置，實現(xiàn)換熱站的自動化檢測與控制，系統(tǒng)具有以下主要功能：數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)能夠采集換熱站的壓力、溫度等參數(shù)：溫度：一次供水、回水溫度;二次供水、回水溫度，室外溫度;壓力：一次供水、回水壓力，二次供水、回水壓力，除污器和板換之間的壓力;變頻器運行參數(shù)：變頻器電流、電壓、狀態(tài)、頻率等，該項參數(shù)需要低壓電器具備變頻柜，且能夠提供輸入輸出參數(shù)及端子;電動調(diào)節(jié)閥門開度。實時控制：系統(tǒng)軟件有多種控制策略組成，可以滿足不同用熱特性的控制要求，提高換熱站及建筑的供熱質(zhì)量，降低能源消耗。1.2數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡系統(tǒng)，將換熱站的實時數(shù)據(jù)

3、傳輸?shù)秸{(diào)度管理中心，管理中心也可以通過網(wǎng)絡系統(tǒng)將控制指令下達到現(xiàn)場控制器，執(zhí)行控制調(diào)節(jié)指令。1.3調(diào)度中心管理系統(tǒng)調(diào)度中心可以實時接收換熱站現(xiàn)場采集系統(tǒng)傳輸上來的各種運行數(shù)據(jù)，并儲存在中央數(shù)據(jù)庫中，作為后續(xù)管理、分析、控制的基礎數(shù)據(jù)。調(diào)度中心管理系統(tǒng)可以實時對上傳數(shù)據(jù)進行連續(xù)動態(tài)分析，并根據(jù)分析結果下達調(diào)節(jié)指令。2 換熱站系統(tǒng)控制2.1控制目的及主要受控設備換熱站系統(tǒng)控制目的：通過對循環(huán)泵、補水泵、熱交換器、溫控閥、系統(tǒng)管路調(diào)節(jié)閥進行控制，調(diào)整系統(tǒng)各應用工況的運行模式，在最經(jīng)濟的情況下給末端提供穩(wěn)定的供水溫度。如圖1所示控制柜對管道中的壓力溫度進行采集然后對控制循環(huán)泵、補水泵、溫控閥、水箱液位

4、等進行控制。2.2電控系統(tǒng)的設計（1）根據(jù)設備運行流程及控制的電氣元件，設計plc的接口，給出i/o地址分配表;（2）觸摸屏與plccom1口進行通訊，打印機通過plccom2口進行通訊;（3）程序設計?？刂屏鞒蹋簆lc上電運行后，首先對程序進行初始化，通過觸摸屏設定二次側供回水壓力、溫度、一次側回水壓力、溫度、換熱器出水溫度和超溫溫度等控制參數(shù)。打到自動位置后，啟動控制。程序進行周期掃描和pid控制，分別進行壓力、溫度等數(shù)值的采樣，經(jīng)過程序內(nèi)部運算，與設定值比較，根據(jù)結果進行pid調(diào)節(jié)，計算出的數(shù)值給出開關量和模擬量信號，控制水泵啟停和變頻器頻率調(diào)節(jié);可編程程序設計：自動控制系統(tǒng)由plc、變

5、頻器、壓力變送器、溫度變送器、液位變送器等主要電氣元件構成。補水泵通過回水壓力控制啟停;循環(huán)泵變頻運行，頻率通過供回水壓差來調(diào)節(jié);冷凝泵通過冷凝水箱水位運行。2.3補水泵控制原理通過回水壓力變送器將電流信號傳送到plc，通過plc運算，反饋值與設定值作比較，當壓力到設定下限值時，plc給出信號自動啟動補水泵;當壓力到設定上限值時，plc給出信號自動停止補水泵;同時補水水箱水位低于保護值時，補水泵強制停泵并告警，提示補水箱缺水。2.4循環(huán)泵控制原理通過回水壓力變送器與供水壓力變送器分別將電流信號傳送到plc，通過plc運算，反饋的供回水壓差值與設定的壓差值作比較，當?shù)陀谠O定值時，plc輸出電壓信

6、號給變頻器，循環(huán)泵頻率線性遞增，轉(zhuǎn)速加快;當高于設定值時，plc內(nèi)同樣輸出電壓信號給變頻器，循環(huán)泵頻率線性遞減，轉(zhuǎn)速降低;當接近設定值時，循環(huán)泵恒速運行。2.5冷凝泵控制原理冷凝水箱中的磁翻板液位計將電流信號傳送到plc，通過plc運算，反饋值與設定值作比較，當水箱水位到設定上限值時，plc給出信號自動啟動冷凝泵指令;當水位到設定下限值時，plc給出信號自動停止冷凝泵指令。3 換熱站二次供水溫度智能控制本設計構造了二級模糊控制器，由前級模糊控制器獲取的二次供水溫度的預設值與溫度采集模塊測得的二次供水溫度實際值做差，將兩者的差值e差值變化率ec作為第二級模糊pid控制器的輸入，利用模糊理論對pi

7、d的3個參數(shù)kp，kf和kd進行實時在線校正，通過調(diào)節(jié)一次閥的開度，動態(tài)跟蹤二次供水溫度的變化。3.1系統(tǒng)功能及實現(xiàn)某生活區(qū)根據(jù)供熱面積，結合目前典型控制模式，設計了換熱站系統(tǒng)流程。該系統(tǒng)主要完成以下功能：（1）該換熱系統(tǒng)原由人工操作，溫度控制不穩(wěn)定，為實現(xiàn)供熱穩(wěn)定，實現(xiàn)二次熱網(wǎng)的控制，采用二級模糊控制的先進控制策略，保證供熱網(wǎng)的熱力平衡，使整個供熱管網(wǎng)實現(xiàn)安全、節(jié)能、高效、平穩(wěn)的運行，保證熱能均勻分布;（2）數(shù)據(jù)采集：按照指定或系統(tǒng)默認巡檢方式，對各個監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)采集;（3）顯示：監(jiān)測供電電壓、監(jiān)測顯示供水溫度，回水溫度、供水壓力，變頻器狀態(tài)（起/停，頻率、電機電流，故障報警）;系統(tǒng)發(fā)生故

8、障時，報警信號也需要顯示;（4）數(shù)據(jù)通訊：發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)及接收控制指令、糾錯、檢錯，實現(xiàn)換熱站與供熱站之間的遠程數(shù)據(jù)通訊;（5）可進行手動/自動的就地與遠程切換。3.2換熱站定壓、定溫控制系統(tǒng)實現(xiàn)為了保持供熱系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，循環(huán)系統(tǒng)還應保持一定的水壓與循環(huán)速度，即保持系統(tǒng)恒壓點的壓力恒定，我們采取循環(huán)水泵變頻調(diào)速定溫控制，當回水溫度超過設定值，溫度變送器將信號給變頻器模擬通道2，經(jīng)過變頻器pid運算，變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)泵頻率，一般為克服管網(wǎng)阻力，設定值最低不得超過35hz，經(jīng)過測試，在40hz左右比較穩(wěn)定;運行過程中如果系統(tǒng)掉壓，啟動補水泵進行補水，達到設定壓力后補水泵停止運行，保證系統(tǒng)的出水壓力穩(wěn)定。為保證系統(tǒng)可靠運行，需對變頻器參數(shù)進行合理設置：端子啟動p0700=2，5號端子啟動p0701=1。反饋信號電流信號p0756.1=2，p1080=35，p1082=50，pid使能p2200=1。pid給定：bop面板2253=2250，pid反饋：2264=755.1（通道2）。pid反饋濾波時間常數(shù)p2265=5，增益p2280=25，微分時間p2274=0。積分時間p2285=20，要注意撥碼開關2在on。4 總結本文根據(jù)實際要求，對換熱站整體結構以及監(jiān)控系統(tǒng)方案進行了設計，并對系統(tǒng)功能進行了介紹。此系統(tǒng)應用于該地區(qū)生活區(qū)換熱供暖，