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热网改造.doc

上传人:weiwoduzun 文档编号:2745840 上传时间:2018-09-26 格式:DOC 页数:7 大小:191.58KB
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资源描述

1、1、前言集中供热是国家大力推广的节能和环保措施,集中供热工程是国家的节能项目,它对节约能源改善环境质量,提高人民的生活水平具有重大意义,也是现代化城市的重要标志之一。热源厂通过高温供热管道将热水送至各居民小区、企业中的换热站。在换热站,高温管道(以下简称一次网)中的热水与进居室暖气片(以下简称二次网)的热水通过换热器交换热量。经过换热后,二次网中热水流入各居室中,在以上过程中,供热调度中心需要对分散在不同地理位置换热站中温度、压力、流量、液位等参数集中实时监视,控制换热站中各设备的运行。换热站是连接热源厂和用户极为重要的环节,其工作的安全性、可靠性直接影响锅炉的安全性和供热质量。目前在国内,对

2、于供热系统的计算机监控方式,有两种不同的思路:一种是采用中央集中式监控方法;另一种是采用中央与就地分工协作的监控方法。这里我们采用第二种方法,其供热量的自动调节决策功能部分“下放”给就地的热力站控制系统,中央控制室既负责全网参数的监视又能根据各个换热站的运行情况进行人工干预,这种方法比较灵活,故障率少,同时能宏观调控各换热站的负荷,达到供热系统最佳状态。图 1:系统概况图2、总体设计目标本方案设计的热网自控系统应用现代控制技术,使热网在管理和设备的控制方面具有国际领先水平,同时达到以下目标:舒适 热网自控系统根据气候、时间情况的变化,将各区域的室内温度控制在设计要求值上,使居民感觉最舒适。节能

3、 在满足舒适性的前提下,热网自控系统通过合理组织设备运行,使热源的运行费用为最低。即以能耗值最低为控制目标,进行优化系统控制。安全 如果热网的机电设备突然发生故障而停机,将对热网产生严重后果。热网自控系统可以从以下几个方面预防这种局面的出现:随时检查设备的实际负载和额定负载,一旦发现设备过载,立即自动卸载同时向中央控制室发出报警信号,以防损坏贵重设备;监视设备运行状况,一旦发现其中某台设备运行异常,立即报警通知检修人员前去检查,以防引起更大范围的设备故障;自动记录设备的累计运行小时数,当累计值达到规定的维修时间时,自动报告中央控制室,及时提醒进行设备检修;当一组设备中的某台设备出现故障不能继续

4、运转时,自动切换到备用设备。通过这些检测、报警和处理方式,使大厦对机电设备突发故障具备有效的预防手段,以确保设备和财产安全。高效 通过对设备运行状况的监测、诊断和记录,早期发现和排除故障,及时发出维护和保养的通知,保证设备始终处于良好的工作状态和热网的正常运营。3、达到的水平实现管控一体化实现高自动化投入率,提高设备运行的经济性实现系统间数据资源有效联系,为管控一体化打下基础强大的在线性能检测和指导及事故分析手段高效、便捷的系统在线维护系统结构整个热网远程监控系统如图所示由三部分组成:现场换热站控制部分、数据传输部分、调度室监控中心。1.换热站控制系统换热站监控系统由一面控制柜、一套控制器、通

5、讯模件构成,主要实现现场数据采集、优化控制运行以及远程数据通讯三项功能。可完成供热量、流量、温度、压力、阀位等参数的就地自动检测、显示,并可进行自动分析计算完成就地自动控制,同时将相关参数传送至热网监控中心并随时接受上级指令完成相应任务。此次方案设计中采用西门子 S7-200和力控监控软件相结合的方案。控制器简述SIMATIC S7-200 系列 PLC 适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。S7-224XP 组态部分数据采集部分S7-200 具有良好的数据采集、储存、运算、输出等功能。实时数据

6、存储区存放各个通道实时测量结果、运算结果、开关状态、运算参数等,其中包括参数存放地址、参数类型(AI、AO、DI、DO) 、返回参数值及类型等。控制功能部分控制部分的原则一般遵循:控制功能在控制站完成,上位机负责现场运行组态,必要时进行远程干预。即集中控制,远程管理。力控组态软件强大的 Web 功能和 Internet/Intranet 浏览器技术,直接支持多文档。 WWW 功能全部用 VC+实现,因此当在 Internet 上远程访问监控画面时,具有更好的实时性。同时易于使用 ASP 等快速开发工具构建 B/S 系统结构,并可以直接访问单窗口。 国内领先的网络体系构架,支持 B/S 和 C/

7、S 访问方式,支持多层次网络冗余及故障切换。提供多重冗余结构,支持 IO 设备冗余、网络冗余、数据库冗余等。全面支持电台、拨号(轮巡) 、无线以太网、GPRS、CDMA 和 GSM 短信等方式对远程数据进行采集和报警。率先通过国内各主流的 GPRS DTU 产品实现与控制设备如 PLC、仪表和模块等通过移动网络进行互连。可同时连接多个不同厂家的 GPRS 终端与控制设备进行远程通讯。2.监控中心根据实际情况在热源厂或总公司设置独立的热网监控中心(调度室) ,负责整个热网的监控及必要时的负荷调配。在热网监控中心内设置监控站,一台打印机,监控站与换热站之间通过 GPRS 或光纤等方式进行数据传输,

8、如果有条件的话,建议上一组 LED 大屏幕,热网流程尽显其上,使整个热网的热力分布、运行状况一目了然。操作员可根据 RTU 传输的热工参数远程遥控各换热站设备的运行,以达到供热系统整体最佳状态,保持热力平衡。监控中心可以对整个管网和锅炉的各项经济及技术参数进行全面的考核及管理,对各个换热站的水、电、热进行各种统计、比较及计算,自动生成历史曲线和进行超标报警并自动记入数据库,以便故障处理和分析,并通过网络发布供调度及公司领导随时了解整个管网能源消耗情况,便于掌握热网的经济运行状态。打印机用于打印报警、报表等信息。打印机具有拷屏功能,只要按一下操作站的拷屏键即可对该屏幕的画面进行拷贝。菜单画面按流

9、程、数据、回路、报警、曲线、组态组织,每个 RTU 都有相应的画面,主画面总显示当前建立联系的站的运行工艺。控制方案本方案是换热站全自动控制方案,可通过室外温度、流量、一二次回水温度温差对二次网供水温度的设定值进行修正补偿 从而对一次网调节阀进行控制。变频补水控制根据二次网回水压力控制。循环水泵根据二次网供回水压差进行控制,同时能根据室外温度调节循环水泵的转速。各住宅楼温度调节根据住宅楼回水温度控制。换热站部分:一次网侧调节阀(质调)典型热工测:一次网侧供水温度、一次网侧供水压力、一次网侧回水温度、一次网侧回水压力、一次网侧供水流量、二次网侧供水温度、二次网侧供水压力、二次网侧回水温度、二次网

10、侧回水压力、室外大气温度。示意图如下:1.变频补水控制二次网补水控制是根据二次网回水压力来调整补水变频器的频率,以此调节补水泵的转速。系统可实现二次管网回水压力的双定压控制。考虑到循环水热膨胀的特性,补水采用双定压设定的方式进行控制。循环水泵运行时,补水压力自动设定为一个压力值;循环水泵停止时,补水压力自动切换到另一设定的压力值上,以满足系统控制特性的要求。补水定压系统主要由:补水变频器、控制器、旁通取压管、泄压管等部分组成。其工作原理:压力传感器检测到的二次网回水压力,经调节器进行压力实测值与设定值的比较,并按照设计的调节规律,控制变频器改变补水泵电机的输入频率,进而调节补水泵转速,改变补水

11、泵流量,使二次网回水压力维持设定压力值范围内,从而实现恒压点的压力控制。当系统升温超压时,除报警外,电磁阀开启,泄掉多余膨胀水量,维持给定压力。2.二次网循环水泵控制控制框图如下:给定值(二次网进出口压差) 循环泵控制 根据二次网进出口压差控制当以室外温度为主调参数时,循环水泵下限频率要保证满足二次管网最不利点供回水压差的最小值,上限频率不能超过二次网供回水压差的设定值,在此频率范围内循环水泵根据室外温度修正的供水温度曲线调节。给定值(室外温度) 循环泵控制 PV 根据室外温度控制3.一次管网调节阀控制根据换热站运行曲线编辑,通过检测二次网供水温度和室外温度,自动调节电动调节补水压力控制模 型

12、控制增量综合限幅动、静态补水压力设定值的选择循环泵运行状态二次网回水压力测量值变频控制循环水泵控制模型计算二次网进出口压差变频控制调节通道控制增量综合限幅循环水泵控制模型控制增量综合限幅计算二次网进出口压差变频控制调节通道阀的开度,实现换热站的质调节;可以根据不同的时间段(如白天、夜晚不同,冬季、春季不同)设置 2 条以上的运行曲线,监控中心也可以根据经济分析,自动生成经济运行的曲线,管理人员通过网络可以修改运行曲线和设定参数,完成运行曲线的修改、移植;一次管网调节阀调节的主调参数是二次管网的出水温度,同时考虑到室外温度、时间、一二次回水温度差(DRT)的补偿。+ PV一次网控制的主要目的是:

13、根据室外大气温度及供暖时间的变化,按照要求的供热曲线,计算机自动计算出二次网供水温度设定值,然后调节一次网调节阀来保证供水温度达到设定值。在软件设计上,将二次网供水温度设定曲线做成折线给定方式,可由用户根据实际供热的要求键入。如北京地区的供热曲线如下表所示: 温度单位: 室外温度 -36 -33 -30 -27 -24 -21 -18 -13 -10 -5 0 5 10 15出水温度 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 48 45 42 39根据情况我公司设计的出水温度随供暖时间系数如下:单 位: 时 供暖时间 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 2

14、1温度系数 0.98 1.01 1.03 1.05 1.03 1.00 0.97 0.95 0.98 1.02 1.04 1.01一、二网回水温度差修正室外温度修正时间修正控制增量综合限幅二次网供水温度设定智能变形PID 调节调节阀调节通道二次网供水温度一次网调节阀控制室内温度随时间变化-例如公用建筑、办公室、教室、学生宿舍等可以在无人停留的时间内降低室内供暖温度,只进行值班供暖;住宅也可以在深夜适当降低室内温度,以更有利于睡眠。室内温度随空间和室外温度变化-公用建筑的过渡区的室内设计温度可以根据室外温度改变,以减小室内外温差,达到改善人体的过渡要求等。这样即考虑到室外温度对供水温度的影响,又

15、兼顾人们的生活规律对热量的需求情况的影响,保证室内温度调节的科学性。4.联锁、保护、报警换热站在以下运行工况时报警、产生连锁动作。1)换热器的一、二次侧设有超压报警,二次侧设安全泄压阀及泄压电磁阀作为超压保护,同时二次侧还设有超温保护。2)压差开关用于监测过滤器两侧压差,当压差超过设定值时,压差开关将输出接点信号至控制器、控制器输出报警信号提醒值班人员更换滤心。3)压力开关用于监测二次网供回水压力,当压力超过设定值时,压力开关将给出报警信号。4)温度开关装于换热站二次网供水管上,用于监测二次网供水温度;温度开关能在流过的水温度过高,引起汽化时开关动作发出报警信号。5.控制算法特点与常规仪表不同

16、的是,控制器可以最大限度的利用系统已有资源,随意进行系统组态,构成各种模式的控制系统。本方案随机提供的是变型 PID 调节系统,它是在典型 PID 调节器的基础上,加以改进和补充,而形成的一种新型控制算法,具有极大的灵活性和通用性,既有着强大的系统功能,也很容易为应用者所掌握。该控制算法的显著特点是:1)系统组态灵活。所谓组态,就是设定参与调节的诸变量,组建调节回路的系统结构。用户程序在各个调节回路中,向用户提供了一个控制参数设置表。表中,控制回路由一个反馈调节和二个前馈调节组成。这些参与调节的变量可通过键盘任意修改,而不必重新进行安装接线。这种软布线的组态方式,具有极大的灵活性和通用性,是任

17、何常规仪表都无法办到的。2)有多组 PID 参数。用户可将系统的流量偏差范围由小到大,划分为几段偏差范围区,每个范围区都设有一组与偏差范围对应的 PID 参数。程序运行时,系统按照实际偏差值,选择与之对应的偏差范围区,采用该区予置的 PID 参数进行控制运算。若偏差值发生变化,进入另一偏差范围区,程序将自动跟踪至新的偏差范围区,换用新区的 PID 参数进行控制运算。引入多组 PID 参数,可极大的提高调节品质,满足各种运行工况对调节系统的不同要求。3)具有抗积分饱合功能。本控制算法融入了我公司提出的双向积分理论。在积分项中设立双向积分,即将积分时间分成两个子项。当偏差值背离设定值有增加趋势时,

18、称为背向积分时间;当偏差值趋向设定值有减小趋势时,称为趋向积分时间。控制参数表中,用户可根据控制对象的动态特性,设定两个不同的积分时间。程序可根据偏差的变化情况自动选取积分作用时间。选用两个不同的积分时间可有效的抑制积分饱合,使调节系统的过渡过程得以平稳,调节循环泵的流量达到设定值使供热量满足换热站要求,提高换热效率,节约能源。4)能对执行机构步长进行限定。通过设定控制参数表中的步长而实现的。表中的最大步长是指执行机构每次可以动作的最大幅度。对最大步长进行限定,可以防止执行机构因每次调节量过大而造成的系统振荡。表中的最小步长是指执行机构每次可以动作的最小幅度。对最小步长进行限定,可以避免执行机构的频繁动作,延长设备使用寿命。5)可实现双向限幅。双向限幅是通过设置控制参数表中输出信号的最大值和最小值来限定调节阀的最大开度和最小开度。限定调节阀的开度是为了避免执行机构超行程运行而造成设备损坏。通常的作法是在执行机构上设置行程开关或在控制回路中安装限幅器。系统的这一功能,既可用于设备的机械保护,还可满足工艺要求,为生产过程提供安全保护。

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