1、浅论集中供热首站智能网络系统的控制研究哈尔滨哈投投资股份有限公司供热公司 高阳 史宝国摘 要: 分析了目前集中供热系统存在的主要问题 ,论述了首站中汽-水换热器以凝结水流量为基础的控制方法以及智能网络控制系统的功能和结构,采用该自控系统具有明显的节能和环保效果“关键词: 集中供热; 首站; 汽-水换热器; 网络控制目前,我国集中供热已在很多大中城市普遍展开,热电联产集中供热又是城市集中供热的主要形式之一,其供热系统首站中汽-水换热的方式占绝大部分“ 本文主要论述供热系统的首站中汽-水换热器的智能控制方式( 不适用于水-水换热器的控制)“虽然首站中汽-水换热器的控制在节能!自动化方面已有了很大进
2、步 ,但仍然很难达到环保! 节能!舒适的有关要求,特别是自动化控制方面更是不尽人意“ 为了提高我国供热系统自动化水平,控制系统应逐步与国际接轨,开发出适合我国气候及生活习惯的人性化的控制系统14“1 我国供热系统存在的问题传统换热器换热效果差,换热效率低传统换热器的传热系数较低,直接结果是换热面积较大,即换热器的体积较大“这种换热器凝结水温度是饱和温度 ,容易二次蒸发,不得不采取加装疏水器的办法进行阻汽排水,直接造成了能源的浪费“换热系统控制落后,性能单一目前大部分换热器的控制还停留在利用控制阀(应用最多的是温控阀) 在一次热介质的进口控制热介质的进入量,来控制二次热介质出口温度的简单控制上“
3、这种控制的绝大部分都无远传接口,不能实现集中监控和远程控制,而且恒定的二次热介质温度已不适应当代供暖需求“为了提高供暖的科学性,可根据天气状况来调节二次热介质的温度 ,使用户室内温度达到恒定,这种要求是传统控制方式所力不能及的“随着供暖收费制的完善,热量计量收费制势在必行5!6,这样就要求达到室内有人和无人条件的随机控制,且需要有对网络的支持“这也是传统控制方法做不到的“ 因此换热器智能化控制系统的应用,将提高换热器的整体性能,使其达到一个更高的水平“凝结水温度高,能源浪费大普通汽 -水换热器的控制是通过控制蒸汽流量来控制换热量,在换热器的传统设计中,不能在换热时将蒸汽冷却到 100e 以下“
4、换热器噪声大,污染环境传统的温度控制方法是控制蒸汽量,当所需蒸汽流量比较小时,控制阀的开度非常小,这时在控制阀上的压降特别大,这种压降使控制阀产生很大的噪声“经过测试,其噪声可达 110“.2 智能网络控制系统的功能与结构本智能网络控制系统是我们在充分调研了汽- 水换热器市场的基础上,以节能降耗为目标,以实现智能网络控制为目的来开发研制的“它的应用对象是城市集中供热首站中的汽- 水换热器 “2.1 智能网络控制系统软件的先进性软件开发工具系统软件是以!2!等软件为工具开发的 “软件是一款工控软件,是一个面向方案的/2DA(人机界面) 平台软件“ 它基于流行的 32 位 Windows 平台,丰
5、富的/驱动能够连接到各种现场设备,分布式实时多数据库系统可提供访问工厂和企业系统数据的公共入口,内置/协议的网络服务程序可以充分利用或的网络资源“全部功能都是高度集成的 ,能高效率地传递用户所需要的信息“软件应用环境硬件:奔腾以上!32 以上内存!2.1 以上硬盘!381 彩色显示器!(可编程控制器)!传感器!外设和必要的联接设备 “软件:9为网络管理平台 “软件可实现目标建立换热器稳定可靠!覆盖所有有效区域的分布式生产实时! 历史数据库及其管理系统“该分布式实时生产数据管理系统是一个开放式的应用规模可自由伸缩的系统“通过实时数据库的压缩功能使全部历史数据可以保存 10 以上,从而完整地反映出
6、该供热系统的历年运行状况“该软件通过数据采集管理系统上传的数据,可全面管理整个生产区的工况“ 数据采集管理系统在换热器智能网络控制系统中处于最底层,它负责将换热系统实时数据从换热装置的自动控制系统中采集出来并将数据传输到调度室监控系统主机上,通过图形画面显示输出“该软件具有趋势!报警!查询等功能,使调度人员在调度室内了解各分布区域的生产情况 ,进行调度管理,也为今后建立全公司综合信息管理系统,实现无纸化办公和决策信息支持打下基础“2.2 网络系统开发控制方案为了提高换热器控制的可靠性,我们将工控机!和换热器的手动控制有机结合成一体“ 手动部将采集的建筑物标准温度( 此温度随地区 !供暖时间设定
7、 )!环境温度!热介质温度进行综合处理后,发出指令控制相应的设备“如环境温度降低时,建筑物要求供热量大 ,输出指令控制换热系统加大换热量,供水温度就相应提高;反之则调节换热系统减少供热量 ,降低供水温度“这种过程全天 24 在进行着,整个供暖期都在进行着“这种供热量随环境温度的变化而改变的运行方式,在保证了室内最佳温度的同时,最大限度地节约了能源“其次可根据东北! 西北!华北!华中!华东等地的情况确定出各地的控制曲线和切实可行的控制方案 ,包括不同地区的供热特性!夜间睡眠状态调节方式 !办公楼节假日调节方式等 ,以适应不同地区不同城市的要求,为供热系统的自动化节能运行创造了条件“另外还特别留有
8、用户调节接口以适应未来供暖的需要“换热器的控制方法根据以上采集的综合信息,设定换热器的出水温度,控制器根据出水温度调节凝结水的流量来控制换热量,即控制了换热器的出水温度“由于凝结水是液体,当对它进行控制时,不会发生体积膨胀,故不会产生噪声“ 换热器系统构成见图 1“采用这样的控制使凝结水在换热器内流动的时间加长,增加了凝结水在汽-水换热器中与换热器进水的水-水换热过程,相当于在汽 -水换热器的凝结水出口处增加了 1 台水-水换热器,可进一步降低凝结水的温度,提高换热器的换热量“一般情况下,凝结水的温度可达 60e 以下,可见其节能效果明显“控制原理是:控制系统根据液位传感器和出水温度传感器反馈
9、的综合信息,经过分析比较后,控制调节阀对凝结水的流量进行调节,其间接的结果是对蒸汽流量的调节,即对换热量的调节“网络控制系统结构网络控制系统结构见图 2“系统中设有现场数据采集工作站 (简称现场采集站)!控制中心服务器 (简称服务器 )!管理机组等单元,现场采集站用于集数据和控制现场设备的工作,服务器用于保存数据和连接整个系统,管理机组用于对整个系统进行监视和管理“现场采集站 1!服务器和管理机组用/协议联接在一起,构成一个局域网“现场采集站 6 通过 485通信方式连接到服务器,现场采集站 25 通过(调制解调器 )通信方式连接到服务器“另外还可采用无线数据传输系统实现无线传输,可不受地点的
10、限制“各计算机连接方式如下:控制室内设服务器和管理机,管理机采用普通计算机,该机可连接大屏幕,其他工作室内设普通计算机与这些计算机构成小局域网“该局域网通过普通( 集线器或交换机 )连接(这样做价格比较便宜),再通过光纤与光纤连接,该小局域网与其他工作站组成虚拟局域大网“现场控制系统结构现场控制系统方案有 2 套“第 1 套方案使用,通过(2, 微波数据系统 )数传电台与控制中心联系传递数据“特点是传输速度快,可以实现现场过程控制,建站方便快捷,缺点是造价稍高“ 工作站和中心站的控制系统由工控机!和传感器( 包括流量变送器!温度变送器!压力变送器! 液位变送器等)组成“ 第 2 套方案使用现场
11、采集站 ,通过实现拨号数据连接“特点是内存大,可储存 1 月的数据,通过拨号连接后,可将数据上传“数据通信方案采用无线或拨号通信,前者每个站数据采集时间 0.5,后者为 4050“无线方案:总站建主天线,作为数据采集的中心,通过中心的计算机和工控软件将数据采集到计算机上,然后进行处理“拨号方案:每 40 个站作为 1 个基本单元 ,用 1 个和它们进行通信,采样 1 轮所需的时间为2000,即约 33 巡检 1 次“优点是通过虚拟网连接费用低 ,约为 1160 元/月“拨号系统设计采用公用电话网络,用电话拨号方式实现各现场采集站(本地控制显示器) 与中央监控中心(,数字处理器)的通信“其优点是
12、 :工程量少,只需申请电话号码,不涉及申请频道或市政施工,运行维护量少,电话网络不需要自已维护,造价低“租用专用电信线路通信,用于热电厂(2, 分散控制系统)与之间的通信“造价虽然高一些,但通信通畅,没有线路拥挤问题“ 前端通信机定期从各现场采集站采集数据,保证了数据库的实时性“根据监控需要,还可向各现场采集站发送控制指令“ 现场采集站与的通信机的数据通信,通过和公用电话网或专用电信线路通信,通信速率在12009600/范围内可选“本系统采用公用电话网络,用拨号方式实现通信“控制中心功能在中央控制室能对全系统被控设备进行在线实时控制,如启停某一设备,手动或自动执行程序控制,切换控制方式及对现场
13、参数设定值的修改等“所有的控制命令均是通过良好的中文人机界面进行,并依据控制对象重要性有不同等级的密码保护,所有操作的时间!操作人员! 操作对象均被作为系统事件记录在案“显示功能 :用图形实时地显示各站被控设备的运行工况,用模拟仪表!趋势图! 曲线! 棒图动态显示某参数的实时变化情况,使生产管理人员能够一目了然地了解全系统的生产运行情况“数据管理 :依据不同运行参数的变化快慢和重要程度,建立生产历史数据库,存储生产原始数据,供统计分析使用“根据硬盘容量和系统点数,可以定期地把历史数据库备份到其他存储介质,以便于历史回溯“数据处理:利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较!累加等分析和计算 ,
14、得到一些在系统中不可能实际测量到的参数,深入地了解系统的运行工况,并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去“报警功能:当某一模拟量( 如流量! 压力等) 测量值超出给定范围或某一开关量( 如电机启停! 阀门开关等)发生变位时,可根据不同的需要发出不同等级的报警(如输入到报警表!屏幕显示报警信息!打印机输出报警信息! 声光报警),并可依据报警信息推出相应的动态画面 “所有的报警信息均被记录在报警数据库中,并可对报警信息进行排序和检索,方便以后的事故分析使用“报表功能:自动生成并存储年! 季! 月!日报表“报表可以分页设计 ,真正实现所见即所得 “打印功能: 可以实现报表和图形打印以及各种
15、事件和报警实时打印“打印方式可分为即时打印! 召唤打印!事件触发打印,打印任务可以指定到不同的网络打印机完成“通信功能:软件是基于标准的 2 平台开发的系统软件,充分考虑了与其他系统信息交换的必要性,支持如! 和等动态数据交换标准,可以提供各种方式实现与公司上层系统数据交换“冗余功能:2 台服务器互为备份,主服务器失效时,所有功能切换到备份服务器“当主服务器恢复 ,将所有功能切换到主服务器时,主服务器故障期间所有数据由备份服务器拷贝到主服务器“2 台服务器数据同步,确保数据一致性“3 结语该技术采用控制凝结水的流量来控制换热设备的换热量,具有噪声低!成本低以及节能! 降耗等许多优点“ 通过延长
16、凝结水在换热器中的流动时间,增加了凝结水的二次换热过程 ,从而将汽-水换热和水-水换热融为一体 ,不只是减少了换热器的数量,更重要的是凝结水的温度更低,换热器更加节能“该系统将先进的计算机技术!网络通信技术! 自动化控制技术与换热技术有机地融合在一起,实现完全自动化运行,无需专人值守“参考文献:1 孙恺尧.哥本哈根热网的过程控制系统.煤气与热力,1990,10(5):53-57.2 胡维俭.微机自控技术在热力站温度控制中的应用.煤气与热力,1993,13(6):56-59.3 寇群,李百红,余宝法.热力站系统的控制模型.煤气与热力,1999,19(3):55-56!59.4 娄承芝,曹国庆,安大伟,等.模糊与综合控制在热网的应用.煤气与热力,2003,23(3):152-154!157.5 柏晨,安大伟,娄承芝.计量供热系统热源和热网的自动控制.煤气与热力,2003,23(11):669-671.6 陈红兵,涂光备,陈华.计量供热系统总量控制的探讨.煤气与热力,2004,24(1):30-32.
