全自動無人值守換熱機組和熱網監控系統

  全自動無人值守換熱機組和熱網監控系統  

全自動無人值守換熱機組和熱網監控系統  邯鄲市熱力總公司   原創 （濟南工達孔功根據情況給予修正）

【摘 要】本文對全自動無人值守換熱機組和熱網監控系統的原理和實現進行了探討，并結合工程實例對換熱機組的自動控制部分和熱網監控系統的設計進行了說明，介紹了現場調試的一些經驗。 

【關鍵詞】集中供熱 換熱機組 熱網監控  

一、全自動無人值守換熱機組和熱網監控系統 概述       

 當今能源問題已經成為普遍關注的熱點話題，各國對能源都普遍關注。我國建筑能耗與發達國家相比明顯過高，因此采用新型供熱方式、設備和系統，節能減排，是解決我國相對能源緊張和環境污染的有效途徑。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供熱方式已發生了很大地變化，由原來各單位分散的鍋爐供熱，發展為一個城市由一個或幾個熱電廠提供熱源，市內各小區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、現場總線等現代*技術，實現了智能化全自動控制。可編程控制器通過對一次網電動調節閥的調節，二次網循環泵、補水泵變頻器的控制，實現了多種供熱模式的自動運行。供熱的調節模式有改變二次網供水溫度的質調節，改變二次網供水流量的量調節，改變溫度和流量的聯合調節幾種模式。通過調節一次網電動調節閥改變二次網供水溫度，供水溫度可根據室外溫度自動調節再復合時間修正，也可設置固定的數值。通過調節循環泵變頻器改變二次網供水流量，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，提高了供熱質量，通過變頻器的使用也節省了電能。

 熱網的集中監控是集中供熱發展的必然趨勢，是提高供熱質量和熱量利用效率的重要手段，通過熱網集中監控系統的實施也可達到節能的目的。當對某個換熱站熱能供應充分時，通過機組的現場自動控制系統，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，區域一次熱網同時存在水力失調時，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。通過熱網集中監控系統，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量。 熱網集中監控系統由三個層次設備構成，層是現場控制系統，實現換熱機組的本地控制；中間層是通信系統，用于現場控制系統和控制室的通信；頂層為控制室，是熱網的監控中心，用于整個熱網的狀態監視和控制，可以顯示系統的運行參數，并能對熱網進行控制。熱網集中監控系統如圖一所示。 

二、現場控制系統的基本原理

 我公司生產的全自動無人值守換熱機組現場控制系統基本原理是：現場控制系統以西門子供熱行業專用可編程控制器POL638為核心，在換熱器的一次、二次側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據通過串行通信口送入計算機（觸摸屏），實現現場的數據監控，并可以加裝通信卡實現對換熱站的遠程監控。 控制器通過采集二次側回水壓力對補水泵起停進行控制，實現變頻定壓；根據二次側供回水壓力或二次供回水壓差來控制循環泵變頻運行；通過控制一次側供水管路中的電動調節閥的開度，來控制二次供水的溫度值。可根據室外溫度與供水溫度的經驗曲線調節供水溫度。

全自動無人值守換熱機組和熱網監控系統 現場控制系統的原理圖如圖二所示。 

三、通信系統 

通信系統是多個換熱站和監控中心數據傳輸的通道，根據集中供熱工程對監控系統的技術要求和投資規模、當地通信基礎設施情況，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、電話網、寬帶網、GPRS網，下面就這幾種通信方式進行分析比較。

 1． 有線專網

 1） 敷設專用通信光纜，是穩定可靠的通信方式，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 

1） 有線通信，網絡覆蓋面廣，信號穩定，由電信部門負責維護。

 2） 進行數據通信時要通過調制解調器撥號建立連接，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

 1） ADSL寬帶，有線通信，網絡覆蓋面廣，信號穩定，由電信部門負責維護。 

2） 永遠在線：用戶可隨時與網絡保持聯系。

 3） 傳輸速率高：采用了分組交換技術，數據傳輸率高。 

4． GPRS網 

1） 覆蓋面廣：是在GSM網絡上增加的數據通信業務。

 2） 傳輸速率高：數據傳輸速率可達到171.2kb/s。 

3） 永遠在線：用戶可隨時與網絡保持聯系。

 4） 按流量計費：按照用戶收發數據包的數量來收費，沒有流量傳輸不收費。 根據目前通信網絡的應用情況看，有線網絡ADSL寬帶網應用的普遍，無線網絡GPRS網絡應用的較廣泛。

 四、熱網監控中心 

熱網監控中心通過換熱機組現場控制系統對換熱站參數進行實時的采集，綜合分析熱網工況，根據熱網運行工況對熱網進行優化調度，向換熱機組發出控制命令，分配各換熱機組所需的熱量，平衡全網供熱需求，保證全網安全經濟運行。同時對采集的參數存儲、打印。 熱網監控中心硬件配置有工程師站、數據庫服務器、大屏幕投影儀、打印機等設備。軟件配置有工控組態軟件，如西門子熱網專用組態軟件DESIGO  INSIGHT、工業組態軟件Win CC 、國產軟件組態王等，這些軟件所實現的功能基本相同。

全自動無人值守換熱機組和熱網監控系統其基本功能有： 

1. 熱網系統畫面的組態：可以在系統畫面上實時顯示熱網系統的參數，并可通過系統畫面直接操作控制各控制元素。 

2. 趨勢圖顯示：組態軟件可記錄各參數的值，并以趨勢圖的形式顯示出來。 

3. 報警設置：可設置監控參數報警的上下限，當參數超觸發報警信號。

 五、全自動無人值守換熱機組的實現 

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 

電動調節閥：西門子VVF43西列

電動執行器：西門子SKC62

 變頻器：EV2000-4T0300P，額定功率30kW，用于循環泵；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開發的專用控制器，該控制器穩定可靠，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調試軟件具有現場仿真在線調試功能，為工程實施人員現場調試提供了極大的方便。 在本例中，循環泵、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，循環泵和補水泵的運行狀態和故障信號送入控制器的DI，循環泵、補水泵的頻率給定和電動執行器的給定用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泵的轉速可以調節循環泵的輸出流量，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端接循環泵和補水泵，COM端是變頻器的公共端，FWD是正轉運行命令控制端子，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，控制器根據當前壓力將適當的頻率送入變頻器。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進行設置，還可實現過程閉環控制，功能十分強大，用戶使用起來方便靈活。

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