新技術下無人值守換熱站系統的設計

董 強

(太原市熱力公司東山分公司，山西 太原 030013)

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新技術下無人值守換熱站系統的設計

董 強

(太原市熱力公司東山分公司，山西 太原 030013)

對集中供熱工程的特點及設計要求進行了分析，從新型的自動化控制技術和網絡技術兩方面，提出了采用網絡化的無人值守換熱站系統的設計，提高了企業效益并解決了運行精度方面的需求，為今后同類工程提供參考。

無人值守換熱站系統，集中供熱，網絡技術，中心控制室

1 集中供熱面臨的形式

集中供熱是當今使用最多，負荷面積大，控制方便的供熱方式。其結構為:熱源、一次管網、換熱站、二次管網、用戶。熱能由熱源產生通過一次管網輸送到換熱站，由換熱站換熱后輸送給用戶。上述流程中熱源和換熱站都有著復雜的運行系統，電器設備相互按需協作運行是節能降耗的前提條件。供熱面積大、用戶地域分布廣、加壓設備負荷、用戶管道承壓的差異性決定了換熱站種類和數量較多。一個換熱站需要6個人員才能保證值班運行。一個熱網系統需要很多的擁有技術資格的運行人員才能保證熱網的運行。對于熱力企業減少投入的人工成本和降低人員的損耗是經濟方面迫不及待的問題。綜上所述需要設計一個無人值守換熱站系統。其特點是換熱站能實現自動化無人值守運行、換熱站與熱源和換熱站與換熱站之間能進行自動化通訊。

2 無人值守換熱站系統的分析

無人值守換熱站系統的結構分為：中心控制室部分、片區中心站部分、換熱站就地控制部分、網絡通訊部分、外網拓展部分。下文分別分析和設計這五部分內容。

2.1 中心站控制室

中心站控制室主要完成對各換熱站就地控制的監控功能、對整個系統進行統一決策。系統流程：中控室服務器利用上位組態王軟件采集網絡上每個換熱站就地的實時數據，數據通過全網平衡軟件分析后，服務器給出控制數據發送到每個熱力站的PLC(可編程邏輯控制器，是一種采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程)。PLC做出響應調節換熱站的一次網回水電動閥門。使二次網溫度高的換熱站較一次網閥門關小，減少這個站的流量。同時開大較低溫度換熱站的一次網閥門，讓其得到更多的熱能。這樣動態的控制達到全網平衡的目的。同時中控室還具有生產報警功能，各換熱站PLC發送給中控室服務器的壓力、溫度、液位信號與組態軟件中的警報設定值比較，產生報警。通過上位組態軟件調節補水泵啟停、變頻器頻率來讓換熱站系統正常運行。中控室的組成：服務器、防火墻、交換機、路由器、網絡終端機、電腦終端。

2.2 片區中心站

目前大城市化的發展速度越來越快，城市覆蓋的面積以驚人的速度增長。供熱居民區不僅數量多，而且分布廣。實際工作中，一個中心站控制室的人員面對300個或300個以上的熱力站進行管理捉襟見肘。系統設計引入片區中心站概念，把龐大的供熱區域分解成為幾個片區。其功能是將中控室的數據發送到片區中心，操作員通過對片區內各站數據的分析，快速做出反應。同時無人值守換熱站加裝視頻監控系統，片區中心站可以分擔中控室對視頻監控的工作。

2.3 換熱站就地控制系統

換熱站系統的結構為：一次網供回水管路、換熱器、二次網供回水管路、循環泵、補水泵或一次直接補二次網電磁閥。根據工藝流程控制將系統分為以下幾部分。

2.3.1 換熱站就地監控系統

以換熱站就地控制器為核心，現場的溫度、壓力、流量、熱量、閥門開度、泵的啟停信號出送到控制器，由其進行A/D轉換并判斷處理，實現就地控制。

2.3.2 現場儀表和執行原件

現場儀表和執行原件包括：壓力表、溫度表、液位計、流量計、熱量計、液位、變頻器、電動閥閥門。

2.3.3 通訊系統

通訊系統可采用無線通訊、大型局域網通訊、大型局域網加互聯網的拓展模式通訊。

2.4 換熱站就地信息采集原理

1)溫度方面利用PT100熱電阻的特性：它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關系為:當PT100溫度為0 ℃時它的阻值為100 Ω，在100 ℃時它的阻值約為138.5 Ω。它的工業原理:當PT100在0 ℃時它的阻值為100 Ω，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的?，F場PT100熱電阻通過變送器將變化的電阻信號轉換成電流信號由通信電纜傳輸給就地控制柜，信號由控制柜中的AI模塊接受并轉化為數字信號傳輸給PLC。PLC將數字信號按比例關系轉化到寄存器中。就地控制觸摸屏和中控室服務器從相應的寄存器讀取數據處理后顯示到屏幕。

2)壓力方面：利用壓力變送器的特性：介質壓力直接作用于敏感膜片上，分布于敏感膜片上的電阻組成的惠斯通電橋，利用壓阻效應實現了壓力量向電信號的轉換，通過電子線路將敏感元件產生的毫伏信號放大為工業標準信號。信號通過AI模塊到達PLC。

3)液位可采用壓力變送器測量，根據水的密度計算出壓力下水柱的高度。

4)循環泵變頻器方面：變頻器的通訊模塊發出的電流、頻率、故障信號，通過AI模塊到達PLC。

2.5 換熱站自動化控原理

PLC通過對采集信息的處理，根據程序設定做出反應。

1)補水泵啟停：補水泵一般對二次管網的回水管進行補水。PLC將采集到各二次網壓力和程序設定值比較，如果現場值低于下限設定值則PLC發出信號到DO模塊，由DO模塊處理并發出24 V電流信號作用補水泵電機繼電器吸合，達到補水功能。如果現場值高于程序設定上限則中斷電流信號，補水停止。這樣完成了一次自動補水。

2)循環泵的控制：中控室服務器或觸摸屏控制器對PLC發出信號，PLC接收并處理將啟停和頻率信號傳輸給變頻器，變頻器接收并完成動作。部分采用了變頻器的補水泵配合補水程序能實現恒壓供水。

3)一次網回水電動閥門的控制：全網平衡軟件通過服務器給予PLC調節電動閥的信號。PLC處理信號后發送給AO模塊進行數模轉換，AO模塊將處理后的模擬信號傳輸給電動閥，電動閥動作。這樣完成了一次全網平衡調節。

2.6 通訊部分

隨著網絡技術的飛速發展，無人值守換熱站系統可采用兩種通訊方式分別為：GPRS DTU方式和基于通信公司網絡架設的專線局域網9(之后簡稱專線局域網)。GPRS DTU是一種物聯網無線數據終端，利用公用GPRS網絡為用戶提供無線長距離數據傳輸功能。是專門用來將串口數據轉換為IP數據或將IP數據轉換為串口數據，通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。專線局域網是一種有線網絡，在通信公司的網絡上架設企業自己獨立的局域網。GPRS DTU方式用于無人值守換熱站系統優點在于：DTU提供標準的RS-232接口，工業標準設計，可直接與下位機設備透明通訊?？梢允狗荌P系統通過串口輕松實現GPRS網絡和Internet接入并提供安全、透明的傳輸信道。缺點：由于全網平衡控制系統需要實時控制，受無線網絡波動和數據滯后影響大。專線局域網方式的優點：構架網絡時，只要換熱站附近有通信公司機站就能將換熱站設備有線接入網絡。有線網絡傳輸穩定，能滿足系統高精度的要求。

2.7 外網拓展部分

移動設備的飛速發展使工作變得高效、方便、快捷。工作人員通過安裝有下位軟件的移動設備，無論是在辦公區域、道路、車輛等位置都能完成無人值守換熱站系統的操作。外網拓展部分根據以上需求出現了。其內容主要是：通過有線或無線訪問Internet網，由通信公司制定的無人值守供熱系統局域網絡的外網端口進入局域網。設計網絡時從網絡安全方面考慮，局域網內的用戶不能訪問Internet網。由外網進入外網端口要有IP注冊管理、訪問權限限制、賬戶密碼注冊。外網功能的拓展不僅對熱力企業人員工作效率有提升，而且用戶可以接收發布到外網上的運行數據，從而降低了多年存在的用戶查詢不便的問題。

3 結語

本文分析和設計了集中供熱運行現狀，根據目前先進的自動控制技術和高速、多功能的網絡，針對快增長的供熱需求。設計出一個具有網絡化的無人值守供熱系統。分析了換熱站自動化控制原理、全網平衡控制架構、通訊網絡的選擇以及未來網絡的應用方向。這個系統經過實踐證明是有效可行的。

[1] 尚偉紅.供熱工程[M].北京：北京理工大學出版社,2017.

[2] 王萬良.自動控制原理[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3] 王冀魯.網絡技術基礎與Internet應用[M].北京：清華大學出版社，2009.

On design for unattended heat exchange station in new techniques

Dong Qiang

(DongshanBranch,TaiyuanThermalPowerCompany,Taiyuan030013，China)

The paper analyzes the features and design demands for the central heat-supply projects, points out the internet design for the unattended heat exchange station from the new automatic control technique and network techniques, so as to improve the enterprise benefits and solve the demands for the operation accuracy, so as to provide some reference for similar projects.

unattended heat exchange station, central heat-supply, internet technique, central control room

1009-6825(2017)17-0109-03

2017-03-20

董 強(1983- )，男，助理工程師

TU995

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