自動(dòng)控制策略在合同能源管理中的應(yīng)用

李 明

(太原市熱力公司第二供暖分公司，山西 太原 030001)

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自動(dòng)控制策略在合同能源管理中的應(yīng)用

李 明

(太原市熱力公司第二供暖分公司，山西 太原 030001)

結(jié)合集中供熱工作的實(shí)際情況，介紹了合同能源管理的優(yōu)勢(shì)，分析了熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能，并探討了自控系統(tǒng)在合同能源管理中的實(shí)現(xiàn)策略，提升了公司對(duì)整個(gè)供熱系統(tǒng)的管理水平。

集中供熱，合同能源管理，自控系統(tǒng)，效益

1 概述

集中供熱系統(tǒng)以較高的供熱效率、清潔環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)勢(shì)在城市化進(jìn)程中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。但是隨著城市的不斷擴(kuò)大，供熱的覆蓋率也越來(lái)越大，出現(xiàn)了好多供熱面積達(dá)到上千萬(wàn)平方米的供熱公司，供熱的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，熱費(fèi)、水、電、鹽和人工費(fèi)用逐年上升，運(yùn)營(yíng)成本逐年增大，供熱能力和效率也越來(lái)越低。

合同能源管理，在國(guó)外簡(jiǎn)稱(chēng)EPC，在國(guó)內(nèi)廣泛地被稱(chēng)為EMC，是20世紀(jì)70年代在歐洲等西方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展起來(lái)的一種在市場(chǎng)運(yùn)作中總結(jié)出的全新的節(jié)能新機(jī)制。合同能源管理的經(jīng)營(yíng)機(jī)制是一種節(jié)能投資服務(wù)管理；用戶(hù)通過(guò)節(jié)能看到收益后，EMC公司與用戶(hù)一起共同分享節(jié)能成果，取得雙嬴的效果。

在集中供熱系統(tǒng)中引入合同能源管理，能實(shí)現(xiàn)對(duì)熱力網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)控制，能提升企業(yè)的管理水平和企業(yè)效益。為了進(jìn)一步提高運(yùn)行管理水平，節(jié)能降耗，我公司計(jì)劃引進(jìn)合同能源管理模式，由同方泰德公司全額投資建設(shè)熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為集中供熱系統(tǒng)提供能耗診斷、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目融資、設(shè)備成套、安裝調(diào)試、人員培訓(xùn)、全程運(yùn)行指導(dǎo)在內(nèi)的全系列節(jié)能服務(wù)，通過(guò)系統(tǒng)的建設(shè)和全程運(yùn)行指導(dǎo)來(lái)提升整個(gè)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平。

在整個(gè)合同能源管理中，熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建立是整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)。本文會(huì)對(duì)整套系統(tǒng)詳細(xì)介紹。

2 熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成及功能介紹

我公司目前共有熱力站249座，供熱面積達(dá)1 800萬(wàn)m2，熱源由大唐太原第二熱電廠提供，根據(jù)我公司的情況，熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)按6層形成遞階層次結(jié)構(gòu)，通過(guò)通信公司組建的VPN網(wǎng)連接到中央監(jiān)控中心。各層內(nèi)容包括：

1)基礎(chǔ)設(shè)備層：熱電廠、熱力站、中繼泵站、熱入口計(jì)量站等；

2)數(shù)據(jù)儀表采集層：現(xiàn)場(chǎng)儀表、壓力溫度傳感器、電動(dòng)閥、變頻器裝置等；

3)現(xiàn)場(chǎng)控制層：指現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制器，負(fù)責(zé)采集各模擬數(shù)據(jù)并上傳至中控室，并接收中控室下傳的指令；

4)網(wǎng)絡(luò)通信層：這里主要指采用通信公司搭建的虛擬局域網(wǎng)(VPN)的通信網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)連接中控室與各熱力站；

5)中央控制層：為整個(gè)供熱系統(tǒng)自控系統(tǒng)的核心。通過(guò)中控室對(duì)全網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控，接收各站點(diǎn)的參數(shù)，報(bào)警等，達(dá)到安全、節(jié)能、環(huán)保型供熱的要求，并保證供熱質(zhì)量；

6)信息管理層：根據(jù)信息管理層的服務(wù)，完成信息管理，全網(wǎng)統(tǒng)一指揮、事故處理，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，提高公司效益。

3 控制方案

3.1 現(xiàn)場(chǎng)控制層：熱力站自控系統(tǒng)

熱力站自控系統(tǒng)中系統(tǒng)控制單元是整個(gè)自控的核心設(shè)備，它是人機(jī)界面—PLC—站內(nèi)各變送器。人機(jī)界面采用觸摸屏與PLC功能模塊直接相連。通過(guò)核心控制器PLC接受來(lái)自中控中心全網(wǎng)平衡軟件的控制指令，PLC調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)控制策略，并將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)的上傳到中控中心全網(wǎng)平衡軟件?？杀O(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的壓力、溫度、電動(dòng)閥開(kāi)度、變頻器工況，并可以設(shè)置報(bào)警上下限進(jìn)行聲音報(bào)警，方便值班人員查看故障及整個(gè)工作過(guò)程。

PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，可以實(shí)現(xiàn)就地控制或某一參數(shù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，可調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開(kāi)度、變頻等；補(bǔ)水泵實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)或多臺(tái)泵的輪換定壓補(bǔ)水工作，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電量的降低。溫度變送器采用PT100熱電阻變送器，壓力儀表采用帶就地顯示的壓力變送器，一次側(cè)能耗計(jì)量采用超聲波熱量表，為了提高控制精度和穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)閥采用進(jìn)口電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。為了滿(mǎn)足控制站內(nèi)的二次網(wǎng)控制要求，PLC程序內(nèi)置壓差控制、流量控制和供水溫度控制功能，通過(guò)全網(wǎng)平衡軟件檢測(cè)二次網(wǎng)運(yùn)行工況，下發(fā)控制策略到PLC進(jìn)一步控制循環(huán)泵變頻器。一次網(wǎng)流量控制主要采用一次網(wǎng)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)，全網(wǎng)平衡軟件通過(guò)采集熱力站的溫度、閥門(mén)反饋值、熱源溫度、流量值等，采用一定的控制算法，控制一次網(wǎng)閥門(mén)開(kāi)度，減少一次網(wǎng)的水平失調(diào)度，達(dá)到均勻供熱的目的。

3.2 中央控制層

中央控制層是整個(gè)熱網(wǎng)自控系統(tǒng)的控制中樞；主要由網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器、客戶(hù)端、LED大屏系統(tǒng)等組成；網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備用于和熱力站PLC設(shè)備之間的通訊，利用運(yùn)營(yíng)商搭建的VPN專(zhuān)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和熱力站PLC設(shè)備之間的安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交換；數(shù)據(jù)服務(wù)器主要通過(guò)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采集熱力站運(yùn)行數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，供給組態(tài)軟件、上位全網(wǎng)平衡軟件作為數(shù)據(jù)源使用，承擔(dān)著數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)；客戶(hù)端系統(tǒng)是人機(jī)交互的窗口，通過(guò)組態(tài)軟件、全網(wǎng)平衡軟件功能實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警、報(bào)表曲線等工作；LED大屏系統(tǒng)用于將熱網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)通過(guò)LED大屏進(jìn)行展示，方便運(yùn)營(yíng)人員對(duì)供熱網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度和監(jiān)視。

3.3 信息管理層

信息管理層能讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，用于指導(dǎo)運(yùn)行，檢驗(yàn)可能的熱網(wǎng)運(yùn)行方案，用于輔助決策的高效率管理功能。

根據(jù)采集到的各參數(shù)進(jìn)行水力計(jì)算并分析，統(tǒng)計(jì)熱力站及全網(wǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)，如電耗、水耗、熱耗，用于指導(dǎo)值班人員進(jìn)行合理的處理和調(diào)節(jié)各站遇到的不同的情況，盡量減少各項(xiàng)費(fèi)用，為精細(xì)化管理和熱費(fèi)收取提供依據(jù)。

4 合同能源管理的效益分析

集中供熱自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)是傳統(tǒng)企業(yè)提升為現(xiàn)代化企業(yè)的必要途徑，合同能源管理是國(guó)家大力提倡的促進(jìn)企業(yè)提升管理、節(jié)能降耗的優(yōu)秀商業(yè)模式。采用合同能源管理模式進(jìn)行我公司的自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維支持將給公司帶來(lái)以下收益：

1)零投資、零風(fēng)險(xiǎn)獲得一套自動(dòng)化系統(tǒng)和全程的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。全部投資和風(fēng)險(xiǎn)由同方泰德承擔(dān)，業(yè)主只需要配合投資方進(jìn)行系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)調(diào)度。如果確有節(jié)能效果，業(yè)主只需用節(jié)能收益補(bǔ)償投資方的投資；如果節(jié)能效果好，業(yè)主還有可能分享到相應(yīng)的節(jié)能收益。合作期滿(mǎn)，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)償轉(zhuǎn)讓給業(yè)主，業(yè)主免費(fèi)獲得整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)。

2)獲得節(jié)能減排的最可靠保障。自動(dòng)化系統(tǒng)只是一個(gè)管理工具，要想使其發(fā)揮最好的作用，不僅要建設(shè)好這個(gè)系統(tǒng)，還要在系統(tǒng)的生命周期內(nèi)很好地維護(hù)這個(gè)系統(tǒng)，并結(jié)合供熱系統(tǒng)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的優(yōu)化控制和管理調(diào)度。否則，如果在過(guò)程中不能很好地維護(hù)和使用好系統(tǒng)，其作用就會(huì)大打折扣，甚至產(chǎn)生副作用。本項(xiàng)目采用合同能源管理的模式，由于投資方而不是業(yè)主承擔(dān)了全部的投資和風(fēng)險(xiǎn)，其投資的回收和收益只能依賴(lài)節(jié)能收益，因而可以從機(jī)制上極大地調(diào)動(dòng)投資方，不僅建設(shè)好系統(tǒng)，而且全面維護(hù)好系統(tǒng)，并利用自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)好整個(gè)供熱系統(tǒng)的積極性。本項(xiàng)目投資方將承擔(dān)整個(gè)合作期內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)工作和供熱系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的支持工作，全程安排技術(shù)人員參與運(yùn)營(yíng)、并調(diào)動(dòng)行業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家資源為業(yè)主提供最好的運(yùn)營(yíng)服務(wù)。

3)提升業(yè)主的運(yùn)營(yíng)管理水平。系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)得好，業(yè)主就可以居于一室而知全局，不必再“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”，供熱初期和整個(gè)采暖季不必再被動(dòng)地忙亂，“變被動(dòng)為主動(dòng)”，從容面對(duì)各種局部的和全局的變化。中控室自控系統(tǒng)24 h自動(dòng)運(yùn)行，記錄各項(xiàng)參數(shù)，并且提示各設(shè)備的運(yùn)行工況，降低員工工作強(qiáng)度，乃至實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”。本項(xiàng)目在部分熱力站設(shè)立視頻監(jiān)控，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)備看管和監(jiān)控能力。

4)社會(huì)效益的大幅提升。包括響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”號(hào)召，成為企業(yè)節(jié)能示范單位，為城市的節(jié)能、減少環(huán)境污染做出企業(yè)應(yīng)有的貢獻(xiàn)；改善供熱質(zhì)量，提升客戶(hù)服務(wù)水平，與供熱用戶(hù)形成更加良性的互動(dòng)；節(jié)省下來(lái)的熱能使公司的供熱能力進(jìn)一步提高，能擴(kuò)大更多的供熱區(qū)域，使更多的人享受到我公司的服務(wù)。

[1] 萬(wàn)百五，凌維侯.自動(dòng)化技術(shù)史[A].中國(guó)大百科全書(shū)——“自動(dòng)控制與系統(tǒng)工程”[C].1991.

[2] 吳蘊(yùn)章.自動(dòng)控制理論基礎(chǔ)[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，1999.

[3] 蔣慰孫，俞金壽.過(guò)程控制工程[M].第2版.北京：中國(guó)石化出版社，1999.

The application of automatic control strategy in contract energy management

Li Ming

(Second Heating Branch, Taiyuan Heating Power Company, Taiyuan 030001, China)

Combining with the actual situation of central heating work, this paper introduced the advantages of contract energy management, analyzed the structure and function of heating network automatic control system, and discussed the implementation strategy of automatic control system in contract energy management, enhanced the management level of company to whole heating system.

central heating, contract energy management, automatic control system, benefit

1009-6825(2017)12-0252-02

2017-02-17

李 明(1982- )，男，工程師

TU723.1

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