集中供熱系統中熱網的電氣自動控制

時永豹

(太原市熱力集團有限責任公司， 山西 太原 030013)

引言

伴隨著社會的快速發展，集中供熱系統融入到人們的日常生活中。目前，我國城市集中供熱已成為現代化城鎮的重要基礎設施之一，并取得了較大的進展。研究發現，在集中供熱系統中加入自動控制技術，尤其在熱網控制中加入自動化控制系統，可及時調整供熱系統，有效提升熱網運行的穩定性以及平衡性，使得供熱更加均勻[1]。據調研可知，現階段我國熱網控制自動化進展依然處于初級階段[2]，對集中供熱系統中熱網電氣自動控制的相關問題研究，對我國供熱行業在自動化的發展道路上意義重大。

1 我國城市集中供熱熱網電氣自動控制系統的發展現狀

近年來，隨著自動控制系統的廣泛應用，集中供熱系統中也開始進一步部署這種自動控制系統。目前，國外的熱網控制已完全融入自動化系統，而我國因受到技術、經濟等條件約束，城市集中供熱系統仍舊與其有很大的差距[3]。如，我國城市集中供熱系統中自動化技術的發展較為緩慢，熱網的管理和控制還不能夠由信息網絡實現；我國對熱網的控制和調節尚不成熟，自動化控制系統的實踐效率沒有取得理想的效果等?？傊?，雖然我國集中供熱熱網自動化系統取得了一定的發展，但目前我國熱網控制還未真正完全融入自動化系統，我國還需不斷引進世界各國先進的科學技術，使自動化控制形式向多元化方向發展，從而促進熱網自動化控制系統的運行效率得到更加充分的體現。

2 城市集中供熱系統自動化調控的基本原理及優勢分析

2.1 城市集中供熱系統自動化調控的基本原理

伴隨著集中供熱的成熟化，近年來熱網的電氣自動控制逐漸應用到供熱系統中。熱網自動化控制系統能夠對全部熱力站進行實時控制和監測，并及時發現與解決系統中的故障，從而實現更好的供熱控制與供熱效果。一般而言，熱網自動化控制系統主要由熱力站及熱源廠兩個部分組成。熱網自動化控制系統的自動調控原理及功能主要體現在中心調度控制室、各小區熱力站及通信系統三個方面。其中，中心調度控制室負責對全部熱力站內的所有儀器設施進行遠程觀測，并通過詳細的研究及比對，得出正確的控制指令，從而有效地調節熱網系統；各小區熱力站負責根據預定溫度值或者通過直接執行上一次系統執行的指令，進行閥門的控制及調節；通信系統負責傳輸及配置熱力站和中心控制之間的有關數據。

2.2 熱網電氣自動控制的優勢分析

目前，自動控制系統因其能夠很好地解決人工不足等問題，已經廣泛應用于各工業領域。與此同時，熱網電氣自動控制系統的發展也取得了較大的進步。在以往傳統的集中供熱系統中加入電氣自動控制技術，具有如下優勢[4]。

1）熱網電氣自動控制可以節省大量人工，彌補人員缺乏的問題。

2）熱網電氣自動控制能夠對用戶以及氣候溫度實行即時的監控，以控制好供暖溫度、熱量，提供更好的用戶體驗。

3）熱網電氣自動控制可在較短時間內精準的分析處理大量數據，快速發現和解決問題，減少盲目性。

4）熱網電氣自動控制能在全面保證供熱質量的基礎上，減少能量損耗，適應現代社會節能環保的新形勢與新要求等。

3 集中供熱系統中熱網電氣自動控制運行要點探討

現階段，城市集中供熱系統發展迅速，其中熱網自動化控制因能夠提升熱網運行的穩定性及平衡性，因此發展最為顯著。然而，要實現集中供熱系統中熱網電氣自動控制，就必須注重熱網電氣自動化控制控制方案的相應要點。

3.1 熱網電氣自動控制的主要設備及其作用

城市集中供熱是城市能源建設的一項基礎設施，其一般組成為熱源、熱網、換熱站、熱用戶等，相關參數有熱網壓力、熱網流量以及溫度等。集中供熱系統熱網電氣自動控制在運行過程中，需要通過電氣自動控制設備調節相應的熱力參數，而控制這些熱力參數的電氣自動控制設備主要有中央數據處理器、電動調節閥、現場控制器、變頻器等[5]。

1）中央數據處理器在自動控制系統中起到了絕對的主導作用，可以通過多通道輸入及輸出數據信號，實時處理相關參數信息。

2）電動調節閥在自動控制系統中屬于關鍵性設備，其遵循標準信號動態調節系統，以中央數據處理器中傳入的控制信號為準，調節過程更穩定。

3）現場控制器可以實時采集和分析如水壓、水溫、水位等運行參數，并根據上位機下發的程序發出一些控制指令。

4）變頻器在電氣的自動控制過程中有著優秀的調節作用，能切換電機數據和命令數據，有效防止接地故障、短路及保護電動機等。

3.2 供熱系統熱網的電氣自動控制過程

研究顯示，實現對供熱溫度的均衡調節是熱網電氣自動控制的主要方案。均勻性調節模式不僅能在很大程度上降低供熱能源的消耗，還能大大地提高供熱效果，有效地改善人們的生活水平及質量。實現對供熱溫度均衡調節的電氣自動控制過程具體如下。

1）中央控制室是供熱系統熱網電氣自動控制的核心部分，其室內上位機一般選擇質量優異的工控機。同時，工控機需要配置組態軟件和全網平衡控制軟件。相關技術人員通過組態軟件采集各個熱力站的實時畫面，收集熱源的溫度、壓力、流量等參數信息。全網平衡軟件則根據獲得的參數信息，采用一定的控制算法，通過組態網控制一次網電動閥門的動作，從而減小熱網的水平失調度。

2）熱力站的調控能力對熱網自動控制系統運行效率至關重要。當前，我國能實現二次網回水和供水平均溫度的統一，實現均勻性調節形式，主要建立在保證熱力站調節控制能力的基礎上。熱力站自動控制系統的構成主要包括測量儀器、熱力站自動控制器、熱力站內的運行設備及通訊設備等。其中，測量儀器主要有供回水溫度、壓力變送器、水流量表等；自動控制器采用最為先進的自動控制器；運行設備主要有變頻器、水泵、循環泵、調節閥、電磁閥等；通訊設備主要為光纖寬帶通訊傳輸儀器。

3）變頻器在熱網電氣自動控制過程中有著優秀的調節作用。此調節作用主要體現在通過變頻器來實現對循環水泵的控制，具體調節過程如下：首先，中央控制器上的監測裝置捕捉二次管網的壓力變化；其次，對接受到的數據進行分類、匯總、整理，并傳送到現場控制器中進行實施處理；第三，控制器根據上位機下發的程序向變頻器發出指令，變頻器接到控制信號后，進行水泵的頻率控制，進而使熱網得以高效、合理的運轉。

4）溫度傳感器是熱網電氣自動控制系統控制水溫的必要元件。其主要運作方式是[6]：首先，采集相關溫度信息傳送到現場控制器，如室內、室外溫度及熱力站的供水溫度等；其次，現場控制器分析處理相關信息并計算出二次網循環水的溫度；第三，電氣自動控制的調節閥根據現場控制器計算結果發出的指令，改變進入換熱器的一次流量，從而調節二次循環水溫。值得注意的是，要將一次網的循環周期設定為調節閥的調幅時間，因為二次網循環水均溫要在一次網循環一個周期才能采集到。

5）通訊系統是整個城市集中供熱系統的連接樞紐。目前，通訊傳輸方式主要包括GPRS、ADSL、光纖等。如通過光纖通信網絡，上位機下發指令信息到現場控制器，同時，現場數據情況也會被采集，再通過光纖通信網絡上傳到上位機，從而實現城市集中供熱系統熱網的電氣自動控制。

3.3 全網自動控制平衡軟件的監控中心

全網自動控制平衡軟件監控中心是熱網電氣自動控制的核心，其主要由工控機和數據傳輸設備組成。監控中心主要功能如下。

1）數據的遠程采集與實時監控。熱網監控中心可以接受到各熱力站的傳輸數據，其檢測較為全面，可以快速掌握各熱力站的運行情況，有利于及時發現問題并予以處理。

2）遠程控制及實時調控。遠程控制內容包括控制閥門、啟停泵、設定水溫值等。監控中心軟件可通過收集一次網的流量和壓力等，為二次網自動計算并分配相應的供應熱量，實現熱網平衡、穩定的運行。

3）報警管理與調度指揮。表現為當熱力站發生超壓、超溫等非正常情況時，熱力站監控中心攜帶報警功能的軟件會立即發出報警信息，并及時診斷、檢修和控制。熱網監控系統的調度室可以掌握全部熱力站的運行參數，從而使熱力站可根據調度室發出的調度指令，對熱力站進行調度，實現熱量均攤。

此外，全網自動控制平衡軟件的監控中心還具有歷史數據查詢、節能與權限管理等功能，從而使供熱量和需熱量相匹配，促使系統向節能發展。

4 結論

熱網自動控制系統是現代先進技術的體現形式，其作為我國城市集中供熱系統中主要的自動化控制系統，使集中供熱系統取得了顯著的效果。然而，隨著熱網自動控制系統的應用越來越廣泛，許多相關技術都需要進行更新，必須加強熱網自動化控制相關問題的研究，在新的大供熱需求與節能環保理念下，改善供熱系統的設計，滿足用戶需求、減少能源浪費及環境污染的多需求。