城市集中供熱監控系統設計

王惠芳

【摘 要】針對目前城市集中供熱系統中熱用戶可按照自己需要調整用熱量的情況，為保證供熱系統的可靠、節能與環保，對換熱站采用變流量控制方案，利用模糊控制策略實現二次網供水溫度控制，兼具良好的動態與靜態性能。基于互聯網構建監控系統，實現換熱站數據的采集、無線傳輸和遠程監控。

【關鍵詞】變流量控制；模糊控制；監控系統

中圖分類號： TU995 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）11-0102-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.043

隨著我國城市集中供熱事業的發展，采用集中供熱的用戶規模日益壯大。傳統的供熱系統采用定流量方式，用戶無法根據自己的需求自主調節供熱量和室內溫度，造成能源的浪費，并且傳統的系統按供熱面積收費，造成熱用戶的節能意識淡薄。為滿足用戶按需調節供熱量，設計換熱站變流量控制系統，使得供熱系統高效、節能、可靠運行。

1 換熱站工藝流程[1]

城市集中供熱系統由熱源、熱網和熱用戶三部分構成。熱源是指供熱熱水或蒸汽的生產制備環節。熱用戶是指采用集中供熱的城市居民用戶，熱網分為一次網和二次網，負責將熱能從熱源廠輸送至熱用戶。一次網將熱水和蒸汽從熱源廠輸送至換熱站，通過熱交換，由二次網送至熱用戶，供熱系統流程示意圖如圖1所示。

2 換熱站的控制要求與方案分析

2.1 換熱站的控制要求[1]

自主調節的供熱系統在每一個熱用戶加裝了熱量調節閥門和計量儀表，用戶居民可以根據自己的需求，通過調整閥門開度調整用熱量，從而調整室內溫度。當用熱量增加時，若供水流量保持不變，必然造成供熱溫度的下降，不能滿足采暖需求。若用熱量減小，還保持以前的供水流量，會造成能源浪費。為保證供熱系統的高效節能，必須實現以下控制目標。

（1）二次網供水流量要根據熱用戶采暖量的變化而變化，做到供需匹配。

（2）室外溫度一定時，二次網供水溫度保持相對恒定。供、回水溫差正比于傳熱量，因此二次網回水溫度應保持相對恒定，以避免供回水溫差過小，換熱效率低的情況。

（3）為保證供熱系統安全可靠運行，末端壓差不能過低。水壓過小，用戶端壓力不夠，無法達到所需溫度，還會有倒吸等安全隱患。壓力過大會對采暖設備造成損壞。

2.2 變流量控制方案

2.2.1 二次網供水溫度控制

（1）二次網供水溫度控制方案

在二次網溫度相對恒定的情況下，因供水流量在不斷變化，故所攜帶熱量在不斷變化。為保證供熱量，采用改變一次網供水量的方法來控制二次網供水溫度，以適應熱用戶對熱流量的隨機調整。二次網流量減小，溫度升高時，調節減小一次網供水流量，從而減少熱量傳遞，降低二次網供水溫度。反之，二次網流量增大時，溫度降低，調節減小一次網供水流量，從而減少熱量傳遞，降低二次網供水溫度。

（2）非線性量化因子模糊控制策略[2]

二次網供水溫度對象控制通道長，且具有非線性、強耦合的特性。利用傳統的PID控制策略可以消除余差，控制精度高，但動態性能差，無法取得良好的控制效果。模糊控制實現簡單，具有很強的魯棒性，對復雜過程或對象的控制能獲得良好的動態性能，但具有靜態誤差，精度差。

利用如式1所示的非線性量化因子替代基本控制器中的線性量化因子，等同于對模糊規則或隸屬度函數進行調整，相當于在控制的不同誤差階段，采用不同的論域范圍或不同分辨率的隸屬度函數，誤差較小時，提高隸屬度函數的分辨率，從而有效消除靜態誤差，提高控制精度。二次網溫度控制系統框圖如圖1所示。

2.2.2 二次網供、回水壓力控制

為保證有足夠的末端壓差，對回水壓力和供水壓力進行控制。回水壓力采用補水定壓的控制方式，若回水壓力低于給定值，則開啟補水泵補壓，壓力達到要求時停止。供水壓力通過改變循環泵轉速進行PID調節，當熱用戶開大熱量閥門，用熱量增加時，必然造成管網壓力降低，壓力傳感器采集到的壓力值低于設定值，則控制器根據偏差的大小，向變頻器發出信號，調整提高循環泵的轉速，從而增加供水壓力，保證末端壓差，以保證末端用戶正常采暖。

供、回水壓差的設定值依據供、回水溫差指標設定。壓差設定過大，流量過大，溫差減小，回水溫度升高，造成熱資源浪費。反之，壓差設定過小，熱流量不足，造成回水溫度過低。

3 監控系統整體架構[3]

集中供熱監控系統實現換熱站數據的采集、無線傳輸和遠程監控。利用可編程控制器PLC對換熱站數據進行采集及控制。PLC通過串口和無線數傳模塊GPRS-DTE相連，在DTU模塊中提前設置服務器地址，則由DTU模塊通過無線網絡將串口采集的數據透傳至服務器，不受地域分布影響，兼具實時性和準確性。監控中心服務器接收換熱站數據，并對數據進行可靠規范的存儲、記錄、顯示、報警等處理，亦可向PLC發送指令、傳送數據，進行控制系統等參數設置等。監控中心服務器接入互聯網，在網絡覆蓋區域，客戶端可隨時通過互聯網登錄監控系統了解換熱站運行情況，根據操作權限實施相應操作。監控系統整體架構圖如圖3所示。

4 結論

采用模糊控制策略的換熱站變流量控制方案，可以在熱用戶用熱量不斷調整變化的情況下高效運行，保證供需平衡，避免能源浪費。在此基礎上搭建的城市集中供熱監控系統，通過互聯網實現對換熱站及熱用戶實時連續監控，可在不影響供熱質量的前提下提高供熱企業的生產效率，避免人力資源浪費。

【參考文獻】

[1]李凱.變流量城市集中供熱分布式控制系統[D].河北科技大學，2008.

[2]H.F.WANG，X.M.LIANG，Z.Y.LIU. Simulation Research of Fuzzy Controller with Sigmoid Scaling Factor，Advanced materials research.2013，9：264-267.

[3]余保付.基于物聯網的智能供熱系統控制技術研究[D].天津工業大學，2016.