淺析無(wú)人值守?zé)崃φ咀詣?dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)與改進(jìn)

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司第四供熱分公司 山西 太原 030032)

引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)各行業(yè)企業(yè)工廠“節(jié)能環(huán)保”、“精細(xì)化管理”的觀念深入人心，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化也提出新的要求。目前國(guó)內(nèi)大部分設(shè)備的自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)管理相對(duì)前些年確實(shí)取得很大進(jìn)步，但與國(guó)外同行業(yè)相比仍具有很大的差距，處于相當(dāng)落后的狀況，部分設(shè)備的管理記錄和統(tǒng)計(jì)仍是人工手工操作。2014年太原熱力集團(tuán)城南分公司無(wú)人值守自動(dòng)化改造取到很好的效益，第四供熱分公司緊追其后，于2015年加入了熱力站無(wú)人值守運(yùn)行模式大軍，而不斷改進(jìn)、完善熱力站自動(dòng)化控制系統(tǒng)也是我們每個(gè)熱力人義不容辭的責(zé)任與義務(wù)。

一、熱力站運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

換熱機(jī)組是熱力站的主要設(shè)備(以山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械總公司熱力站為例)，其包括板式換熱器1臺(tái)、循環(huán)泵2臺(tái)(一用一備)、補(bǔ)水泵2臺(tái)(一用一備)、電氣控制柜一套、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥一個(gè)(一次網(wǎng)回水)、流量計(jì)一個(gè)(一次網(wǎng)回水)以及其他閥門和供熱管件等組成，電氣控制柜裝循環(huán)泵、補(bǔ)水泵變頻器，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 熱力站運(yùn)行系統(tǒng)流程圖

熱能傳遞以水為載體，其由電廠經(jīng)過(guò)一次管網(wǎng)系統(tǒng)送到公司所轄供熱范圍各熱力站，然后經(jīng)過(guò)換熱器或大溫差機(jī)組換熱后，通過(guò)二次管網(wǎng)將熱能輸送至各熱用戶中。熱負(fù)荷關(guān)系如下：

一次管網(wǎng)供熱量：Q1=Cg1(Tg-Th)

二次管網(wǎng)供熱量：Q2=Cg2(tg-th)

換熱器換熱量：Q=kF△t

其中，Tg，Th為一次管網(wǎng)的供回水溫度，℃；tg，th2為二次管網(wǎng)的供回水溫度，℃；k為換熱器的換熱系數(shù)，W/(m2.℃-1)；F為換熱器的換熱面積，m2；C為水的比熱，J/(kg.℃-1)；△t為對(duì)數(shù)平均溫差，℃。

根據(jù)能量守恒定律，在理想情況下，Q1=Q2=Q。由此可得，當(dāng)供熱系統(tǒng)向熱用戶提供相同溫度時(shí)，可以通過(guò)改變?yōu)橐淮喂芫W(wǎng)的流量g1、二次管網(wǎng)的流量g2或改變換熱器的換熱面積F的方法來(lái)調(diào)節(jié)熱力站供熱量，而熱力站換熱器的換熱面積F通常為固定值，因此可控調(diào)節(jié)對(duì)象為一次管網(wǎng)的流量g1和二次網(wǎng)的流量g2。

二、熱力站控制系統(tǒng)及控制方案

(一)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為

上位機(jī)(人機(jī)界面)→VPN網(wǎng)絡(luò)(企業(yè)內(nèi)部專用局域網(wǎng))→PLC→電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(顯示各測(cè)試點(diǎn)位實(shí)時(shí)參數(shù))。上位機(jī)通過(guò)企業(yè)內(nèi)部專用局域網(wǎng)與所轄各熱力站PLC相連，監(jiān)測(cè)和改變電動(dòng)調(diào)節(jié)閥參數(shù)，顯示系統(tǒng)溫度、壓力值、流量值和循環(huán)泵變頻器變頻數(shù)值并設(shè)置過(guò)限報(bào)警，方便控制整個(gè)供熱系統(tǒng)的工作狀態(tài)。PLC與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門采用Modbus方式通訊。

PLC是熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，可通過(guò)設(shè)置PID參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制，根據(jù)PID運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行D/I變換輸出，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

目前分公司自動(dòng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)一、二次網(wǎng)供回水實(shí)時(shí)溫度值和壓力值、水箱水位高度值、一次網(wǎng)實(shí)時(shí)流量值、二次網(wǎng)循環(huán)泵開(kāi)閉狀態(tài)及其變頻實(shí)時(shí)HZ數(shù)值、補(bǔ)水泵實(shí)時(shí)開(kāi)閉狀態(tài)和二次網(wǎng)回水溫度調(diào)節(jié)功能(此功能按照二次網(wǎng)回水溫度基本保持一致的原則進(jìn)行調(diào)節(jié))。

1.二次管網(wǎng)回水溫度的調(diào)節(jié)

二次管網(wǎng)回水溫度通過(guò)調(diào)節(jié)一次管網(wǎng)流量而實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)調(diào)節(jié)一次網(wǎng)流量，使二次網(wǎng)回水溫度始終保持在設(shè)定值附近。其控制策略如圖2所示：

圖2 二次網(wǎng)回水溫度調(diào)節(jié)策略

2.補(bǔ)水系統(tǒng)控制方案

通過(guò)二次網(wǎng)回水實(shí)際壓力值與設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，使輸出補(bǔ)水泵變頻相應(yīng)變化，從而使出水壓力始終保持在設(shè)定值附近。其控制策略如圖3所示。

圖3 補(bǔ)水系統(tǒng)控制策略

(二)新增控制方案

隨著公司精細(xì)化管理的逐日推進(jìn)，無(wú)人值守?zé)崃φ竟?jié)能降耗工作日趨重要。2018-2019年采暖季，分公司無(wú)人值守?zé)崃φ九鋫溲惨暼藛T比例為1人/站，按照四班倒排班，巡視人員最少2人/組，故平均每組巡視人員最少要巡視8座熱力站。完全靠人工調(diào)節(jié)方式進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，效率較低，不能做到實(shí)時(shí)精確調(diào)節(jié)。故新增以下控制方案是十分有必要的。

1.儲(chǔ)水箱儲(chǔ)水系統(tǒng)方案

熱力站儲(chǔ)水箱是熱力站主要設(shè)備之一，其作用是不可取代的。根據(jù)水箱內(nèi)儲(chǔ)水壓力大小調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。如圖5所示。此功能的實(shí)現(xiàn)及解決了自動(dòng)儲(chǔ)水的基本功能，同時(shí)也大幅度減少由傳統(tǒng)浮球閥關(guān)不嚴(yán)帶來(lái)失水嚴(yán)重的弊端。

圖4 儲(chǔ)水箱儲(chǔ)水系統(tǒng)策略

2.斷電燈光控制方案

分公司采取遠(yuǎn)程控制無(wú)人值守和巡視相結(jié)合的運(yùn)行模式。熱力站自動(dòng)控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備均配備UPS電源(12小時(shí)不間斷電源)，可保證設(shè)備短時(shí)間不斷電。分公司自控管理平臺(tái)與監(jiān)控管理平臺(tái)設(shè)于不同部門，當(dāng)熱力站突然斷電時(shí)，熱力站監(jiān)控值班人員無(wú)法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，造成長(zhǎng)時(shí)間停泵現(xiàn)象。為改善此現(xiàn)象，建議在配電室監(jiān)控?cái)z像機(jī)前設(shè)置紅色應(yīng)急閃爍指示燈，當(dāng)熱力站突然停電時(shí)，指示燈連續(xù)閃爍，監(jiān)控平臺(tái)工作人員可快速發(fā)現(xiàn)此情況，做出快速反應(yīng)。監(jiān)控視頻與自控系統(tǒng)配合顯示，提高故障發(fā)現(xiàn)率。

總結(jié)

熱力站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的投運(yùn)，使過(guò)去主要依靠人工調(diào)節(jié)的手段得到徹底的改善，管網(wǎng)水利失調(diào)現(xiàn)象也能得到有效的解決。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)飛速發(fā)展和公司精細(xì)化管理理念的越來(lái)越受重視，企業(yè)對(duì)熱力站自動(dòng)化系統(tǒng)要求越來(lái)越高。通過(guò)改造并升級(jí)熱力站原有的自動(dòng)化系統(tǒng)，充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能來(lái)更好的實(shí)現(xiàn)供熱企業(yè)生產(chǎn)管理的自動(dòng)化、信息化和一體化。不斷改善分公司自動(dòng)控制系統(tǒng)是我們每個(gè)熱力人的責(zé)任和義務(wù)。