論自控技術(shù)在集中供熱工程中的應(yīng)用

邢華治

（建投河北熱力有限公司，河北 石家莊 050000）

城市集中供暖在城市現(xiàn)代化改造的過程中成為了一項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目，因?yàn)橐郧暗墓┡绞讲粌H供暖效果較差，并且會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。但是傳統(tǒng)的集中供熱控制系統(tǒng)有大量的熱能資源因?yàn)榭刂凭群蜁r(shí)時(shí)性難以保證而被浪費(fèi)，這對于我們?nèi)找婢o張的能源問題和不斷加重的環(huán)境污染來說非常棘手。為了解決集中供暖存在的這種資源浪費(fèi)問題，我們要將自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用在集中供暖環(huán)節(jié)中，它不僅能夠提升控制的精確性和可靠性，而且能夠大大解放人力資源，使控制效果更加高效。隨著現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，傳統(tǒng)的自動(dòng)控制性能也得到了極大的改善，我們可以借助云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)來改善城市集中供暖控制系統(tǒng)的效率，使得城市集中供暖能夠更加高效和節(jié)能。

1 集中供暖自控系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 上位系統(tǒng)

上位機(jī)被設(shè)置在熱力公司生產(chǎn)調(diào)度室，它主要由計(jì)算機(jī)組成，并且計(jì)算機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)對傳感器獲得的信息進(jìn)行計(jì)算和處理，并且通過人工的控制實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)指令的下達(dá)。上位機(jī)要想對下位機(jī)進(jìn)行控制需要各類總線進(jìn)行連接，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)中的通信，時(shí)時(shí)的信息傳輸和處理是實(shí)現(xiàn)溫度和供熱系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。現(xiàn)在的上位機(jī)系統(tǒng)還可以時(shí)時(shí)的對下位機(jī)的工作情況進(jìn)行監(jiān)督，一旦發(fā)生設(shè)備故障可以及時(shí)的進(jìn)行診斷和處理，保證了供暖系統(tǒng)的時(shí)效性。

1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)中的信息傳輸通道，依靠強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和云計(jì)算技術(shù)，對執(zhí)行端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ)。并且通過網(wǎng)絡(luò)尋址的方式將這些信息傳輸給決策機(jī)構(gòu)。在這個(gè)過程中，充分發(fā)揮云計(jì)算對大數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理的能力和互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠使采集到的大量數(shù)據(jù)得到有效的處理。通過這種方式，我們能夠?qū)泄┡到y(tǒng)中的各個(gè)模塊信息進(jìn)行及時(shí)的感知。

1.3 執(zhí)行反饋系統(tǒng)

執(zhí)行反饋系統(tǒng)主要由整個(gè)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器組成，該子系統(tǒng)主要分布在集中供暖系統(tǒng)的用戶設(shè)備端，通過相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的配合，能夠?qū)⒂脩舳说墓┡闆r和設(shè)備情況及時(shí)的傳輸出去。并且當(dāng)上位系統(tǒng)做出相關(guān)的決策后，執(zhí)行反饋系統(tǒng)還會(huì)通過傳感器感知執(zhí)行器的效果，并將結(jié)果進(jìn)行反饋，一旦發(fā)現(xiàn)執(zhí)行效果不夠理想，決策機(jī)構(gòu)就會(huì)通過反饋情況進(jìn)一步采取措施，直到用戶端的供暖情況達(dá)到預(yù)期要求為止。

2 集中供暖控制系統(tǒng)中存在的問題

集中供暖控制系統(tǒng)提高了供暖的效率，并且相比較以往的通過人工和非電氣化化設(shè)備的檢測形式，已經(jīng)有了很大的提升，不僅能夠使得城市供暖系統(tǒng)更加方便和高效，而且在自動(dòng)化控制的幫助下能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍的集中供暖。但是，現(xiàn)在的集中供暖控制系統(tǒng)中仍然存在著一些問題，比如熱能的浪費(fèi)和對供暖系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控不足等，這些問題影響了城市集中供暖效率的進(jìn)一步提升。

2.1 熱能浪費(fèi)問題依然存在

熱能的浪費(fèi)現(xiàn)象在現(xiàn)在城市集中供熱系統(tǒng)中是非常棘手的問題，針對這些問題我們也進(jìn)行了長時(shí)間的改善。首先，便是針對鍋爐的能耗進(jìn)行改進(jìn)，采用更先進(jìn)和低功耗的鍋爐作為熱源，并且在能耗方面通過自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，使鍋爐能耗得到了降低。其次，便是對供暖管道的保溫改善，單純的供暖管道在經(jīng)過長距離的輸送過程中會(huì)損耗大量的熱能，所以需要對管道外部施加保溫層，更換保溫材料，獲得更好的保溫效果。但是在正常的供暖過程中，仍然存在著熱能的浪費(fèi)現(xiàn)象，最主要的原因便是溫度控制不夠合理。比如當(dāng)供暖溫度過高時(shí)，居民房內(nèi)的溫度也是不適合的，所以這時(shí)就要進(jìn)行開窗通風(fēng)，這樣就會(huì)使得大量的熱能浪費(fèi)。所以控制好供熱溫度，是解決現(xiàn)在熱能浪費(fèi)問題的關(guān)鍵。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，因?yàn)楣釡囟炔环€(wěn)定造成的熱量浪費(fèi)量就接近供熱總量的10%，這對于集中供暖來說是極大的浪費(fèi)。

2.2 集中供暖系統(tǒng)中的設(shè)備和監(jiān)控存在不足

城市集中供暖過程中還存在一個(gè)問題，即對供暖設(shè)備的監(jiān)控不足。尤其是供暖管道和居民生活供暖設(shè)備的監(jiān)控。在許多的小區(qū)中，有些供暖設(shè)備存在老化的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，并且在功能上也出現(xiàn)了退化，這些設(shè)備在使用的過程中往往存在著一定的隱患，很可能出現(xiàn)管道的破裂。而功能退化的設(shè)備在供熱的過程中效率會(huì)大大降低，進(jìn)一步降低了集中供暖的效率。尤其是一些地區(qū)人口在不斷增加，城市供暖需求也在不斷增大，為了實(shí)現(xiàn)更大范圍的供暖，就需要增加管道壓力。而老化的設(shè)備在這種情況下可能會(huì)出現(xiàn)集中的損壞現(xiàn)象，對于集中供暖將會(huì)帶來較大的麻煩，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的浪費(fèi)現(xiàn)象。根據(jù)我們對一些小區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在超過90%的供熱故障都是因?yàn)樵O(shè)備老化導(dǎo)致的，并且這種故障會(huì)給供熱帶來各種問題，使供熱中斷。所以，要想解決供熱設(shè)備老化的問題就需要加大對設(shè)備的監(jiān)督力度，防止出現(xiàn)設(shè)備損壞的問題。

3 集中供暖系統(tǒng)的改進(jìn)建議

3.1 根據(jù)室外溫度控制供熱量

在供熱過程中，供熱溫度在不斷變化，因?yàn)樘鞖鉁囟鹊淖兓瘎荼貢?huì)影響到供熱溫度的高低。所以我們在進(jìn)行供熱控制的過程中應(yīng)該根據(jù)外界的溫度變化來改變鍋爐溫度。這就需要在控制系統(tǒng)中加入相關(guān)的隨動(dòng)控制方案，通過檢測外界溫度自動(dòng)調(diào)整鍋爐本身的溫度。但是，我們都知道供熱系統(tǒng)是一個(gè)大遲滯系統(tǒng)，鍋爐溫度的改變與用戶家庭溫度的改變之間需要一定的時(shí)間延遲。所以我們在進(jìn)行溫度控制時(shí)應(yīng)該根據(jù)供熱區(qū)域的溫度變化規(guī)律進(jìn)行提前的溫度調(diào)節(jié)。在熱源供熱鍋爐運(yùn)行熱效率方面，國家先進(jìn)水平標(biāo)準(zhǔn)為80%～85%，而我國供熱系統(tǒng)僅達(dá)到65%～70%，低于先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)近20個(gè)百分點(diǎn)。如果能夠根據(jù)室外的溫度對供熱溫度進(jìn)行控制，我們可以大大節(jié)約供熱能源，并且在供熱的過程中能夠使鍋爐溫度更加穩(wěn)定，我們的能源損耗也會(huì)大大降低。而通過感知外界的溫度來控制供熱溫度的方式，能夠?qū)⒐嵝侍岣叩?0%。

3.2 多臺(tái)鍋爐熱負(fù)荷協(xié)調(diào)工作

城市集中供熱系統(tǒng)中往往是多臺(tái)鍋爐共同工作的，在這個(gè)過程中我們?nèi)绻軌蚝侠戆才佩仩t的出功量就能夠更好的協(xié)調(diào)他們之間的工作，這樣能夠減小對能源的消耗，提高供熱效率，而采用控制鍋爐出水溫度的方案時(shí)很難達(dá)到這種效果。因此在控制系統(tǒng)中我們可以根據(jù)每臺(tái)鍋爐的運(yùn)行工況和熱效率以增量的方式進(jìn)行熱負(fù)荷的增減，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)鍋爐之間熱負(fù)荷的分配和協(xié)調(diào)控制。但是多臺(tái)鍋爐的協(xié)調(diào)配合并不是非常容易的，而我們通過互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算系統(tǒng)就能夠較為輕松的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)傳感器將溫度傳輸?shù)經(jīng)Q策機(jī)構(gòu)后，我們可以通過云計(jì)算的形式得出最優(yōu)方案，這里面包括最優(yōu)發(fā)熱效率和最低能耗控制。將這些控制措施加入到集中供暖的控制系統(tǒng)中能夠極大的改善多鍋爐協(xié)調(diào)配合的問題，控制每臺(tái)鍋爐的發(fā)熱，使整體的發(fā)熱量能夠保證小區(qū)的供暖要求，并且又能夠保證每臺(tái)鍋爐的能源消耗達(dá)到最小值。

3.3 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜情況下的最優(yōu)供熱控制

在供熱過程中，鍋爐溫度是通過控制鍋爐進(jìn)煤量和進(jìn)氣量來控制的，但是由于多種因素的干擾，單純依靠這兩個(gè)量來控制是不可靠的。比如不同的煤質(zhì)其熱值是不同的，如果按照以往的進(jìn)煤量來控制那么會(huì)造成溫度的較大變動(dòng)，所以我們控制鍋爐溫度時(shí)，應(yīng)該將多種因素考慮在內(nèi)。為了能夠更好的控制鍋爐溫度，我們可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)煤量的微調(diào)。同時(shí)除了檢測鍋爐溫度變化情況外，還要對鍋爐溫度變化率進(jìn)行檢測。這樣當(dāng)鍋爐變化率過大時(shí)說明溫度控制系統(tǒng)受到了外界干擾，可以對進(jìn)煤量進(jìn)行微量調(diào)整，抵消溫度變化率的變動(dòng)。

4 結(jié)語

集中供暖系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜性較高的城市基礎(chǔ)系統(tǒng)，而自動(dòng)化控制技術(shù)的引入使城市供暖系統(tǒng)變得更加方便和高效，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制，還能夠大大減少人力資源的浪費(fèi)。通過引入現(xiàn)在控制系統(tǒng)中的成果，我們將會(huì)在節(jié)約能源和降低污染方面獲得更好的效果，集中供暖系統(tǒng)也將會(huì)變得更加高效。