基于企業(yè)智能化供熱系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

王浩然

摘 要：供熱系統(tǒng)對于企業(yè)的正常生產(chǎn)有著非常重要的意義，通過對供熱系統(tǒng)的智能化控制，可大大節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，減少供熱所需的人員配備。該文介紹的智能化供熱系統(tǒng)主要由鍋爐、熱換站、室內(nèi)檢測以及管理平臺組成。控制設(shè)備主要由單片機(jī)、PLC及變頻器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，管理方便，適用于供熱的各類企業(yè)。智能化供熱系統(tǒng)能夠?yàn)槠髽I(yè)員工在生產(chǎn)過程中提供良好的工作和生產(chǎn)環(huán)境，是企業(yè)正常生產(chǎn)的必要條件。因此，智能化供熱對企業(yè)尤為重要，是企業(yè)正常生產(chǎn)的重要保障。

關(guān)鍵詞：智能化；供熱；PLC

中圖分類號：TU995 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 智能化供熱的意義

每到供暖期，都有很多用戶反映，供暖差別太大，有的小區(qū)用戶家里能達(dá)到30℃，熱的要開窗，而有的小區(qū)用戶家里只有18℃，而多數(shù)供熱企業(yè)不是不想解決問題，而是被用戶室內(nèi)溫度不易采集的問題所困擾，雖然很多供熱企業(yè)通過采用氣候補(bǔ)償控制等技術(shù)手段，有效地減少了能源浪費(fèi)，但是用戶室內(nèi)溫度通常還是會隨著室外溫度的波動而發(fā)生較大變化。在供熱品質(zhì)不佳現(xiàn)象的背后，依然隱藏著巨大的能源浪費(fèi)問題。 而且也造成了不同位置不同樓層溫度不均的問題。于是“智能化供熱”這個(gè)概念被提出來了。

2 鍋爐檢測系統(tǒng)的主要設(shè)備

鍋爐檢測系統(tǒng)的主要設(shè)備包括液位計(jì)、壓力傳感器和溫度傳感器、單片機(jī)處理器、AD轉(zhuǎn)換、LED及其他相關(guān)電子元器件、以太網(wǎng)模塊等。

根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)劃，鍋爐僅進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測（包括鍋爐水溫、水壓、液位），因此這里選用比較經(jīng)濟(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳輸。單片機(jī)采集溫度傳感器、壓力傳感器、液位計(jì)的數(shù)值，通過AD轉(zhuǎn)換后由系統(tǒng)自帶的以太網(wǎng)模塊傳遞給管理中心，同時(shí)也可以通過LED數(shù)碼管顯示鍋爐系統(tǒng)的實(shí)際情況。并通過聲光報(bào)警器對系統(tǒng)內(nèi)的超壓、溫度過低過高、液位過高過低等異常現(xiàn)象進(jìn)行聲光報(bào)警。為了準(zhǔn)確的檢測水溫，在鍋爐的3個(gè)不同高度分別安裝了溫度傳感器。

為了整個(gè)檢測系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及規(guī)范化，在傳感器的選擇、檢測電路搭配的時(shí)候，都是按照工業(yè)級要求進(jìn)行的，電流輸入信號為4 mA～20 mA，電壓信號為0 V～10 V。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，溫度檢測的精度是±0.5℃，壓力檢測的誤差0.1 bar以內(nèi)，液位檢測的誤差控制在0.5 cm以內(nèi)。圖1為鍋爐檢測系統(tǒng)原理圖。

3 熱交換站

熱交換站是熱源廠和熱用戶之間的供熱系統(tǒng)，是整個(gè)集中供熱系統(tǒng)的重要組成部分。供熱系統(tǒng)主要包括熱水管網(wǎng)和熱力站，熱水管網(wǎng)分為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)，一次網(wǎng)是指連接在熱源網(wǎng)與熱力站之間的管網(wǎng)，二次網(wǎng)是指連接在熱力站與熱用戶之間的管網(wǎng)，熱力站通過二次管網(wǎng)把熱量送到終端用戶。根據(jù)熱傳導(dǎo)特點(diǎn)，水溫差越大傳遞速度越快。當(dāng)二次側(cè)水溫高的時(shí)候，把水流量變小，當(dāng)二次側(cè)水溫低的時(shí)候，把水流速增大，以實(shí)現(xiàn)用戶室內(nèi)溫度穩(wěn)定。熱交換站的工作過程是PLC控制器根據(jù)二次側(cè)回水的溫度，調(diào)節(jié)二次側(cè)水流量和一次側(cè)的調(diào)節(jié)閥。二次側(cè)水流量是通過變頻器驅(qū)動水泵實(shí)現(xiàn)的。使用變頻器的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無波動流量變化。此外隨著運(yùn)行時(shí)間的變長，由于二次側(cè)是一個(gè)自循環(huán)，因此水量會減少，需要根據(jù)水流情況，通過變頻器驅(qū)動水泵補(bǔ)給軟化水。熱交換站的原理圖如圖2所示。

由圖2可以看到熱交換站的主要設(shè)備有PLC控制系統(tǒng)（包括各種模板）、熱交換器、變頻器和水泵、流量計(jì)、壓力傳感器和溫度傳感器等。

該系統(tǒng)熱換站主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

（1）數(shù)據(jù)檢測。主要包括熱交換站一次側(cè)總管的供水溫度和回水溫度、熱交換站二次側(cè)總管的供水溫度和回水溫度、熱交換站一次側(cè)供水總管壓力和回水總管壓力、熱交換站二次側(cè)供水總管壓力和回水總管壓力、熱力站補(bǔ)水管網(wǎng)的流量、熱力站一次管網(wǎng)的流量。

（2）自動控制。通過PLC檢查二次側(cè)回水溫度，來調(diào)節(jié)熱力站一次管網(wǎng)的供水流量和循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)室溫恒定。二次側(cè)自動補(bǔ)水。

（3）報(bào)警。通過PLC接收一次側(cè)管網(wǎng)和二次側(cè)管網(wǎng)中的壓力和溫度傳感器的信號，與設(shè)定溫度對比，如低于設(shè)定值，系統(tǒng)會啟動自動控制，但如果超過設(shè)定時(shí)長，一或二次側(cè)管網(wǎng)中的壓力或溫度仍未達(dá)到設(shè)定值，則系統(tǒng)會發(fā)出報(bào)警信號，提示系統(tǒng)異常。

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控。組過組態(tài)軟件可將各類反饋信號實(shí)時(shí)體現(xiàn)出來。象系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，那么維修人員可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控了解到哪一路段的數(shù)值不達(dá)標(biāo)，這樣有針對性地維修，大大降低了維修的難度，縮短了維修時(shí)間。

4 室內(nèi)檢測

室內(nèi)檢測的主要任務(wù)是采集室內(nèi)的溫度和濕度，并把采集到的數(shù)據(jù)傳給數(shù)字化管理平臺。

該系統(tǒng)由2個(gè)部分組成，第一部分是安裝在室內(nèi)的采集器，另一部分是安裝在每一棟樓的采集集中器。采用這種模式是由于采集的點(diǎn)比較分散，直接用硬線連接的話無疑會增加成本，還有就是布線會給室內(nèi)的美觀帶來影響。采集器主要是負(fù)責(zé)采集室內(nèi)的溫度、濕度等數(shù)據(jù)，把采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波之后，通過自身配備的無線模塊發(fā)送到安裝在每棟樓的采集集中器。采集集中器將收到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳遞到服務(wù)器中。圖3是室內(nèi)檢測的構(gòu)成圖。

每個(gè)室內(nèi)的采集器上都有一組撥碼開關(guān)，采集器向服務(wù)器傳遞數(shù)據(jù)的時(shí)候也會把撥碼開關(guān)的碼值傳遞過去，服務(wù)器根據(jù)預(yù)先建立好的對應(yīng)關(guān)系分辨出數(shù)據(jù)是哪戶的，這樣就可以進(jìn)行識別并保持。每戶的采集器上都安裝有數(shù)碼管，顯示各參數(shù)，有指示燈指示與采集集中器的通信狀態(tài)。服務(wù)器直接與集中采集器通信，服務(wù)器采集到數(shù)據(jù)之后，保存在數(shù)據(jù)庫中，并實(shí)時(shí)的在管理平臺中顯示出來。根據(jù)室內(nèi)檢測采集到的用戶數(shù)據(jù)，服務(wù)器會將其與設(shè)定值進(jìn)行對比，并把對比結(jié)果反饋給PLC控制器，PLC收到反饋后，會發(fā)出相應(yīng)的指令來調(diào)節(jié)二次側(cè)管網(wǎng)中，各用戶的進(jìn)水流量閥門，以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。

5 管理平臺

管理平臺主要由電腦和軟件組成，軟件（組態(tài)）可監(jiān)控所有子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并把監(jiān)控結(jié)果實(shí)時(shí)顯示出來，同時(shí)管理平臺還會接收檢測系統(tǒng)發(fā)送的檢測信號，通過服務(wù)器進(jìn)行數(shù)值對比后，把反饋信號發(fā)回給控制器。管理平臺是整個(gè)系統(tǒng)的存儲和顯示單元，通過存儲器，管理平臺會記錄供熱期間每天的檢測結(jié)果，便于管理人員的檢測和查閱，同時(shí)也有效提高了供熱主管部門的監(jiān)控水平。

管理平臺還可以根據(jù)設(shè)備的使用參數(shù)設(shè)定設(shè)備的維護(hù)周期，并利用傳感器監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，進(jìn)行故障維護(hù)記錄、定期維護(hù)記錄等。同時(shí)，當(dāng)熱源、管網(wǎng)、換熱站、用戶各環(huán)節(jié)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，管理平臺也能夠在第一時(shí)間通知主管人員，根據(jù)事件等級自動將報(bào)警信息推送給相關(guān)人員，并提供事故處理預(yù)案，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮功能。

該系統(tǒng)通過智能化、信息化的管理供熱需求，可實(shí)現(xiàn)分時(shí)分溫分區(qū)供熱，合理用熱。提高了居民用熱的智能化程度，并能夠顯著提升居民的生活質(zhì)量。同時(shí)，也為供熱企業(yè)提供了詳細(xì)的供熱數(shù)據(jù)，大大提高了供熱質(zhì)量，也為節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]何嘉.集中供熱系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2016（5）：1028-1030.

[2]田海，劉輝，張冰.換熱站智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測控技術(shù)，2013（8）：67-70.

[3]唐玉峰，田茂誠，張冠敏，等.集中供熱遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2009（5）：153-158.