城市區域燃氣供熱站自動化控制系統研究

崔建平 崔偉

摘要：結合自動化技術，對區域內的燃氣需求進行任務分解，通過網絡信息技術將這些信息互聯，進而控制鍋爐房以及換熱站。這種方式能夠有效的監控熱源運行狀況，節約了運行成本，解決了供熱企業的管理問題。

關鍵詞：燃氣供熱，自動化，控制，網絡

城市區域燃氣供熱是一種以清潔能源燃料的供熱方式，具有清潔、節能、環保、安全、高效等特點。近年來，隨著國家相關政策的出臺，對于環保城市建筑的采暖方式越來越多的采用區域燃氣供熱的方式解決。由于城市規模的不斷擴大，城市區域燃氣供熱網覆蓋的范圍越來越大，熱源站及換熱站的數量越來越多，供熱面積越來越大。熱源站、換熱站的數量從十來個到上百個不等，供熱面積從幾十萬平方米到上千萬平方米不等。因此建立一套科學有效、自動化水平較高的控制系統系統對于區域燃氣供熱企業勢在必行。

一、結合供熱工藝的系統自控結構分析

城市區域供熱網的自控系統分為硬件部分和軟件部分，相比較其它行業的自控系統而言，城市區域供熱網的自控系統具有其自身的一些顯著特點，其主要為如下幾點：

（一）熱慣性大，滯后大。熱網系統是一個大滯后的系統，采用常規的控制方法很難保證系統的正常穩定運行。系統的自動調節不僅與當前的數據有關，而且與歷史的數據有關。

（二）熱力站之間的耦合性強。熱網系統是一閉式系統，系統各個部分是相互關聯的，某一熱力站運行參數的變化，會引起相鄰熱力站的運行狀況，甚至會引起整個系統的運行狀態。

（三）城市區域供熱網涉及的區域廣，分散性大。

（四）系統的擾動因素多。如熱源運行狀態的變化、外界環境的變化（室外溫度、風力等）等。

二、供熱自動化控制系統

區域熱源站及換熱站作為區域供熱調度與控制的神經樞紐，其自動化控制系統是借助先進成熟的網絡技術，建設成集先進的自動化技術、計算機技術、多媒體技術和高速網絡及通信技術于一體的信息化網絡監控系統。對于現代供熱企業，具有節約人力資源的特點，是凸現企業現代化管理的一項標志。

（一）系統方案

區域熱源站及換熱站的自動化控制系統是一項重要工程，系統的建設和完善有效地對區域熱源站及換熱站點進行監視、控制，實時掌握站點內的運行數據，根據企業及用戶需求合理調配供熱量等供熱資源，而且能夠及時處理操作現場各類應急報警和事故，實施控制水泵及閥門的緊急制動，保證安全、經濟合理科學供熱，利用網絡信息技術實施現場安全防范。

1.系統組成及功能

區域熱源站及換熱站主要由數據監控計算機、視頻監控計算機系統以及現場操作員站自控裝置（或儀表自控系統控制柜）、現場安全防范裝置（安防控制柜）、配電及變頻控制柜和儀表通信控制系統等部分組成。

2.現場自控及安防裝置

現場操作員站自控裝置根據自動控制系統預先編制的邏輯控制程序進行熱源（或換熱裝置）運行階段及狀況進行通斷切換判斷。當需要進行切換及切斷時，自動控制系統將向調度中心提交切換請求，在調度中心值班人員確認該請求后，自動控制系統根據邏輯控制程序進行一步化切換操作。調度中心值班人員也可根據需要對遠控站點的熱源（或換熱裝置）進行手動啟/停操作。現場安全防范裝置在區域熱源及換熱站內可加裝數字攝像機，將調壓站內情況以視頻信號的方式通過專線傳送至調度中心，以保證供熱站安全生產運行及防止非授權人員的侵入。

3.系統設計目標

系統實施的目標為在滿足系統功能需求的前提下，將系統運行的可靠性、可擴展性放在首要位置，一方面使系統后期運行維護工作量降到最低，將系統維護所需的專業技術要求降到最低;另一方面系統既可以當前只滿足采集監測功能的最小配置最經濟的構成系統運行，同時留有充分的擴展余地為系統擴容做好準備。同時應充分考慮系統整體的先進性，為系統選用滿足國際主流技術標準的相關產品，保護用戶投資的長期有效性，體現系統整體的功能水平，為企業樹立良好的市場形象。

（二）系統設計原則

可靠性及可用性：在系統設計上，重要部位利用冗余技術來達到系統的可靠且在工業環境下能夠長期穩定運行，并具有抗各種干擾的能力，滿足電磁兼容性和安全性的要求。系統平均無故障間隔時間滿足MTBF≥8760小時的要求;系統可用率滿足≥99.8%的要求。數據的正確性：數據完整率>98%，滿足系統運行數據在原位置與目標位置的一致性的技術要求。易用性：系統的管理界面友善，管理手段豐富，易于理解和操作，便于管理維護，這樣可降低對管理人員的要求，同時也為系統的良好運行建立了一個扎實的基礎。先進性：所采用的技術遵循開放式標準，采用開放式的設計結構，支持信息網和數據網等的相關標準協議，硬件設備選和系統軟件選型上均選擇當前具有最先進性的，能都容易擴展、升級的產品。可維護性：所提供系統及系統產品維護簡易、快捷，I/O模塊及服務器硬盤應具有熱插拔能力，接線方便可靠。調度系統滿足平均恢復時間<12小時的技術要求，且系統局部的故障不會影響系統整體的運行。系統的其他指標：

1.調度系統綜合誤差≤1.0%;

2.具備遠程事件報警功能，報警響應時間≤3秒;

3.實時數據更新時間≤3分鐘;

4.熱備系統的切換時間≤30秒。

5.計算機響應時間（確定性）≤50ms

6.以太網通訊協議：IPX、TCP/IP（符合IEC-61850標準）

7.數據通訊速率：100Mbps

（四）系統通信與視頻監視系統

系統通過在其站點內部安裝有一套高可靠性的自動控制裝置和無線網絡圖像監控裝置。各站點的數據是通過其站內的監控主機和調度中心的前置機之間通過ADSL方式進行數據交換，通過GPRS作為其數據傳輸的備用通道。圖像監控系統通過ADSL專線網絡連接方式和調度中心進行連接。在調度中心操作員終端調度人員即可根據授權簡單直觀的對現場站點進行遠程監控。同時將采集到的數據存儲到調度系統數據庫中心。通過調度中心圖像采集監控軟件來實現現場安全防范監控。

三、結語

自動化技術對于改善現有的區域燃氣供熱模式，能夠使得企業節約成本，為企業創造更多的經濟效益。這種方式下，為環境的保護作出了貢獻，同時也為企業實現可持續發展奠定了基礎。

參考文獻：

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（作者單位：呼和浩特中燃城市燃氣發展有限公司）