換熱站供熱自動化控制系統的原理及應用探討

高超 秦皇島市熱力有限責任公司

隨著近年來國民經濟的快速發展，人民的生活水平不斷提高，人們越來越注重城市的生活環境，在冬季供暖中供熱是實現供暖的最好方案。集中供熱是冬季改善城市居民的居住環境，提高城市居民生活質量的最好方法。

一、智能化換熱站的特點

（1）人力需求減少，工作人員培訓更為簡單，管理更加人性化，通過人機交互即可掌握換熱站運行狀況。（2）可以根據天氣變化與蒸汽壓力，智能化控制蒸汽調節閥，在滿足用戶采暖需求的基礎上合理控制出水溫度，一定程度上可以實現節能降耗。（3）可以實現回水溫度的自動化控制，系統可以根據氣溫條件控制循環泵變頻調節，進而合理控制回水溫度。（4）系統會自動將回水管網上壓力變送器反饋至與內部設定值進行比較，從而調節補水泵電機運轉頻率，使出水壓始終與內部設定值保持一致。

二、換熱站供熱自動化控制系統的原理

換熱站供熱自動化控制系統中，換熱站起到了中樞的作用。首先，載有熱量的熱媒從熱源處經過一次供熱管網到達換熱站處，此時，換熱站需要獲取適當的熱量并將其轉化到熱水中去，并控制二次管道中熱水的流量，最終將熱能輸送給用戶。再次，換熱站將利用循環泵，將散熱完畢的冷水輸送到回水管道，完成了對水的循環利用。

換熱站監控系統可遠程對熱網的溫度、壓力、流量以及補水箱水位等模擬量信號和循環泵、補水泵運行狀態等開關量信號進行采集、控制，針對氣象、供熱管線分布、熱交換效率等多方面因素，在中央控制站的計算單元建立數學模型，計算結果輸出給換熱站的控制單元，進而對供熱過程進行有效的監測和控制。物聯網在線監測系統可以實時采集換熱站運行信息，并將信息上傳至自動控制系統，由系統對數據信息進行分析后發出指令，最終系統完成相應的控制調節操作。

換熱站供熱自動化控制系統發揮作用時，其內部的工作方式是：高溫蒸汽或高溫熱水從供熱管網的源頭，即熱源處經一次供水管道輸送至換熱站，這時，換熱站用熱傳遞的方法將這些高溫熱媒的熱量傳遞到采暖用水中，再利用變頻循環泵將這些熱水輸送到用戶處，滿足用戶的用熱需求。

三、換熱站供熱自動化控制系統的應用

（一）基于物聯網技術的換熱站在線監測系統

（1）系統概述

基于物聯網技術的換熱站在線監測系統主要是在換熱站配電箱、閥門、配電開關、電機、管道、水泵以及大門位置安裝信息采集設備，從而實現實時采集信息，然后由系統對采集的數據信息進行分析，以此實現對換熱站的實時監測。通過在線監測系統可以實現對換熱站的一鍵巡查，智能監測換熱站運行狀況，發現異常狀況可以及時預警，便于工作人員及時處理。

（2）系統設計

①電能監測。在換熱站電機、總開以及泵開等位置的關鍵負載線路上安裝電能測控終端，配合高靈敏度的電流互感器，可以實現對線路電壓與電流數據的實時采集與監測，可以分析當前線路無功、有功、頻率、視在、電能以及用戶負荷等相關信息。所采集的信息會上傳至系統，作為用電能耗的原始數據予以保存。②管道溫度以及壓力監測。管道溫度以及壓力監測需要安轉插入式傳感器，通過熱電偶方式監測管道溫度狀況，傳感器可以將熱能信號轉化為電能信號，通過熱電勢測量溫度。高溫管道是換熱站的重要設備，管道溫度與內部壓力有直接關系，根據氣體狀態方程 PV=nRT 可得，管道溫度越高，則內部壓力越高，必須對高溫管道溫度以及壓力進行實時監測。其一，環境中溫濕度監測。換熱站中各種設備在運行過程中，都會受到環境中溫度以及濕度的影響，如果環境中溫濕度條件異常，可能會導致設備故障，影響換熱站的正常運行，因此，有必要對環境中的溫、濕度進行監測。通過在換熱站內裝置溫濕度傳感器，實時監測站內溫濕度條件，溫濕度傳感器基于WSN技術可以準確、實時采集站內溫、濕度信息，并且可以實現智能化調節，避免對設備產生影響。

其二，大門監測。在換熱站大門位置安裝門磁傳感器，可以實時監測大門的狀態，門磁傳感器是采用WSN技術的又一典型設備，可以對大門的狀態以及開閉次數進行監測與記錄，并且對大門正常使用以及外觀不會造成影響。

（二）基于物聯網技術的換熱站自動控制系統

基于物聯網技術的換熱站自動控制系統主要由兩部分構成，分別是自動控制系統與物聯網主站平臺。換熱站自動控制系統由多個控制儀表以及測量設備構成，控制單元除了采用 S7-200PLC 與擴展模塊以外，還增加了 SI-NATU MD720-3 GPRS通信模塊、SINAUT ANT 794-4MR 天線。此外，還有循環泵、輸出單元、輸入單元以及變頻器。物聯網主站平臺主要包括計算機、寬帶網絡、組態軟件以及服務器軟件。換熱站在運行過程中需要根據用戶的實際需求以及外部氣溫環境適時調整供熱量，基于物聯網技術的換熱站自動控制系統采用的是質量雙調控的方式，即同時實現對換熱站循環泵流量以及供水溫度的控制與調節。同時在系統運行過程中，也能實現對補水泵的控制與調節。此外，系統長期以工頻運行，循環泵輸出流量不會受供熱負荷變化的影響。

四、結語

隨著城市現代化進程的加快，城市集中供熱規模不斷擴大，如何及時了解各換熱站的工作狀況及有關信息，并根據這些信息和室外溫度對各換熱站進行及時調節，使整個換熱站供熱自動化控制系統處于一個良好的、高效的運行狀態，從而獲得良好的經濟效益和社會效益，成為供熱控制系統必須解決的問題，也是眾多企業追求的目標。