無人值守熱力站與平衡自控系統(tǒng)的研究

李勇強

（太原熱力集團有限責任公司第五供熱分公司，山西 太原 030000）

引言

我國很多地區(qū)逐漸開始提倡集中供熱，而原有的由企業(yè)、小區(qū)各自供熱的模式由于會對生態(tài)環(huán)境造成極大的污染，所以也被逐漸淘汰。在郊區(qū)建設熱電聯(lián)產(chǎn)項目可為城市提供大量的熱源，在各小區(qū)建設熱力站也能替代傳統(tǒng)的燃煤鍋爐，這不僅能降低鍋爐燃燒對社會生態(tài)產(chǎn)生的污染，還能為國家節(jié)省大量的能源。隨著社會科技的發(fā)展，自控技術不斷完善并取得了廣泛的應用，供熱企業(yè)不僅要滿足社會對供熱質量的要求，還要將生產(chǎn)成本大幅度降低，節(jié)省社會能源。供熱企業(yè)可使用自控設備并搭配無人值守熱力站，這不僅能提高能源的利用效率，還能將企業(yè)的管理水平大幅提升[1-2]。

1 控制目的

實時掌握熱力系統(tǒng)的運行情況，確保熱力系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定的運行，再自動調節(jié)熱力管網(wǎng)的工況，也能消除熱力站間的影響，確保熱力系統(tǒng)的水力均衡，從而為全網(wǎng)順利供熱提供保障。在滿足社會民眾的采暖需求后，供熱企業(yè)還要盡可能降低供熱量，大幅度提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2 自動控制系統(tǒng)的硬件基礎

自控設備涵蓋了溫度變送器、壓力變送器、一次網(wǎng)調節(jié)閥與流量計等諸多硬件。在總站系統(tǒng)中包括2臺服務器和諸多客戶端電腦以及各種平衡與組態(tài)軟件[3]。局域網(wǎng)分為有線和無線網(wǎng)絡。而自助終端涵蓋了工控機、顯示器、硬盤錄像機、攝像頭以及IC 卡讀寫器等。供熱運行參數(shù)借助網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模缛暨\行出現(xiàn)問題，可借助音視頻與控制中心建立視頻通訊聯(lián)系。服務器包含很多，如數(shù)據(jù)服務器、圖像以及應用服務器等，這些服務器主要負責數(shù)據(jù)和圖像的存儲以及傳輸。同時也涉及如硬盤錄像機和RFID 讀寫器等其他設備。見圖1、圖2。

3 自動控制

3.1 數(shù)據(jù)采集

總站系統(tǒng)中設有監(jiān)控服務中心，總站與各熱力站間將會通過VPN 專線進行傳輸與通訊，也會將采集到的熱力站數(shù)據(jù)情況及時傳輸給總站管理系統(tǒng)。要想進行自動化控制就必須了解系統(tǒng)的運行狀況，由此可見，采集數(shù)據(jù)是系統(tǒng)自動化控制的基礎。對于一個供熱系統(tǒng)而言，涉及到的參數(shù)較少，但多個這樣的系統(tǒng)會組成龐大的熱力站系統(tǒng)，其中還會涉及海量的數(shù)據(jù)，并且每種數(shù)據(jù)還會發(fā)生一定的變化。基于此，對于系統(tǒng)中的PLC 這類傳輸設備也提出了以下要求：良好的通訊能力，較強的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與精準性，適中的數(shù)據(jù)采集頻率。還要具備采集溫度等信號功能，在控制層面也要能進行遠程與當?shù)氐碾S意切換，以及計算分析能力。傳輸設備要具備設定參數(shù)的能力，除了可在總站進行遠程參數(shù)設定外，在當?shù)匾材芡ㄟ^觸摸屏來自主設定參數(shù)信息。同時設備的數(shù)據(jù)存儲功能不可或缺，系統(tǒng)可將自身保存的數(shù)據(jù)信息實時傳輸?shù)竭h程控制中心的軟件中。此外結合系統(tǒng)控制目標實現(xiàn)自動化控制，再經(jīng)過調整熱力站管網(wǎng)水流量以及調節(jié)閥也能完成對二次網(wǎng)供水與回水溫度值的調控。另外，傳輸裝置還必須具有自主控制能力，因為一旦網(wǎng)絡中斷或強制要求自主操控，運行人員就要經(jīng)過系統(tǒng)的觸摸屏來設定參數(shù)，而熱力站也能單獨進行控制工作。最后傳輸設備還要擁有人工控制功能，經(jīng)過自控柜調整參數(shù)信息，將控制閥門的開度數(shù)據(jù)轉變，也能實現(xiàn)熱力站水流流量的變化。

3.2 遠程通訊與控制

對于監(jiān)控系統(tǒng)而言，通訊網(wǎng)絡是其紐帶，負責總控室與熱力站間的數(shù)據(jù)傳輸和交換。監(jiān)控系統(tǒng)使用的通訊形式極為多樣，此時供熱企業(yè)應結合工程的實際情況合理選擇通訊形式。其中，常見的通訊形式有寬帶網(wǎng)、GPS 網(wǎng)以及VPN 專線。本文使用的是VPN 專線具備以下特點。首先在使用VPN 專線時要先敷設專用光纜，這樣對數(shù)據(jù)信息的傳輸速度與量都能得到保證。其次系統(tǒng)還要擁有雙向的數(shù)據(jù)傳輸功能，這樣便可遠程控制，也能為熱力站提供網(wǎng)絡基礎。再者相較于以往的廣域網(wǎng)，VPN 虛擬網(wǎng)絡還能將企業(yè)的運行成本以及和用戶的連接費用有效降低。最后VPN 專線可與互聯(lián)網(wǎng)有效隔絕，以防止受到外部網(wǎng)絡的攻擊。

此外，操作監(jiān)控畫面中的控制設備，監(jiān)控中心也能將控制信號傳輸給熱力站控制器，這樣也可由熱力站的控制器進行操作，如對供水溫度、回水溫度的設定、對閥門的控制以及開啟或停止循環(huán)泵等。并且在人機界面監(jiān)控中心也能顯示參與設備的運行情況，同時也能查找以往的數(shù)據(jù)記錄從而形成相應的報表[1]。

3.3 溫度控制

要想保證用戶家里的溫度適宜，就要確保各熱力站提供的熱量充足且能達到室溫標準。所以供熱企業(yè)要結合不同的工程情況，如建筑是否是節(jié)能建筑以及是否有地暖、掛暖等情況，對熱力站的二次供水溫度或回水溫度進行科學控制。控制方式有很多，如結合不同時段調節(jié)、憑借工作經(jīng)驗調節(jié)以及恒定溫度調節(jié)等。結合不同時段調節(jié)，如白天、黑夜，初寒期、末寒期等來設定熱力站二次網(wǎng)的供水和回水溫度。其次憑借工作經(jīng)驗進行調節(jié)，工作人員需結合以往的工作經(jīng)驗，初步預估不同室外溫度下需要多少的二次網(wǎng)供水與回水溫度，流量應控制在多少，之后再結合具體情況對其偏差進行合理調節(jié)[2]。最后是依據(jù)恒定溫度進行調節(jié)，即設定熱力站二次網(wǎng)供水與回水溫度，自動控制系統(tǒng)可自動檢測室外溫度以及二次網(wǎng)的供水、回水溫度，之后可自主調節(jié)一次網(wǎng)電動調節(jié)閥門的開度，從而改變一次網(wǎng)流量以及二次網(wǎng)溫差等，這樣也可使二次網(wǎng)達到要求的供水與回水溫度。

4 組態(tài)軟件

在日常工作中，供熱企業(yè)可借助SCADA 上位機組態(tài)軟件，畫面編輯器對現(xiàn)場設備與實施流程圖進行控制和繪制，隨后將動畫有機連接到一起，也可達到預期的動畫效果，從而可對設備現(xiàn)場情況進行真實反映。對于SCADA 而言，它可讀取熱力站的PLC 并獲取熱力站設備的運行狀況，再通過遠程監(jiān)視與控制進行數(shù)據(jù)的采集、設備的管控以及參數(shù)信息的調節(jié)等。

5 系統(tǒng)的平衡調節(jié)

平衡軟件具備平衡功能、控制方式選擇功能以及自動跟蹤等功能。在日常供熱的過程中，企業(yè)對平衡軟件的應用要收集熱力站的一次網(wǎng)電動調節(jié)閥的給定信息、溫度等參數(shù)，其中也涉及熱力管網(wǎng)信息的后臺配置輸入。從整體上看，對數(shù)據(jù)的采集形式有以下幾種：首先在數(shù)據(jù)量較為龐大時，供熱企業(yè)可采用網(wǎng)關機來采集熱力站的數(shù)據(jù)信息，平衡軟件可自動讀取網(wǎng)關機，這樣也可減輕PLC 以及服務器的通訊負擔。借助OPC 形式也能由組態(tài)軟件獲取到相關數(shù)據(jù)。結合所得數(shù)據(jù)，平衡軟件可通過特定的計算方法，依據(jù)PID 控制形式來調節(jié)電動調節(jié)閥的開度尺寸，對變頻流量泵的頻率也能有效管控，這樣熱力管網(wǎng)的水力失調程度便可有效降低，而全網(wǎng)的供熱也能達到一種平衡[3]。

此外，PLC 以及變頻器也可進行有效通訊，對于變頻器中的參數(shù)也能進行讀取和自動設定。比如PLC可讀取和設定變頻器的工作狀態(tài)、頻率、故障以及報警等，這樣供熱企業(yè)也可及時掌握循環(huán)泵電機的運行狀況。

6 報警管理

對于無人值守熱力站而言，其中的組態(tài)軟件還擁有報警管理功能，所有的報警信息都涵蓋了熱力站的站名、報警時間以及事項等，同時使用組態(tài)軟件還可對以往的報警情況進行查詢，如依據(jù)熱力站或者時間、事項等查詢報警情況。

7 結語

在日常供熱作業(yè)中，供熱企業(yè)需將熱力站自控系統(tǒng)、平衡軟件以及SCADA 組態(tài)軟件聯(lián)合使用，這不僅能提高供熱的質量，還能實現(xiàn)熱力站的遠程監(jiān)督和控制。在確保滿足用戶的供熱需求的基礎上，還能將人工、電能與熱量的損耗降到最低。此外，運行工作者還可實時了解各熱力站的工作以及運行數(shù)據(jù)情況，很大程度上提高了熱力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，改善了供熱企業(yè)的實際管理水平，這樣企業(yè)的熱力系統(tǒng)也能得到穩(wěn)定的運行進而大幅提升企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。