換熱站供熱自動化控制系統探討

王光啟

（蘭州西熱東輸經營有限公司，甘肅 蘭州 730060）

引言

現階段，供熱行業普遍應用自動化控制系統，能夠幫助換熱站降低供熱成本，減少能源消耗，實現人與環境和諧發展。通過不斷優化供熱自動化控制系統，系統的智能化水平越來越高，運行模式的改變，使其原本存在的流量不均、冷熱不均等問題得到了有效改善。另外，供熱自動化控制系統能夠根據用戶的實際需求進行自動調節，有效利用能源。

1 換熱站的組成部分

1）傳感器及測量儀表：監測換熱站的運行參數。

2）執行機構：對一次供熱管網的電動調節閥門進行控制。

3）PLC：PLC 接收變送器采集到的現場信息，并通過上位機完成反饋信號和給定信號的比較運算，然后向前端I/O 模塊發送由運算結果轉變的控制信號，通過I/O 模塊準確轉換模擬量，有效控制補水泵、變頻器和電動調節閥等。

4）現場液位計：測量補水箱水位。

5）視頻監控：能夠實時監控換熱站各種設備的運行情況，其視頻信息能夠實現本地儲存，為相關人員隨時了解換熱站內的實際情況提供方便。

2 供熱自動化控制系統在換熱站中的重要作用

1）環境效益。將供熱自動化系統應用于換熱站，能夠隨時隨地的監控熱量，實時掌握外界溫度和用戶室內溫度，調度人員可以更加科學地調控供熱溫度和流量，有效降低資源消耗。

2）經濟效益。借助供熱自動化控制系統，不但能夠有效降低換熱站對工作人員數量的需求，實現無人值守，降低人力資源支出，還能夠優化相關數據的處理流程，快捷方便，提升工作質量和效率。

3）安全效益。與傳統的管理和監測模式相比，供熱自動化控制系統能夠準確地體現各個運行環節的實際情況。一旦發生供熱運行問題，自動化控制系統就能及時發現，有利于更加準確、快速地解決問題，保證熱力站高效、穩定、安全運行。

換熱站應用供熱自動化控制系統，能夠有效解放換熱站的人力資源，提升供熱工作的質量和效率。同時，依靠系統強大的分析與處理數據能力，供熱管理更加簡單、供熱控制更加精準、供熱質量更高，可有效控制換熱站經濟成本，避免資源浪費。供熱自動化控制系統能夠實時調控溫度，不僅高效利用熱力資源，而且用戶的滿意度和舒適度更高[1]。

3 供熱自動化控制系統在換熱站中的應用方式

3.1 控制熱量的方式

我國換熱站供熱自動化控制系統大多是利用熱網控制系統控制溫度的方式。在控制過程中如果只重視溫度，將使控制周期延長，無法滿足相應的穩定性要求。在調控過程中必須保證合理的熱量控制方式，通過熱量控制系統實現實時監測與處理系統數據，并充分考慮氣候環境變化進行程序設置，合理控制熱網調節閥和循環泵，使換熱站和換熱機組擁有更高層次的自動控制水平。

3.2 收集、分析和傳輸數據的方式

供熱自動化控制系統需要收集各個熱網的數據，經過系統分析后，再利用智能化的傳輸方式傳輸數據。自動化控制系統要保證準確、穩定、安全地傳輸數據，在數據傳輸中應該利用先進的軟硬件設備，如：數字溫度傳感器，不但能直觀地顯示溫度值，還能夠準確轉換溫度信號。數字溫度傳感器具有非常高的靈敏度，其穩定性和精確性的優勢也非常明顯，能夠準確、完整地完成數據傳輸。通訊網絡也是數據傳輸不可缺少的因素，想要準確、及時地傳輸數據，必須以高質量的通訊網絡為前提。由于數據的即時性特征非常明顯，因此，必須以高效的通訊網絡為依托，才能有效保障數據傳輸的時效性。

3.3 遠程控制方式

現階段大多是將現場總線和以太網技術作為自動化控制的遠程操控系統，相關的應用實踐較多，已經擁有較為成熟的遠程控制技術。有效應用遠程控制方式不僅能夠使控制的靈活性和可靠性更高，還能夠減少對電纜材料和隔離設施的需求，降低能源消耗，在換熱站成本控制過程中發揮積極作用。

4 換熱站供熱自動化控制系統設計

4.1 相關工藝技術要求

通過對某換熱站采暖換熱機組構成進行分析，其循環水系統包括2 臺循環水泵，換熱系統包括板式熱換氣組，補水系統包括1 臺補水泵。在換熱站供熱自動化控制系統中使用典型的兩級監控方式，這樣能夠使系統的工藝生產要求得到較好的滿足。換熱流程如圖1 所示。人機界面主要利用西門子觸摸屏作為上位機，能夠監控并管理下位機，使供熱管理變得更加方便。對于下位機來講，PLC 是其主要組成部分，能夠完成現場數據的采集和控制相關過程。

4.2 控制系統設計

4.2.1 換熱站控制器

在供熱自動化控制系統中，使用SIMATICS7-300型號的西門子PLC 作為可編程控制器，人機操作界面實現可視化，提升對各項功能的控制效果。PLC 可編程控制器大多具有抗干擾能力強、可靠性高、穩定性高以及體積小的優勢，還具有編程簡單和維護方便的特點，在運行時能夠適應惡劣環境，保證各種定時和順序的閉環控制功能得到有效完成，同時，擁有方便快捷的通訊連接，其通訊模塊處理和接口較多，能夠與接口模塊相結合，真正實現多個機架的擴展[2]。

4.2.2 人機操作界面

在供熱自動化控制系統中，人機操作界面也非常重要，包括顯示各種數據、預警各種故障以及維護調試設備等。其最明顯的優勢就是能夠以友好的方式實現與用戶的交互。首先是HMI 輸入數據處理，以特定的方式將處理后的數據反映在人機操作界面，例如：相關的供熱數據信息以及機組狀態信息等。在屏幕上顯示的方式多種多樣，如符號、數值、表格等，幫助相關人員全面、準確地掌握供熱系統的運行情況。

現階段，西門子觸摸屏（TPI77B）在各換熱站應用較為廣泛，并且大多使用西門子大尺度廣域WinCC OA PVSS 控制平臺，作為人機界面軟件系統，主要包括以下內容：能夠準確切換手動、自動功能，直接在操作界面中進行選擇；能夠使供熱流程圖的顯示方式變得更加直接，實時模擬換熱站實際運行情況；能夠實時檢測水箱壓力、溫度、液位等，并在這些指標不符合要求時實時報警。

4.2.3 網絡通訊方式

通過上面的分析，應該盡量使用多點接口的MPI通訊方式，使CPU 同時聯系多個設備，并且避免反復編寫通訊程序，實現編程器、HMI 設備以及其他可編程器同時運行。利用VPN 網絡能夠有效實現各個部門之間的遠程通訊，利用CP-343 網絡通訊模塊，能夠使遠程監控和無人值守的目標得以同時實現，使換熱站供熱運行管理模式更加先進[3]。

5 結語

自動化控制系統能夠在換熱站供熱過程中發揮非常重要的作用。近年來，供熱市場的競爭變得越來越激烈，換熱站想要獲取更高的經濟效益，必須對供熱自動化控制系統進行不斷完善與優化，滿足供熱質量要求，最大程度降低成本投入和經濟消耗。因此，建設和完善換熱站供熱自動化控制系統，不但能夠適應我國低碳環保的發展理念，換熱站還能取得更高的安全效益和經濟效益。