自動化控制技術在智慧供熱中的應用研究

賈蓉婷

（國能寧夏供熱有限公司，寧夏 銀川）

引言

對供熱結(jié)構(gòu)日常狀態(tài)的控制，可以更為有效地保證供熱處于穩(wěn)定、平衡的狀態(tài)，以此來慢慢滿足持續(xù)性供熱的實際要求[1]。智慧供熱是當前應用最為廣泛的一種供熱系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的供熱方式不同的是，智慧供熱的覆蓋面相對較大，針對性也更強，對于部分區(qū)域的供熱還會結(jié)合實際的需求和標準作出合理化的均衡調(diào)整，增強居民供熱的滿意程度[2]。但是傳統(tǒng)的供熱方法多為單一結(jié)構(gòu)，雖然可以完成預期的供熱目標及任務，但是整體的效率較低，缺乏穩(wěn)定性和可靠性，在不同的背景環(huán)境下，難以接受指定的自行信號，日常的供熱調(diào)節(jié)以及控制效果較差[3-4]。

為此，本研究提出對自動化控制技術在智慧供熱中的應用的分析與驗證研究。

1 設計自動化控制智慧供熱方法

1.1 基礎供熱數(shù)據(jù)處理及多階自動控制節(jié)點設定

首先，在智慧供熱系統(tǒng)之中設置一定數(shù)量的節(jié)點，節(jié)點之間互相關聯(lián)，形成循環(huán)性的識別監(jiān)測結(jié)構(gòu)[5-6]。

接下來，設計數(shù)據(jù)采集周期，一般48 h 為一個周期，將供熱數(shù)據(jù)分類處理、篩選，完成基礎性的轉(zhuǎn)換處理[8]。隨即，由于節(jié)點的設定需要實現(xiàn)對供熱區(qū)域的覆蓋，所以需要計算出單元覆蓋范圍，具體如下：

式中：K 為單元覆蓋范圍；λ 為供熱總區(qū)域；h 為可控直線距離；? 為日耗熱量；μ 為μ 區(qū)域數(shù)量。對當前的單元覆蓋范圍進行邊緣標定，把部署的節(jié)點與自動控制程序連接，便于后續(xù)的處理。

1.2 構(gòu)建自動化控制供熱模型

與傳統(tǒng)的智慧供熱模型不同的是，自動化控制供熱模型的覆蓋范圍會相對較大一些，對各區(qū)域的供熱針對性也會更強，可以有效完成處理集中性的供熱需求，提升多區(qū)域的協(xié)同供熱效率[7]。可以先設計自動化控制供熱模型結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 自動化控制供熱模型結(jié)構(gòu)圖示

以圖1 為基礎，綜合自動化控制技術，依據(jù)智慧供熱系統(tǒng)的任務指示，作出對應的供熱目標性調(diào)整，利用多層級的調(diào)控形式來代替單一的供熱形式，逐步強化供熱靈活性與穩(wěn)定性，強化模型的實踐應用能力。

但是這部分需要注意的是，一般來說，供熱目標與季節(jié)的變化存在最為直接的影響，所以，結(jié)合自動化控制技術，設計智慧供熱模型時，需要考慮這一因素，并制定多階的供熱調(diào)度標準，與各個區(qū)域的供熱目標進行匹配對應，提升整體的供熱效率，更好地初始各個區(qū)域的供熱溫度區(qū)域平衡，擴大模型的實際覆蓋范圍。

1.3 分時分段處理實現(xiàn)智慧供熱

分時分段的供熱形式近年來被廣泛應用在各個區(qū)域之中，取得了相對較好的效果。與傳統(tǒng)供熱形式不同的是，分時分段的供熱結(jié)構(gòu)更加高效、穩(wěn)定，可以更好、更加靈活地滿足居民的供熱需求。需要先將供熱的覆蓋區(qū)域進行歸類劃分，同時劃分對應的供熱時段，分別是0 點～8 點、9 點～17 點、18 點～24 點。

不同的時段、區(qū)段，供熱的需求及標準也存在較大差異，可以提前設計對應的控制指令，導入內(nèi)置的控制程序之中，利用自動化控制技術，建立循環(huán)性的控制結(jié)構(gòu)，在定點、定時、固定區(qū)域完成對應的供熱調(diào)控任務，這樣的形式可以避免全覆蓋式地供熱消耗，節(jié)省熱量輸出的同時，降低不必要的供熱成本支出，形成更加多元化的智慧供熱框架，消除供熱延時或者溫度不平衡等問題，提升智慧供熱的實際應用效果。

2 實驗

此次主要是對自動化控制技術在智慧供熱中的實際應用研究結(jié)果進行分析，考慮到最終測試結(jié)果的真實性可靠性，采用對比的方式展開分析，選定D 智慧供熱企業(yè)作為測試的主要目標對象。利用專業(yè)的設備及裝置進行基礎數(shù)據(jù)及信息的采集，匯總整合之后，以待后續(xù)使用。接下來，根據(jù)當前的智慧供熱需求及標準，對最終得出的測試結(jié)果比照研究，接下來，結(jié)合自動化控制技術，進行初始測試環(huán)境的搭建。

2.1 實驗準備

此次結(jié)合自動化控制技術，對選定D 智慧供熱企業(yè)內(nèi)置的智慧供熱測試環(huán)境進行設定和搭建。首先，需要明確該智慧供熱的覆蓋區(qū)域，并對其作出劃分，共劃分為5 個區(qū)域。隨即選定區(qū)域內(nèi)的100 戶家庭進行輔助測試。劃分的5 個供熱區(qū)域自身的供熱需求及標準均是不同的，具有一定的針對性。采集匯總當前供熱的基礎信息、歷史數(shù)據(jù)等，作為后續(xù)控制應用的參考依據(jù)。接下來，在可控的范圍之內(nèi)設定供熱識別監(jiān)測節(jié)點，每一個節(jié)點在設定時均是獨立的，但是在監(jiān)測應用時可以進行搭接關聯(lián)，形成一個循環(huán)性的識別監(jiān)測結(jié)構(gòu)，結(jié)合自動化控制技術，便于后續(xù)的管控處理。以此為基礎，進行基礎智慧供熱自動控制指標及參數(shù)設置，見表1。

表1 智慧供熱自動控制指標及參數(shù)設置

根據(jù)表1，完成對智慧供熱自動控制指標及參數(shù)的設置和研究。接下來，綜合自動化控制技術，設計一個多層級、多目標、多標準的智慧供熱框架，具體的流程見圖2。

圖2 智慧供熱自動控制流程圖示

根據(jù)圖2，完成對智慧供熱自動控制流程的設計與實踐應用。接下來，通過自動化控制技術，對D 智慧供熱企業(yè)的覆蓋區(qū)域作出局域標定，并計算出耗熱折算差值如下：

式中：H 為耗熱折算差值；m 為等范圍覆蓋值；n 為轉(zhuǎn)換值；d 為日耗熱量；u 為單元自動控制頻次；c 為平均溫度。

2.2 實驗過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中，綜合自動化控制技術，對D 智慧供熱企業(yè)內(nèi)置的智慧供熱效果進行分析與研究。首先，利用部署的節(jié)點進行基礎數(shù)據(jù)和信息的采集，分析當前的供熱控制情況是否穩(wěn)定。接下來，選定的5 個區(qū)域溫度分別需要保持在16～21 ℃，但是由于外部環(huán)境及供熱內(nèi)置結(jié)構(gòu)的影響，當前的供熱溫度并不在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，所以，結(jié)合實際的需求，設計對應的自動化控制指令，導入內(nèi)置的控制程序之中。先進行第一階段的溫度調(diào)度控制，可以先設定感應裝置，并測算每一個區(qū)域的平均溫度如下：

式中：P 為區(qū)域平均溫度；ρ 為最高供熱溫度；? 為波動值；μ 為溫度下降限制值。將計算得出的平均溫度設定在限制標準。通過自動化控制技術，對智慧供熱程序進行調(diào)度調(diào)節(jié)，進行第二階段的控制處理。在100名用戶中隨即選定5 名用戶進行基礎供熱數(shù)值的分析，見表2。

表2 隨機用戶供熱情況分析

根據(jù)表2，完成對隨機用戶供熱情況的分析。接下來，在此設計的環(huán)境之中，測定計算出某一特定區(qū)域的智慧供熱任務自動化平衡控制響應時間如下：

式中：L 為供熱自動化平衡控制響應時間；Q 為覆蓋范圍；σ 為供熱日耗量；v 為波動溫差；w 為邊緣值；γ 為定向轉(zhuǎn)換均值。結(jié)合當前的測試結(jié)果，進行具體分析研究，見圖3。

圖3 測試結(jié)果對比分析圖示

根據(jù)圖3，完成對測試結(jié)果的分析：經(jīng)過三個階段的測定，針對選定的5 個區(qū)域的供熱情況進行分析，最終得出的供熱自動化平衡控制響應時間被較好地控制在0.2 s 以下，說明在自動化控制技術的輔助下，當前智慧供熱系統(tǒng)的實踐應用及溫度協(xié)調(diào)均衡控制效果更加，具有實際的應用價值。

結(jié)束語

總而言之，以上便是對自動化控制技術在智慧供熱中的應用與驗證研究，在自動化控制技術的輔助、支持下，此次所設計的智慧供熱結(jié)構(gòu)相對更加靈活、多變，自身具有較強的針對性和穩(wěn)定性，在復雜的背景環(huán)境下，可以逐步強化供熱控制強度，結(jié)合智慧控制程序，盡量平衡供熱效果。此外，自動化控制技術的融合，一定程度上還可以有效地降低供熱過程中形成的人力、物力以及水電費用的支出，強化相關企業(yè)的發(fā)展經(jīng)濟效益，進一步提高控制精準性，完成對初始的供熱程序的改進和優(yōu)化，完善調(diào)節(jié)、控制效率，推動相關技術邁入一個新的發(fā)展臺階。