(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司第四供熱分公司 山西 太原 030032)

引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，國內(nèi)各行業(yè)企業(yè)工廠“節(jié)能環(huán)?！薄ⅰ熬?xì)化管理”的觀念深入人心，對工業(yè)生產(chǎn)自動化也提出新的要求。目前國內(nèi)大部分設(shè)備的自動控制和數(shù)據(jù)管理相對前些年確實(shí)取得很大進(jìn)步，但與國外同行業(yè)相比仍具有很大的差距，處于相當(dāng)落后的狀況，部分設(shè)備的管理記錄和統(tǒng)計仍是人工手工操作。2014年太原熱力集團(tuán)城南分公司無人值守自動化改造取到很好的效益，第四供熱分公司緊追其后，于2015年加入了熱力站無人值守運(yùn)行模式大軍，而不斷改進(jìn)、完善熱力站自動化控制系統(tǒng)也是我們每個熱力人義不容辭的責(zé)任與義務(wù)。

一、熱力站運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

換熱機(jī)組是熱力站的主要設(shè)備(以山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械總公司熱力站為例)，其包括板式換熱器1臺、循環(huán)泵2臺(一用一備)、補(bǔ)水泵2臺(一用一備)、電氣控制柜一套、電動調(diào)節(jié)閥一個(一次網(wǎng)回水)、流量計一個(一次網(wǎng)回水)以及其他閥門和供熱管件等組成，電氣控制柜裝循環(huán)泵、補(bǔ)水泵變頻器，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 熱力站運(yùn)行系統(tǒng)流程圖

熱能傳遞以水為載體，其由電廠經(jīng)過一次管網(wǎng)系統(tǒng)送到公司所轄供熱范圍各熱力站，然后經(jīng)過換熱器或大溫差機(jī)組換熱后，通過二次管網(wǎng)將熱能輸送至各熱用戶中。熱負(fù)荷關(guān)系如下：

一次管網(wǎng)供熱量：Q1=Cg1(Tg-Th)

二次管網(wǎng)供熱量：Q2=Cg2(tg-th)

換熱器換熱量：Q=kF△t

其中，Tg，Th為一次管網(wǎng)的供回水溫度，℃；tg，th2為二次管網(wǎng)的供回水溫度，℃；k為換熱器的換熱系數(shù)，W/(m2.℃-1)；F為換熱器的換熱面積，m2；C為水的比熱，J/(kg.℃-1)；△t為對數(shù)平均溫差，℃。

根據(jù)能量守恒定律，在理想情況下，Q1=Q2=Q。由此可得，當(dāng)供熱系統(tǒng)向熱用戶提供相同溫度時，可以通過改變?yōu)橐淮喂芫W(wǎng)的流量g1、二次管網(wǎng)的流量g2或改變換熱器的換熱面積F的方法來調(diào)節(jié)熱力站供熱量，而熱力站換熱器的換熱面積F通常為固定值，因此可控調(diào)節(jié)對象為一次管網(wǎng)的流量g1和二次網(wǎng)的流量g2。

二、熱力站控制系統(tǒng)及控制方案

(一)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為

上位機(jī)(人機(jī)界面)→VPN網(wǎng)絡(luò)(企業(yè)內(nèi)部專用局域網(wǎng))→PLC→電動調(diào)節(jié)閥(顯示各測試點(diǎn)位實(shí)時參數(shù))。上位機(jī)通過企業(yè)內(nèi)部專用局域網(wǎng)與所轄各熱力站PLC相連，監(jiān)測和改變電動調(diào)節(jié)閥參數(shù)，顯示系統(tǒng)溫度、壓力值、流量值和循環(huán)泵變頻器變頻數(shù)值并設(shè)置過限報警，方便控制整個供熱系統(tǒng)的工作狀態(tài)。PLC與電動調(diào)節(jié)閥門采用Modbus方式通訊。

PLC是熱力站自動控制系統(tǒng)的核心，可通過設(shè)置PID參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制，根據(jù)PID運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行D/I變換輸出，實(shí)現(xiàn)手動或自動調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

目前分公司自動控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)一、二次網(wǎng)供回水實(shí)時溫度值和壓力值、水箱水位高度值、一次網(wǎng)實(shí)時流量值、二次網(wǎng)循環(huán)泵開閉狀態(tài)及其變頻實(shí)時HZ數(shù)值、補(bǔ)水泵實(shí)時開閉狀態(tài)和二次網(wǎng)回水溫度調(diào)節(jié)功能(此功能按照二次網(wǎng)回水溫度基本保持一致的原則進(jìn)行調(diào)節(jié))。

1.二次管網(wǎng)回水溫度的調(diào)節(jié)

二次管網(wǎng)回水溫度通過調(diào)節(jié)一次管網(wǎng)流量而實(shí)現(xiàn)的，通過調(diào)節(jié)一次網(wǎng)流量，使二次網(wǎng)回水溫度始終保持在設(shè)定值附近。其控制策略如圖2所示：

圖2 二次網(wǎng)回水溫度調(diào)節(jié)策略

2.補(bǔ)水系統(tǒng)控制方案

通過二次網(wǎng)回水實(shí)際壓力值與設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，使輸出補(bǔ)水泵變頻相應(yīng)變化，從而使出水壓力始終保持在設(shè)定值附近。其控制策略如圖3所示。

圖3 補(bǔ)水系統(tǒng)控制策略

(二)新增控制方案

隨著公司精細(xì)化管理的逐日推進(jìn)，無人值守?zé)崃φ竟?jié)能降耗工作日趨重要。2018-2019年采暖季，分公司無人值守?zé)崃φ九鋫溲惨暼藛T比例為1人/站，按照四班倒排班，巡視人員最少2人/組，故平均每組巡視人員最少要巡視8座熱力站。完全靠人工調(diào)節(jié)方式進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，效率較低，不能做到實(shí)時精確調(diào)節(jié)。故新增以下控制方案是十分有必要的。

1.儲水箱儲水系統(tǒng)方案

熱力站儲水箱是熱力站主要設(shè)備之一，其作用是不可取代的。根據(jù)水箱內(nèi)儲水壓力大小調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度。如圖5所示。此功能的實(shí)現(xiàn)及解決了自動儲水的基本功能，同時也大幅度減少由傳統(tǒng)浮球閥關(guān)不嚴(yán)帶來失水嚴(yán)重的弊端。

圖4 儲水箱儲水系統(tǒng)策略

2.斷電燈光控制方案

分公司采取遠(yuǎn)程控制無人值守和巡視相結(jié)合的運(yùn)行模式。熱力站自動控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備均配備UPS電源(12小時不間斷電源)，可保證設(shè)備短時間不斷電。分公司自控管理平臺與監(jiān)控管理平臺設(shè)于不同部門，當(dāng)熱力站突然斷電時，熱力站監(jiān)控值班人員無法第一時間發(fā)現(xiàn)故障，造成長時間停泵現(xiàn)象。為改善此現(xiàn)象，建議在配電室監(jiān)控攝像機(jī)前設(shè)置紅色應(yīng)急閃爍指示燈，當(dāng)熱力站突然停電時，指示燈連續(xù)閃爍，監(jiān)控平臺工作人員可快速發(fā)現(xiàn)此情況，做出快速反應(yīng)。監(jiān)控視頻與自控系統(tǒng)配合顯示，提高故障發(fā)現(xiàn)率。

總結(jié)

熱力站自動化控制系統(tǒng)的投運(yùn)，使過去主要依靠人工調(diào)節(jié)的手段得到徹底的改善，管網(wǎng)水利失調(diào)現(xiàn)象也能得到有效的解決。隨著自動化控制技術(shù)飛速發(fā)展和公司精細(xì)化管理理念的越來越受重視，企業(yè)對熱力站自動化系統(tǒng)要求越來越高。通過改造并升級熱力站原有的自動化系統(tǒng)，充分利用計算機(jī)的強(qiáng)大功能來更好的實(shí)現(xiàn)供熱企業(yè)生產(chǎn)管理的自動化、信息化和一體化。不斷改善分公司自動控制系統(tǒng)是我們每個熱力人的責(zé)任和義務(wù)。