摘 要：隨著生活水平的提高，對生活環(huán)境又提出了更高的要求，集中供熱也成為大型化方向發(fā)展必然趨勢。堅(jiān)持科學(xué)態(tài)度，積極采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，既體現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，又保證安全可靠。在這種形式下，必須采用智能的自動(dòng)化系統(tǒng)才能滿足集中供熱智能化需要。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化系統(tǒng)；集中供熱；應(yīng)用；節(jié)能

在冬季，我國的北方由于氣溫較低，都需要進(jìn)行采暖，采暖的能耗量較大，更加重了能源緊張的局面，在目前居民住宅的集中供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中采用自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能取得了較好的成效。伴隨著我國科技的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)被應(yīng)用在集中供熱節(jié)能方面，并且取得了一定的效果。但是，從最近幾年來我國自動(dòng)控制技術(shù)在集中供熱節(jié)能應(yīng)用的成果來看，尚不理想，存在一定的問題。

一、城市熱網(wǎng)自控狀況和問題

隨著集中供熱規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有熱網(wǎng)監(jiān)控設(shè)施已很難滿足當(dāng)今現(xiàn)代化管理的需要。供熱設(shè)備已不斷老化，另一方面不具備與當(dāng)現(xiàn)主流自控設(shè)備兼容和擴(kuò)容的能力，無論在軟件上還是在硬件上已滿足不了信息處理、熱網(wǎng)調(diào)節(jié)和生產(chǎn)管理的需求。熱力站運(yùn)行以有人值守為主，多數(shù)熱力站自控儀表只具備顯示功能，無法上傳數(shù)據(jù)和接收上級(jí)指令。隨著熱網(wǎng)所帶負(fù)荷逐年增大，一次網(wǎng)水力失調(diào)情況日漸嚴(yán)重，熱網(wǎng)前端熱力站循環(huán)水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值，后部熱力站一次網(wǎng)流量嚴(yán)重不足，現(xiàn)有的調(diào)節(jié)方式根本無法解決失調(diào)現(xiàn)象。在不得已的情況下，采取了在一次網(wǎng)流量不足的熱力站內(nèi)增設(shè)加壓泵以提高局部流量。這種辦法在一定程度上緩解了原來流量不足的情況，但因?yàn)榭傃h(huán)水量沒有增加，雖然解決或緩解了原有的一些流量不足問題，又會(huì)有新的問題產(chǎn)生。

三、集中供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.自動(dòng)化控制系統(tǒng)基本組成。自動(dòng)化控制系統(tǒng)為集中供熱系統(tǒng)中熱用戶與供熱管網(wǎng)中的關(guān)鍵元件，對提高供熱質(zhì)量和改善熱網(wǎng)工況起著關(guān)鍵作用。為了提高供熱品質(zhì)，一方面，需要對系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；另一方面，二級(jí)管網(wǎng)的供水溫度需要依據(jù)環(huán)境溫度的具體值去調(diào)節(jié)，這樣就能夠保證熱用戶的室內(nèi)溫度在一定溫度范圍內(nèi)變化，可以節(jié)約大量能源，同時(shí)使用戶的生活和工作環(huán)境更加宜人。變頻器的輸出可以通過調(diào)節(jié)PLC來制，來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)循環(huán)泵或補(bǔ)水泵的輸出，達(dá)到管網(wǎng)壓力和供暖負(fù)荷的要求。

2.系統(tǒng)組成及功能。系統(tǒng)可分為硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)兩部分。其中硬件控制系統(tǒng)主要由S7-200PLC、M430變頻器、觸摸屏組件及換熱器、電磁調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等組成；軟件控制系統(tǒng)主要由STEP7程序及Wince程序組成。預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能主要有：（1）通過S7-200采集和處理壓力、溫度、流量等模擬量參數(shù)；（2）換熱站自動(dòng)控制，在HMI上實(shí)時(shí)顯示各類參數(shù)，以及自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并能夠進(jìn)行故障診斷；（3）環(huán)境溫度與供水溫度之間的對應(yīng)曲線可以根據(jù)供熱對象的特性以及當(dāng)?shù)貧夂驐l件來給出；（4）供水壓力的自動(dòng)控制主要是由壓力傳感器結(jié)合PLC及變頻器來完成；（5）采用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制相結(jié)合的控制方式。當(dāng)HMI或PLC出現(xiàn)故障時(shí)為確保回水壓力準(zhǔn)確穩(wěn)定需將自動(dòng)控制模式切換為手動(dòng)操作控制。

三.熱網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制策略

1.在熱源供熱能力充足的條件下，依據(jù)用戶室溫和室外溫度等氣象參數(shù)情況預(yù)測各熱力站需求耗熱量（熱力站總負(fù)荷）以及熱源合理的輸出熱量，根據(jù)預(yù)測熱力站總負(fù)荷，調(diào)度熱源生產(chǎn)（熱源輸出熱量），確定調(diào)整各熱力站控制參數(shù)和控制策略，自動(dòng)進(jìn)行全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，將熱源生產(chǎn)熱量按用戶需求分配到各熱力站。實(shí)現(xiàn)“均衡輸送、按需供熱”。

2.在熱源不足或熱源事故工況下，能將有限的熱量平衡地分配到各熱力站。

3.根據(jù)多熱源聯(lián)網(wǎng)下的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的控制策略。多熱源聯(lián)合運(yùn)行的全網(wǎng)平衡策略（包括一次網(wǎng)采用管道加壓泵和一次網(wǎng)采用電調(diào)閥及泵閥聯(lián)動(dòng)三種形式）：一次網(wǎng)均勻性控制，消除水力失調(diào)帶來的能源浪費(fèi)；管網(wǎng)初期冷態(tài)運(yùn)行時(shí)，采用流量設(shè)定進(jìn)行初步調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)升溫正常運(yùn)行后，熱源單位應(yīng)充分結(jié)合供熱單位現(xiàn)有運(yùn)行模式制定出不同工況下的全網(wǎng)平衡控制策略組，以適應(yīng)熱源單位的運(yùn)行要求。

4.處于熱網(wǎng)前段的采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制；處于熱網(wǎng)中段的采用加壓泵及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥聯(lián)合控制，二者并聯(lián)布置；處于熱網(wǎng)末端的采用加壓泵控制。

5.熱網(wǎng)前段、中段、末端劃分基本原則：水力計(jì)算時(shí)分別計(jì)算平峰及尖峰期兩種水力工況，以兼顧為原則確定以下控制方式。a兩種工況下資用壓差均充足的熱力站采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制。b兩種工況下資用壓差均不足時(shí)（資用壓差小于6mH2O），采用加壓泵控制。c介于上述兩種情況之間的熱力站采用加壓泵及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥聯(lián)合控制，二者并聯(lián)布置。

四、集中供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)參數(shù)控制

1.供熱系統(tǒng)供水溫度控制。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)控制系統(tǒng)可以通過PLC來控制二級(jí)管網(wǎng)的供水溫度，以適應(yīng)環(huán)境的變化，保持恒定地室內(nèi)溫度。同時(shí)根據(jù)天氣及負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)整供熱方式。

2.供熱系統(tǒng)流量及定壓控制。由于供熱系統(tǒng)各部位阻力變化較大，造成了系統(tǒng)的流量、壓力的分布不均，造成水力失調(diào)、冷熱不均現(xiàn)象顯著。水壓只有在達(dá)到以下基本要求時(shí)才能保證供熱系統(tǒng)正常情況運(yùn)行：（1）保證熱網(wǎng)提供可能消耗的最大壓力給用戶，室內(nèi)系統(tǒng)能夠承受；（2）保證不損壞散熱器件；（3）保證供熱系統(tǒng)不倒空，水量充足。因此，制定合理靜水壓線和恒壓點(diǎn)就必須監(jiān)測和分析系統(tǒng)的水壓。常用的定壓方式有定壓罐定壓、膨脹水箱定壓、補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓等?，F(xiàn)集中供熱系統(tǒng)采用補(bǔ)水泵變頻調(diào)速定壓較多，其基本原理是根據(jù)控制系統(tǒng)的壓力變化，調(diào)整電源頻率，改變補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速，以便及時(shí)控制補(bǔ)水量，保證系統(tǒng)有一個(gè)恒定的恒壓點(diǎn)。

五、集中供熱自動(dòng)控制節(jié)能效果

1.可以有效降低單位的熱能消耗

通過實(shí)施自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以有效對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，降低熱網(wǎng)水力失調(diào)的程度，使各用戶系統(tǒng)熱能分布均勻。另外，控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥開度，使供熱系統(tǒng)中的換熱站水泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，避免人工調(diào)節(jié)在時(shí)間上的滯后性和對經(jīng)驗(yàn)的依賴性。

2.可有效降低單位降耗

在針對換熱站進(jìn)行增設(shè)水泵變頻設(shè)備的過程中，要針對水泵電機(jī)頻率進(jìn)行自動(dòng)控制，通過改變電動(dòng)機(jī)電流和頻率，達(dá)到節(jié)能的效果。在進(jìn)行變頻的過程中，它的調(diào)節(jié)范圍較寬，并且能夠保持較高的效率，實(shí)現(xiàn)精度化運(yùn)行。它能夠有效的消除電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中的大電流，延長水泵的使用壽命。另外，通過自動(dòng)化設(shè)備的合理布置，采取分區(qū)供電方式，減少了電纜長度，選用合適的電纜材質(zhì)和截面，降低輸電過程中的電能損耗。

3.綜合效益更大程度的提高

通過自動(dòng)控制設(shè)備的增加，改變了傳統(tǒng)換電站需要人員留守的現(xiàn)象，降低了供熱人工成本和勞動(dòng)強(qiáng)度。特別是提高了供熱系統(tǒng)的安全性、可調(diào)性和可靠性，能夠提高熱用戶的供熱效果。集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)供熱能源配置、提高能源利用率，間接減少污染物排放，改善城市環(huán)境質(zhì)量和居民的生活質(zhì)量，具有顯著的社會(huì)和環(huán)境效益，是提高人民生活質(zhì)量的公益性基礎(chǔ)設(shè)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐友剛.自動(dòng)化控制系統(tǒng)在城市集中供熱領(lǐng)域的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2012，（7）.

[2].王慶國.NDS自動(dòng)化控制系統(tǒng)在集中供熱節(jié)能方面的應(yīng)用.[J].黑龍江科技信息.2013（12）：54-56.

[3] 李銀玲.中國城市集中供熱能耗分析及節(jié)能減排控制策略研究[D].華北電力大學(xué)，2016.

[4] 史瑞芳.關(guān)于供熱系統(tǒng)節(jié)能方法的探討[J].黑龍江科技信息，2016（2）：63.

作者簡介：

張宏楠（1990.01-），男，滿族，吉林省伊通縣，學(xué)歷：本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：供熱技術(shù).