王 浩 太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司

1 引言

長期以來，我國城市供熱系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)明顯滯后于產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展，系統(tǒng)整體運(yùn)行效率偏低，基于人工操作的系統(tǒng)控制和運(yùn)維管理模式落后，導(dǎo)致供熱系統(tǒng)能耗上升，人力成本居高不下，針對(duì)這種現(xiàn)實(shí)問題，將自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)融入供熱系統(tǒng)是很好的解決方案，利用自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)供熱系統(tǒng)的無人值守自動(dòng)運(yùn)行，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)載變化動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，使系統(tǒng)運(yùn)行效率更高，安全性和穩(wěn)定性更強(qiáng)，與此同時(shí)還能有效減少供熱工作人力數(shù)量，并降低勞動(dòng)強(qiáng)度，是促進(jìn)供熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的有效途徑。

2 供熱監(jiān)控系統(tǒng)的主要被控對(duì)象

2.1 水泵的變頻控制

傳統(tǒng)的供熱水泵運(yùn)行主要采用工頻50Hz運(yùn)行方式，水泵電機(jī)啟動(dòng)后一直處于定速運(yùn)行狀態(tài)，無法根據(jù)運(yùn)行負(fù)荷情況進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，這種運(yùn)行方式效率低，啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)沖擊較大。因此應(yīng)引入變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的變轉(zhuǎn)速運(yùn)行，控制系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)壓力和流量的反饋信號(hào)來控制變頻器改變輸出頻率控制水泵電機(jī)的變速運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)管網(wǎng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，利用變頻控制可以有效降低水泵電機(jī)能耗，并減少水泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)配電系統(tǒng)的沖擊，降低系統(tǒng)故障率。

2.2 泄壓閥的控制

在供熱系統(tǒng)的二次循環(huán)管網(wǎng)運(yùn)行過程中，要嚴(yán)格控制循環(huán)泵出口壓力，自動(dòng)控制設(shè)備應(yīng)根據(jù)壓力檢測(cè)反饋點(diǎn)來控制泄壓閥進(jìn)行管道壓力釋放來防止壓力過高，泄壓閥的開閉閾值設(shè)置應(yīng)該根據(jù)管道運(yùn)行參數(shù)要求進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，并設(shè)置足夠的控制死區(qū)，防止泄壓閥的頻繁開關(guān)動(dòng)作，從而保證系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定性，并降低泄壓電磁閥的故障率，延長使用壽命。

2.3 供水溫度控制

循環(huán)水溫度控制供熱系統(tǒng)自動(dòng)控制的重要組成部分，其控制時(shí)效性和控制精度直接影響了采暖用戶的舒適度和滿意度，在供水溫度控制方面，通?？梢圆捎脙煞N控制策略，一種是以二次網(wǎng)供水溫度為主要控制對(duì)象，另一種是以回水溫度為主要控制對(duì)象，在不同的供熱負(fù)載需求下，兩種控制策略各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在進(jìn)行供暖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況選擇最優(yōu)的控制方案，如表1所示。

表1 不同供水溫度控制對(duì)象特點(diǎn)

3 PLC和上位機(jī)監(jiān)控技術(shù)在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 傳感器和儀表

供熱系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行需要大量的開關(guān)狀態(tài)、溫度、壓力、流量等傳感器和儀表，這些信號(hào)均需要接入供熱監(jiān)控系統(tǒng)中。按照相關(guān)規(guī)程供熱監(jiān)控系統(tǒng)軟件界面上應(yīng)顯示的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)連續(xù)量信號(hào)，傳感器信號(hào)應(yīng)變送器將轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)4mA～20mA信號(hào)輸出送入供熱監(jiān)控系統(tǒng)。此外，供熱監(jiān)控系統(tǒng)中還包含大量需要帶有就地顯示功能的表頭如壓力表、流量計(jì)、溫度計(jì)等設(shè)備，供運(yùn)行維護(hù)人員就地檢查監(jiān)測(cè)使用。

3.2 就地控制柜

就地控制柜的功能在于可以在設(shè)備附近實(shí)現(xiàn)對(duì)各種器件的分散控制，屬于供熱監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，比如循環(huán)水泵、電磁泄壓閥等可以通過就地控制柜來實(shí)現(xiàn)，常用的水泵電機(jī)應(yīng)采用就地液位控制并裝有自動(dòng)和手動(dòng)操作裝置，流量計(jì)量儀和液位監(jiān)視器應(yīng)布置在就地控制箱的前面板，便于運(yùn)行人員查看，就地控制箱帶有塑料外殼，也可采用經(jīng)熱浸鍍鋅處理的外殼，安裝于墻上或經(jīng)過熱浸鍍鋅處理的支架上，防護(hù)等級(jí)至少應(yīng)該達(dá)到IP54。

3.3 變頻驅(qū)動(dòng)控制柜

變頻驅(qū)動(dòng)控制柜的主要作用在于控制驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載的水泵電機(jī)，將低壓配電和弱電控制集成到一起，驅(qū)動(dòng)器可以選用施耐德、西門子、ABB等廠家的三相變頻器作為水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變速運(yùn)行，并減少對(duì)電網(wǎng)的啟動(dòng)沖擊，變頻柜動(dòng)力回路應(yīng)該有交流接觸器加熱保護(hù)繼電器配套使用，以防止設(shè)備過流、短路引發(fā)的電氣故障。變頻驅(qū)動(dòng)控制柜外殼一般采用不銹鋼材料制成，要就具有嚴(yán)密的防塵防水和防震性能，防護(hù)等級(jí)應(yīng)高于IP54。

3.4 監(jiān)控操作站

供熱監(jiān)控系統(tǒng)需要布置單獨(dú)的監(jiān)控操作室，運(yùn)行人員在監(jiān)控室中即可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)視與控制，操作人員利用供熱監(jiān)控系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行啟停控制、正常運(yùn)行的監(jiān)視和調(diào)整以及異常與事故工況的處理，而無需現(xiàn)場(chǎng)人員的操作配合。供熱監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控室需要布置兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，其中一臺(tái)作為工程師站，可以通過工程師站進(jìn)行控制參數(shù)配置，軟件編程，數(shù)據(jù)修改等工作。另一臺(tái)為操作員站，只開放操作人員監(jiān)視和操作權(quán)限，不能對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行修改，這種分離布置可以提高系統(tǒng)的安全性，有效避免了由于操作人員錯(cuò)誤修改參數(shù)帶來了的系統(tǒng)故障。

3.5 人機(jī)界面軟件

圖1 供熱系統(tǒng)主界面顯示

供熱監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面是操作人員控制機(jī)器的交互式入口，需要具有完整的顯示功能和方便的控制功能。顯示功能包括文本和圖形顯示，包括系統(tǒng)的啟停狀態(tài)；管道中閥門的關(guān)閉和開啟狀態(tài)；泵電機(jī)的啟停狀態(tài)；管道和容器中液體和氣體的溫度和壓力、管道中液體的流量、水箱的液位等，如圖1所示，這些狀態(tài)參數(shù)需要快速更新，界面上的刷新率一般為1秒，重要參數(shù)需要用可視化圖形顯示，當(dāng)參數(shù)超過安全閾值時(shí)，還需要更改顏色和聲音報(bào)警。報(bào)警顯示應(yīng)采用多級(jí)報(bào)警，操作人員可根據(jù)故障等級(jí)選擇相應(yīng)的故障處理方法，既能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，又能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行同時(shí)以最低的成本處理設(shè)備故障。除了完整的顯示功能外，供熱監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面軟件還需要具備方便的操作和控制功能，操作站一般包括手動(dòng)/自動(dòng)切換、系統(tǒng)啟停、單臺(tái)設(shè)備啟停、設(shè)備故障復(fù)位等功能。

全面便捷的人機(jī)界面軟件是供熱監(jiān)控系統(tǒng)的重要優(yōu)勢(shì)所在，供熱監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面可以將所有設(shè)備參數(shù)都集成到一個(gè)監(jiān)控軟件中，操作人員只需要在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)全部重要設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，極大的提升了工作效率，降低了運(yùn)營成本。