王寶利

（華油一機(jī)（河北）鉆井裝備有限公司，河北滄州 062650）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷提高，集中供暖已經(jīng)成為主要的取暖方式，供暖企業(yè)采用集中供暖方式的優(yōu)勢(shì)有很多，可以將熱源進(jìn)行集中分配，提高熱能的利用率，有利于提升節(jié)能效果，并減少環(huán)境污染問題。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中依然存在著一些問題：①我國(guó)大部分城市的供暖費(fèi)用是采取面積進(jìn)行收費(fèi)，收費(fèi)與用戶使用熱量的多少并不存在直接關(guān)系，很多用戶缺乏自主節(jié)能意識(shí)，導(dǎo)致熱能出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，極大限制了供暖企業(yè)的健康發(fā)展；②目前很多供暖企業(yè)所使用的供暖設(shè)備陳舊，供暖系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制仍然處于研發(fā)階段，缺少自動(dòng)化設(shè)備的投入，導(dǎo)致需要大量的人力對(duì)供暖系統(tǒng)進(jìn)行手工操作，并且不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)供暖系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全事故，造成供暖系統(tǒng)很難進(jìn)入最佳狀態(tài)，容易造成熱源浪費(fèi)的情況發(fā)生。

建立完善的供暖監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效實(shí)現(xiàn)節(jié)約型社會(huì)，這需要全面提高供暖企業(yè)的自動(dòng)控制水平，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各換熱站的供熱情況進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)熱能的有效利用，以最小的能源消耗來實(shí)現(xiàn)最佳的熱源分配，有效改善我國(guó)的生態(tài)環(huán)境。分析我國(guó)集中供暖的實(shí)際情況，利用PLC監(jiān)控系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)，能夠有效監(jiān)視供暖系統(tǒng)中的壓差狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整熱源供給，適應(yīng)熱網(wǎng)負(fù)荷變化，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的及時(shí)調(diào)節(jié)，避免人工調(diào)節(jié)不及時(shí)的情況，提高供暖系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 供暖系統(tǒng)流程

為實(shí)現(xiàn)供暖系統(tǒng)對(duì)水壓、水溫的自動(dòng)控制，在硬件上需要采用大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)，有效避免發(fā)生安全事故，增強(qiáng)供暖系統(tǒng)的正常運(yùn)行，根據(jù)供暖企業(yè)的實(shí)際情況有效利用熱能，達(dá)到節(jié)約水資源的目的。常規(guī)的供暖系統(tǒng)主要有補(bǔ)水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)和疏水系統(tǒng)組成。

2 系統(tǒng)構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)主要由操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站兩部分組成，如圖1所示。

圖1 供暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

2.1 操作員站

在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，操作員站是工業(yè)PC機(jī)構(gòu)成，常用的PC機(jī)為IPC610機(jī)型，該機(jī)型的可靠性高，擁有較高抗電壓干擾和抗電磁干擾能力，配備工業(yè)防磁顯示器和專用打印機(jī)。在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，操作員站的主要作用是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，并且能夠顯示現(xiàn)場(chǎng)控制站的數(shù)據(jù)傳輸和控制，同時(shí)接收指示命令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行控制動(dòng)作。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制站

現(xiàn)場(chǎng)控制站主要由PLC組成，PLC的組成部分包括順序控制模板、數(shù)據(jù)采集模板和模擬量控制模板：①順序控制模板的主要功能是完成水泵和電動(dòng)門的啟停開關(guān)控制；②數(shù)據(jù)采集模板主要是對(duì)供暖系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的水溫、壓力、流量等數(shù)字信息進(jìn)行收集，并將所采集的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)進(jìn)行顯示；③模擬量控制模板主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)利用PID控制模板進(jìn)行信號(hào)輸出，決定蒸汽閥和水位調(diào)節(jié)閥的開關(guān)位置。

將PLC控制裝置安裝在控制站機(jī)柜內(nèi)，方便日后維護(hù)工作。在該系統(tǒng)過程中主要采取的模塊均為插接式，因此在機(jī)柜內(nèi)留有10%的位置作為備用，并對(duì)所有的開關(guān)量輸出點(diǎn)都設(shè)置相應(yīng)的繼電器隔離，可以有效保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。PLC監(jiān)控系統(tǒng)采用CPU雙電機(jī)設(shè)備和遠(yuǎn)程雙纜結(jié)構(gòu)，可以避免CPU損壞而引起的線路損壞。

2.3 通信方式

PLC控制系統(tǒng)之間的通信主要采用主—從通信的方式，操作員站的PC機(jī)為主站，現(xiàn)場(chǎng)控制站為從站，操作員站是整個(gè)控制系統(tǒng)中的發(fā)起者，需要安排人員進(jìn)行24 h值班。監(jiān)控系統(tǒng)中的控制管理功能主要是由操作員站的PLC來完成，能夠充分實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性，當(dāng)控制系統(tǒng)的通信功能正常時(shí)，監(jiān)控中心對(duì)其進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，來完成供暖系統(tǒng)的全過程監(jiān)測(cè)和保護(hù)工作，如圖2所示。

3 熱網(wǎng)控制方案研究

圖2 系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

熱網(wǎng)控制方案主要包括，獨(dú)立回路控制、最不利壓差控制、固定熱端總熱量控制和均勻控制等4種控制方案，不同的控制方案適用于不同的工作環(huán)境。隨著我國(guó)供暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的不斷改革，很多供暖企業(yè)已經(jīng)從按面積收費(fèi)逐漸演變成按熱量收費(fèi)。這個(gè)演變過程周期較長(zhǎng)，可能存在按面積和按熱量收費(fèi)共同存在的局面，因此需要根據(jù)這些情況設(shè)計(jì)不同的方案。

3.1 按面積收費(fèi)

進(jìn)行按面積收費(fèi)時(shí)，需要采用均勻供熱的方式，來減少供暖系統(tǒng)中水平熱力失調(diào)，需要對(duì)各個(gè)熱力站點(diǎn)進(jìn)行回水溫度確定，確定電動(dòng)閥門的開啟程度，使各個(gè)熱力站的回水平均溫度基本保持一致，才能夠減少水平熱力失調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生，此方式在前期的投入成本較低，但是對(duì)熱量的消耗比較嚴(yán)重。

3.2 按熱量收費(fèi)

按熱量收費(fèi)時(shí)需要在用戶端安裝熱量計(jì)，通過熱量計(jì)所顯示的數(shù)據(jù)對(duì)用戶收費(fèi)。該方式不能夠采用均勻性調(diào)節(jié)方法，需要利用最不利端壓差控制法，供暖系統(tǒng)中的循環(huán)泵應(yīng)當(dāng)采用變速泵，依據(jù)所檢測(cè)出末端回水壓差來調(diào)整變速泵的轉(zhuǎn)速，使壓差能夠維持在所需的數(shù)值范圍內(nèi)。該方式的前期投入成本較高，并且需要用戶自行購買熱量計(jì)，因此該方式并沒有得到大范圍的推廣使用。

3.3 存在按面積收費(fèi)和按熱量收費(fèi)的用戶

按面積收費(fèi)的用戶需要采取均勻性調(diào)節(jié)的方式，保證按熱量收費(fèi)用戶的壓差控制，確保按熱量收費(fèi)用戶能夠得到合格的熱量供應(yīng)，該階段是按面積收費(fèi)過渡到按熱量收費(fèi)的重要階段。硬件平臺(tái)需要考慮不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)控制需求發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)更新軟件控制系統(tǒng)，為后期的拓展提供幫助。

3.4 系統(tǒng)控制的創(chuàng)新點(diǎn)

有如下5個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：①PLC作為供暖企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)操作比較簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制與手動(dòng)控制的切換；②優(yōu)化調(diào)度熱源，根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)供暖系統(tǒng)負(fù)荷，調(diào)節(jié)供水溫度，向燃燒系統(tǒng)發(fā)出供水溫度需求，并且保持供水總量不變；③按照熱量收費(fèi)時(shí)，供暖系統(tǒng)中的熱量負(fù)荷可能發(fā)生變化，可以利用監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)供水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；④可以消除供暖系統(tǒng)中水平熱力失調(diào)問題，利用熱網(wǎng)水平失調(diào)數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)中定量評(píng)價(jià)的指標(biāo)；⑤利用PLC監(jiān)控系統(tǒng)可以有效降低各換熱站的水泵功率，在換熱站加裝變頻器調(diào)速裝置，可以有效控制水泵的轉(zhuǎn)速，節(jié)約電能，增加供暖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)供暖企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行改造，計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)控制管理系統(tǒng)利用PLC進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制管理，利用上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備間的撥號(hào)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)控制現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)，對(duì)變頻調(diào)速和電動(dòng)閥門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)時(shí)生成現(xiàn)場(chǎng)畫面和數(shù)據(jù)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供暖系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

5 結(jié)束語

分析供暖企業(yè)PLC監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)擁有簡(jiǎn)單的操作界面，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，優(yōu)化供暖監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度，能夠很好地為城市提供供暖服務(wù)。利用該控制方案中的變頻調(diào)速功能，可以更好地節(jié)約能源，提高供暖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，確保供暖企業(yè)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。