分时段供热控制器的设计与实现

李利武等

摘要：文章详细介绍了分时段供热控制器的总体设计与控制方案，该系统能够根据室外环境温度及不同供热时段采取不同的供热策略，从而极大地节约了能源，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益。

关键词：供热控制器；供热策略；远程检测；站内报警；温度补偿

中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0014-02

随着城乡集中供热网向大规模、多热源和复杂化的不断发展，热网的计算机监测、控制和管理成为集中供热网的主要环节。因此集中供热怎样与节能、环保和改善投资环境切实地结合起来，给集中供热事业带来了极好的发展机遇，供热机组设备及控制设备在未来十几年内市场需求量极大。分时段供热控制器基于现代控制理论和计算机控制技术，结合专家经验，实现了根据室外环境温度及不同供热时段采取不同的供热策略，节约能源，将全面提升集中供热系统自动化水平，其综合技术达到国际先进水平。

1 功能概述

国内首创研制出基于ARM处理器的具有多种网络接入模式的集数据采集、控制调节、通讯报警、流量计量、温度补偿等功能于一体的分体式“分时段供热控制器”。实现热力公司换热站现场信号采集和泵阀实时控制解决方案，彻底解决了热力站传统的靠人工控制、供热调节能力差、供热效果冷热不均的问题。供热控制器通过监测室外温度、一次侧、二次侧管网的压力、温度、流量等参数，来控制一次侧调节阀开度，达到二次侧供温调节的目的，并针对二次网运行工况调节二次侧循环泵、补水泵，达到集中供热良好的社会效果与热力站经济运行的目的。

2 技术特点

分时段供热控制器是根据我国热力公司换热站运行特点，并结合供热行业的发展趋势研发，克服国外进口控制器功能局限、操作不便等问题，专门针对热力站计量与控制需求研制的智能控制装置。主要采用了以下关键技术：

（1）基于无线传感、个域网通信等先进物联网技术开发研制了支持多种通信模式和具备多路信号转换功能的供热控制器。该供热控制器具有实时性和处理能力强等特点。

（2）控制器采用分体式结构设计，核心处理器为400M ARM处理器，移植linux2.6.30.4系统内核，YAFFS文件系统，TCP/IP数据传输，256M NAND Flash存储空间。

（3）控制器设计中采用FPGA作为底层传感器接口及控制接口，具有局域网接口、USB接口、标准MODE-BUS接口和10m距离内射频参数设置和采集接口。

（4）超大容量数据存储，具有内置PID算法、供热节能调节算法、循环泵节电调节算法、补水泵睡眠调节法和分时调控算法，可接受一次热网平衡远程设置，最大流量限制设置，具有热表计算功能，底层控制基于逻辑，不依赖于算法，绝无死机可能。

（5）供热控制器集换热站参数采集、调节、控制、报警、通讯、流量计量、温度补偿曲线输入、一次热网平衡调节的全部功能于一体，能够满足换热站无人值守需求。

（6）系统通过计算机应用程序远程检测调整控制器的工作状态和工作模式。供热控制器可通过无线方式进行参数设计、免编程，应用程序能够远程升级，提高了系统的可维护性，降低了维护难度。

（7）集恒定二次供水温度、二次回水压力、水温差及流量限制、时间段温度曲线补偿于一体的热网监控系统的设计。

（8）控制器带有标准通讯接口，能够实现换热站与监控中心的GPRS无线通讯、ADSL有线宽带通讯和局域网络通讯及3G网络的通讯。

供热控制器作为连接传感器、测控设备和通讯设备的数据处理、运算、控制、显示和操作单元，实现热力站测控功能并配合网络通讯实现了监控中心的远程采集及控制。供热控制器拓扑结构图如图1所示：

图1 分时段供热控制器拓扑结构图

3 功能实现

3.1 参数采集功能

分时段供热控制器完成模拟量采集包括：一次侧供水温度和压力、一次侧回水温度和压力、二次侧供水温度和压力、二次侧回水温度和压力、水箱液位、调节阀开度反馈、室外温度、循环泵和补水泵的频率反馈、一次侧流量、补水流量、二次侧流量。状态量采集如：循环泵和补水泵的运行状态。脉冲量采集如：一次侧流量、补水流量的脉冲输入等的测量。

3.2 换热站站内报警功能

包括循环泵和补水泵故障报警、水箱水位高报警、水箱水位低报警、一次侧供水低压低温报警、二次侧供水高压高温报警、二次侧回水低压低温报警及市电掉电报警。

3.3 室外温度补偿控制功能

由室外温度补偿曲线确定用户供热温度，供热曲线的确定如图2所示：

图2 室外温度补偿曲线

根据计算出来用户供热温度和实际的用户供热温度，利用成熟的pid调节算法和分时控制计算出相应的电动调节阀的阀位开度，调节一次侧采暖热水进入二次侧的流量。

还可根据室外温度对循环泵运行进行补偿调节设置，在设定二次供回温差或压差的基础上，根据室外温度变化情况，按预设的补偿值对温差设定值进行补偿，从而调节循环泵的运行，使其满足供热效果的基础上达到经济

运行。

3.4 分时控制调节功能

调节阀在二次供温曲线控制、二次回温曲线控制、二次供回温差曲线控制方式下，进行曲线设置，根据室外温度对调节阀开度进行控制进而对二次供温、二次回温或二次供回温差进行控制达到预期的设定值，设定值根据室外温度分为八段，由用户根据实际情况自行确定每点室外温度对应的二次供温、二次回温或二次供回温差的具体值。

分时调整是在曲线设置的基础上分时段对二次供温曲线、二次回温曲线或二次供回温差曲线进行分时段补偿调整，分时补偿调整值按时间分为十六段，由用户根据室外温度和白天与黑夜的不同时段实际情况自行确定每个时间段的分时补偿调整值，一般分时调整值在±1℃～±5℃之间选择。

图3 调节阀曲线设置图

3.5 流量输入功能

可通过模拟量和脉冲两种输入端口接入流量信号。

3.6 通讯功能

3.6.1 RS485接口为标准的RS485通讯接口，通讯协议为MODBUS-BUS标准协议。

3.6.2 RS232接口为标准RS232通讯接口，此接口专门用来与触摸屏通讯。通讯协议为MODBUS-BUS标准协议。

3.6.3 网口为标准的以太网接口，用来传递数据、监视控制器运行状态、通讯使用。

3.6.4 USB接口为标准接口，用于连接外部移动存储设备。

3.7 热量积算功能

可进行热量计算和累积。

4 结语

分时段供热控制器实现了公共建筑的分时段供热，对供热效果进行自动化控制，减少热量消耗，达到经济节能的目的，对城市供热工程的技术进步具有很强的示范性和推广意义，是城市供热行业的技术现代化、管理科学化、全面上水平的重要标志。

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作者简介：李利武（1968—），男，河北唐山人，唐山市热力总公司高级工程师，研究方向：暖通工程。