新技术下无人值守换热站系统的设计

董 强

(太原市热力公司东山分公司，山西 太原 030013)



新技术下无人值守换热站系统的设计

董 强

(太原市热力公司东山分公司，山西 太原 030013)

对集中供热工程的特点及设计要求进行了分析，从新型的自动化控制技术和网络技术两方面，提出了采用网络化的无人值守换热站系统的设计，提高了企业效益并解决了运行精度方面的需求，为今后同类工程提供参考。

无人值守换热站系统，集中供热，网络技术，中心控制室

1 集中供热面临的形式

集中供热是当今使用最多，负荷面积大，控制方便的供热方式。其结构为:热源、一次管网、换热站、二次管网、用户。热能由热源产生通过一次管网输送到换热站，由换热站换热后输送给用户。上述流程中热源和换热站都有着复杂的运行系统，电器设备相互按需协作运行是节能降耗的前提条件。供热面积大、用户地域分布广、加压设备负荷、用户管道承压的差异性决定了换热站种类和数量较多。一个换热站需要6个人员才能保证值班运行。一个热网系统需要很多的拥有技术资格的运行人员才能保证热网的运行。对于热力企业减少投入的人工成本和降低人员的损耗是经济方面迫不及待的问题。综上所述需要设计一个无人值守换热站系统。其特点是换热站能实现自动化无人值守运行、换热站与热源和换热站与换热站之间能进行自动化通讯。

2 无人值守换热站系统的分析

无人值守换热站系统的结构分为：中心控制室部分、片区中心站部分、换热站就地控制部分、网络通讯部分、外网拓展部分。下文分别分析和设计这五部分内容。

2.1 中心站控制室

中心站控制室主要完成对各换热站就地控制的监控功能、对整个系统进行统一决策。系统流程：中控室服务器利用上位组态王软件采集网络上每个换热站就地的实时数据，数据通过全网平衡软件分析后，服务器给出控制数据发送到每个热力站的PLC(可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程)。PLC做出响应调节换热站的一次网回水电动阀门。使二次网温度高的换热站较一次网阀门关小，减少这个站的流量。同时开大较低温度换热站的一次网阀门，让其得到更多的热能。这样动态的控制达到全网平衡的目的。同时中控室还具有生产报警功能，各换热站PLC发送给中控室服务器的压力、温度、液位信号与组态软件中的警报设定值比较，产生报警。通过上位组态软件调节补水泵启停、变频器频率来让换热站系统正常运行。中控室的组成：服务器、防火墙、交换机、路由器、网络终端机、电脑终端。

2.2 片区中心站

目前大城市化的发展速度越来越快，城市覆盖的面积以惊人的速度增长。供热居民区不仅数量多，而且分布广。实际工作中，一个中心站控制室的人员面对300个或300个以上的热力站进行管理捉襟见肘。系统设计引入片区中心站概念，把庞大的供热区域分解成为几个片区。其功能是将中控室的数据发送到片区中心，操作员通过对片区内各站数据的分析，快速做出反应。同时无人值守换热站加装视频监控系统，片区中心站可以分担中控室对视频监控的工作。

2.3 换热站就地控制系统

换热站系统的结构为：一次网供回水管路、换热器、二次网供回水管路、循环泵、补水泵或一次直接补二次网电磁阀。根据工艺流程控制将系统分为以下几部分。

2.3.1 换热站就地监控系统

以换热站就地控制器为核心，现场的温度、压力、流量、热量、阀门开度、泵的启停信号出送到控制器，由其进行A/D转换并判断处理，实现就地控制。

2.3.2 现场仪表和执行原件

现场仪表和执行原件包括：压力表、温度表、液位计、流量计、热量计、液位、变频器、电动阀阀门。

2.3.3 通讯系统

通讯系统可采用无线通讯、大型局域网通讯、大型局域网加互联网的拓展模式通讯。

2.4 换热站就地信息采集原理

1)温度方面利用PT100热电阻的特性：它的阻值跟温度的变化成正比。PT100的阻值与温度变化关系为:当PT100温度为0 ℃时它的阻值为100 Ω，在100 ℃时它的阻值约为138.5 Ω。它的工业原理:当PT100在0 ℃时它的阻值为100 Ω，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。现场PT100热电阻通过变送器将变化的电阻信号转换成电流信号由通信电缆传输给就地控制柜，信号由控制柜中的AI模块接受并转化为数字信号传输给PLC。PLC将数字信号按比例关系转化到寄存器中。就地控制触摸屏和中控室服务器从相应的寄存器读取数据处理后显示到屏幕。

2)压力方面：利用压力变送器的特性：介质压力直接作用于敏感膜片上，分布于敏感膜片上的电阻组成的惠斯通电桥，利用压阻效应实现了压力量向电信号的转换，通过电子线路将敏感元件产生的毫伏信号放大为工业标准信号。信号通过AI模块到达PLC。

3)液位可采用压力变送器测量，根据水的密度计算出压力下水柱的高度。

4)循环泵变频器方面：变频器的通讯模块发出的电流、频率、故障信号，通过AI模块到达PLC。

2.5 换热站自动化控原理

PLC通过对采集信息的处理，根据程序设定做出反应。

1)补水泵启停：补水泵一般对二次管网的回水管进行补水。PLC将采集到各二次网压力和程序设定值比较，如果现场值低于下限设定值则PLC发出信号到DO模块，由DO模块处理并发出24 V电流信号作用补水泵电机继电器吸合，达到补水功能。如果现场值高于程序设定上限则中断电流信号，补水停止。这样完成了一次自动补水。

2)循环泵的控制：中控室服务器或触摸屏控制器对PLC发出信号，PLC接收并处理将启停和频率信号传输给变频器，变频器接收并完成动作。部分采用了变频器的补水泵配合补水程序能实现恒压供水。

3)一次网回水电动阀门的控制：全网平衡软件通过服务器给予PLC调节电动阀的信号。PLC处理信号后发送给AO模块进行数模转换，AO模块将处理后的模拟信号传输给电动阀，电动阀动作。这样完成了一次全网平衡调节。

2.6 通讯部分

随着网络技术的飞速发展，无人值守换热站系统可采用两种通讯方式分别为：GPRS DTU方式和基于通信公司网络架设的专线局域网9(之后简称专线局域网)。GPRS DTU是一种物联网无线数据终端，利用公用GPRS网络为用户提供无线长距离数据传输功能。是专门用来将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据，通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。专线局域网是一种有线网络，在通信公司的网络上架设企业自己独立的局域网。GPRS DTU方式用于无人值守换热站系统优点在于：DTU提供标准的RS-232接口，工业标准设计，可直接与下位机设备透明通讯。可以使非IP系统通过串口轻松实现GPRS网络和Internet接入并提供安全、透明的传输信道。缺点：由于全网平衡控制系统需要实时控制，受无线网络波动和数据滞后影响大。专线局域网方式的优点：构架网络时，只要换热站附近有通信公司机站就能将换热站设备有线接入网络。有线网络传输稳定，能满足系统高精度的要求。

2.7 外网拓展部分

移动设备的飞速发展使工作变得高效、方便、快捷。工作人员通过安装有下位软件的移动设备，无论是在办公区域、道路、车辆等位置都能完成无人值守换热站系统的操作。外网拓展部分根据以上需求出现了。其内容主要是：通过有线或无线访问Internet网，由通信公司制定的无人值守供热系统局域网络的外网端口进入局域网。设计网络时从网络安全方面考虑，局域网内的用户不能访问Internet网。由外网进入外网端口要有IP注册管理、访问权限限制、账户密码注册。外网功能的拓展不仅对热力企业人员工作效率有提升，而且用户可以接收发布到外网上的运行数据，从而降低了多年存在的用户查询不便的问题。

3 结语

本文分析和设计了集中供热运行现状，根据目前先进的自动控制技术和高速、多功能的网络，针对快增长的供热需求。设计出一个具有网络化的无人值守供热系统。分析了换热站自动化控制原理、全网平衡控制架构、通讯网络的选择以及未来网络的应用方向。这个系统经过实践证明是有效可行的。

[1] 尚伟红.供热工程[M].北京：北京理工大学出版社,2017.

[2] 王万良.自动控制原理[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3] 王冀鲁.网络技术基础与Internet应用[M].北京：清华大学出版社，2009.

On design for unattended heat exchange station in new techniques

Dong Qiang

(DongshanBranch,TaiyuanThermalPowerCompany,Taiyuan030013，China)

The paper analyzes the features and design demands for the central heat-supply projects, points out the internet design for the unattended heat exchange station from the new automatic control technique and network techniques, so as to improve the enterprise benefits and solve the demands for the operation accuracy, so as to provide some reference for similar projects.

unattended heat exchange station, central heat-supply, internet technique, central control room

1009-6825(2017)17-0109-03

2017-03-20

董 强(1983- )，男，助理工程师

TU995

A