无人值守热力站及全网平衡自控系统

甄 龙

(太原市热力集团有限责任公司第四供热分公司,山西 太原 030006)

随着百姓的生活水平日益提高，对身心健康更加重视，同时人们对环境的要求一步步的提高。所以近年来多地大力提倡城市集中供热，改变以前由企业、小区各自供热，各自建立燃煤锅炉，给社会环境造成了大量环境污染，在郊区建立多个热电联产项目或者多个热源厂为城市提供热源，城区内各小区企业建造热力站，取代燃煤锅炉。这种做法可以大量消减燃煤锅炉对社会环境造成的污染，同时也节省了能源。

科学技术发展迅速，特别是计算机大量使用和通讯技术的迅猛发展，自控技术也得到了大量的使用，在能源紧张的现在，既要满足热用户对供热质量的要求，也要降低生产成本节约能源。所以，目前我们热力公司都使用自控设备同时配合无人值守热力站，采用大片区全网平衡调节，来提高能源利用率和企业管理水平，最终提高供热质量。

1 控制目的

全面实时了解热力系统运行状态和工况。保障热力系统的运行状态稳定，对热力管网的热力工况、水力工况和热力站运行状态进行全自动调节，消除大片区热力站之间的相互影响，消除热力系统水力平衡失调，保障全网平衡供热。

满足用户必须的采暖要求的目标下，力求减少总供热量，从而减小总热量，提高企业的经济效益。

高效稳定地进行热力系统运行和设备维护管理。及时发现上报处理热力系统热力站出现的问题故障，做到早发现，早处理。

为热力管网经济节能运行提供分析基础以及依据。分析历史数据，在本年的11月至次年的3月的供热期结束后与历史数据进行分析比较，查出主要热量电能损耗来源，为今后的节能减排提供依据。

2 自动控制系统硬件基础

1)热力站自控设备。包括一二次网温度变送器和压力变送器，一次网流量计或热量表，一次网调节阀或者变频泵，二次网补水控制设备，二次网变频泵控制系统。

2)总站系统。两台服务器(相互冗余)，多台客户端电脑，全网平衡软件和组态软件。

3)局域网络。有线网络和无线网络。

3 自动控制

3.1 数据采集

在总站建立一个监控中心，总站和各个热力站的采用的VPN专线方式或者无线传输方式进行数据的通讯，将热力站数据采集，并实时传回总站。要达到自动控制首先要了解当前系统的运行状况，所以数据采集是实现自动化的基础。

单个供热系统的参数不多，但大量单个系统换热站组成的热力站大系统，数据量却很大，并且整个大系统的各项数据变化不是很快，所以对PLC等传输设备的要求为：

通讯功能，开放的通讯接口，接受总站的访问、控制；各项数据必须稳定可靠，采集频率不需要太快；阀门开度、流量、温度、压力等信号的采集功能；控制方式就地与远程的切换功能；有简单分析计算功能，比如计算供水回水温差压差、瞬时热量流量等；参数设定功能，可接受总站的远程参数设定，也可接受就地触摸屏的参数设定；有少量的数据存储能力，传输给远程的监控室组态软件和全网平衡软件；连接全网平衡自动控制功能，根据总站下达的各站控制目标实现自动控制，调节热力站一次管网的水流量，通过控制电动调节阀或变频泵实现，从而控制二次网的供/回水温度；独立自动控制功能，在网络中断或者要求本地控制情况下，运行人员可以通过现场触摸屏设定参数，热力站可以独立完成控制任务；人工控制功能，工作人员通过对就地自控柜直接设定，改变电动控制阀门开度或回水加压变频泵的频率，从而改变热力站一次网水流流量或者一次网循环泵的赫兹数。

3.2 远程通讯

通讯网络是整个监控系统的纽带，肩负着各热力站与总控室的数据交换和数据传输。监控系统采用的通讯方式有很多种不同方式，应依据工程的情况，决定采取哪种通讯方式。

通讯方式可以分为：宽带网、VPN专线和GPRS网。我们采用VPN专线，其特点：

1)敷设专用通讯光缆，传输速度快，传输数据量大。

2)系统具有双向数据传输功能，从而实现远程控制，为无人值守热力站提供网络基础。

3)与传统的广域网比，虚拟VPN专用网络能够减少运营成本及降低企业用户的连接成本。

4)和互联网隔绝，降低了外部网络攻击的风险。

3.3 温度控制

要使住户家里温度更加合适，必须保证热力站供出的热量足够才能使室温达标，所以就需要根据不同的实际情况(比如节能建筑，非节能建筑，地暖，挂暖等其他实际情况)对热力站的二次供水/回水温度进行控制。控制形式可以有多种：如根据不同时间段调节、根据工作经验调节、根据恒定温度调节三种。

1)根据不同时间段调节。

在不同的时间段(比如白天和晚上，前半夜和后半夜，初寒期严寒期与末寒期)设定不同的二次网供水温度/回水温度，这种控制方式能在不同的时间段设定供水温度/回水温度。

2)根据工作经验调节。

根据前期积累经验，初步预估在不同的室外温度条件下，大概需多少的二次网供水温度/回水温度，多少流量，再根据实际情况来进行偏差调节。

3)根据恒定温度调节。

可以设定热力站二次网供水温度/回水温度值。自动控制系统通过检测室外温度、二次网回水温度/供水温度、二次网循环泵赫兹数、二次网回水压力/供水压力，自动调节一次网的电动调节阀门的开度(或者一次网变频泵的赫兹数)和二次网循环泵赫兹数，改变一次网流量、二次网温差还有二次网压差，达到对二次网所要求得供水温度/回水温度，实现远程对热力站的调节。

4 组态软件

采用SCADA作为上位机的组态软件，可以通过画面编辑器实现绘制现场设备流程图绘制，然后建立动画连接，赋予一定的动画效果，可以实时地反映现场的情况。SCADA通过对热力站PLC读取，采集热力站设备的运行情况，进行远程控制以及监视，以实现数据采集、设备控制、参数调节以及温度压力报警等功能。

5 全网平衡调节

全网平衡软件主要有：全网平衡功能、控制方式选择功能、一次网电动调节阀或一次网回水加压泵、二次网变频循环泵的控制(频率、温度、流量)、一次网电动调节阀或加压泵的时间表控制模式、平衡控制效果的评定、热负荷评估、横向数据分析功能、设备手动设定值给定、电动调节阀的阀位自动跟踪功能、多种数据分析功能、历史曲线功能、基础供热参数修改等。

全网平衡软件要采集“热力站内的一次网电动调节阀的给定和反馈值或者回水加压泵的频率”“热源的流量、压力、温度”“二次网供水温度”“二次网回水温度”等参数，还包括热力管网的其他信息通过后台配置文件进行输入。通常采集数据的方式有两种：在数据量较大时，多采用网关机直接采集热力站数据，全网平衡软件读取网关机，这样可以减少PLC和服务器之间的通讯负担；还可以通过OPC方式从组态软件中获得有关数据。全网平衡软件依据得到的数据，采用特殊的规定的计算方法结合PID控制，调节电动调节阀的开度大小(变频流量泵的频率大小)，还有二次网变频循环泵的赫兹数。目的是缩小热力管网的水力失调度，实现全网平衡供热的目标。

另外，PLC和变频器进行通讯，读取和设定变频器的参数如:变频器的工作状态、变频器的工作频率、变频器的故障和变频器的报警等，以便了解循环泵电机的运行情况。

6 报警管理

热力站的组态软件具备报警管理功能，每条报警信息都包括报热力站站名、时间、事项及报警值等信息，组态软件对过去的报警可以按热力站、按时间、事项进行查询。

7 结论

热力站自控系统、SCADA组态软件还有全网平衡软件配合一起使用，提高了供热质量，实现了对热力站的远程监控以及自动控制。在保证了热用户供热要求的目标下，减少人工、水耗、电能还有热量损耗。运行工作人员也可以时刻了解各个热力站工作状态和热力站运行数据，提升了整个热力系统的稳定性和管理水平，为热力系统的运行管理提供一个良好的技术支持，提高公司经济效益和精细化管理水平。