简析供热系统自动化监控技术的应用

王 浩 太原市热力集团有限责任公司

1 引言

长期以来，我国城市供热系统技术升级明显滞后于产业规模发展，系统整体运行效率偏低，基于人工操作的系统控制和运维管理模式落后，导致供热系统能耗上升，人力成本居高不下，针对这种现实问题，将自动化监控技术融入供热系统是很好的解决方案，利用自动化监控技术能够实现供热系统的无人值守自动运行，并根据系统运行状态和负载变化动态调节供热系统运行参数，使系统运行效率更高，安全性和稳定性更强，与此同时还能有效减少供热工作人力数量，并降低劳动强度，是促进供热产业高质量发展的有效途径。

2 供热监控系统的主要被控对象

2.1 水泵的变频控制

传统的供热水泵运行主要采用工频50Hz运行方式，水泵电机启动后一直处于定速运行状态，无法根据运行负荷情况进行变速调节，这种运行方式效率低，启动时对电网冲击较大。因此应引入变频控制技术，实现水泵电机的变转速运行，控制系统根据管网压力和流量的反馈信号来控制变频器改变输出频率控制水泵电机的变速运行，从而实现供热系统管网参数的动态调节，利用变频控制可以有效降低水泵电机能耗，并减少水泵电机启动时对配电系统的冲击，降低系统故障率。

2.2 泄压阀的控制

在供热系统的二次循环管网运行过程中，要严格控制循环泵出口压力，自动控制设备应根据压力检测反馈点来控制泄压阀进行管道压力释放来防止压力过高，泄压阀的开闭阈值设置应该根据管道运行参数要求进行严格计算，并设置足够的控制死区，防止泄压阀的频繁开关动作，从而保证系统压力的稳定性，并降低泄压电磁阀的故障率，延长使用寿命。

2.3 供水温度控制

循环水温度控制供热系统自动控制的重要组成部分，其控制时效性和控制精度直接影响了采暖用户的舒适度和满意度，在供水温度控制方面，通常可以采用两种控制策略，一种是以二次网供水温度为主要控制对象，另一种是以回水温度为主要控制对象，在不同的供热负载需求下，两种控制策略各有其优缺点，在进行供暖控制系统设计时应根据负载情况选择最优的控制方案，如表1所示。

表1 不同供水温度控制对象特点

3 PLC和上位机监控技术在供热系统中的应用

3.1 传感器和仪表

供热系统自动化运行需要大量的开关状态、温度、压力、流量等传感器和仪表，这些信号均需要接入供热监控系统中。按照相关规程供热监控系统软件界面上应显示的系统运行时连续量信号，传感器信号应变送器将转换成标准4mA～20mA信号输出送入供热监控系统。此外，供热监控系统中还包含大量需要带有就地显示功能的表头如压力表、流量计、温度计等设备，供运行维护人员就地检查监测使用。

3.2 就地控制柜

就地控制柜的功能在于可以在设备附近实现对各种器件的分散控制，属于供热监控系统执行机构，比如循环水泵、电磁泄压阀等可以通过就地控制柜来实现，常用的水泵电机应采用就地液位控制并装有自动和手动操作装置，流量计量仪和液位监视器应布置在就地控制箱的前面板，便于运行人员查看，就地控制箱带有塑料外壳，也可采用经热浸镀锌处理的外壳，安装于墙上或经过热浸镀锌处理的支架上，防护等级至少应该达到IP54。

3.3 变频驱动控制柜

变频驱动控制柜的主要作用在于控制驱动较大负载的水泵电机，将低压配电和弱电控制集成到一起，驱动器可以选用施耐德、西门子、ABB等厂家的三相变频器作为水泵电机驱动装置，实现电机变速运行，并减少对电网的启动冲击，变频柜动力回路应该有交流接触器加热保护继电器配套使用，以防止设备过流、短路引发的电气故障。变频驱动控制柜外壳一般采用不锈钢材料制成，要就具有严密的防尘防水和防震性能，防护等级应高于IP54。

3.4 监控操作站

供热监控系统需要布置单独的监控操作室，运行人员在监控室中即可实现对设备的监视与控制，操作人员利用供热监控系统整个系统进行启停控制、正常运行的监视和调整以及异常与事故工况的处理，而无需现场人员的操作配合。供热监控系统监控室需要布置两台计算机，其中一台作为工程师站，可以通过工程师站进行控制参数配置，软件编程，数据修改等工作。另一台为操作员站，只开放操作人员监视和操作权限，不能对系统的各项参数进行修改，这种分离布置可以提高系统的安全性，有效避免了由于操作人员错误修改参数带来了的系统故障。

3.5 人机界面软件

图1 供热系统主界面显示

供热监控系统的人机界面是操作人员控制机器的交互式入口，需要具有完整的显示功能和方便的控制功能。显示功能包括文本和图形显示，包括系统的启停状态；管道中阀门的关闭和开启状态；泵电机的启停状态；管道和容器中液体和气体的温度和压力、管道中液体的流量、水箱的液位等，如图1所示，这些状态参数需要快速更新，界面上的刷新率一般为1秒，重要参数需要用可视化图形显示，当参数超过安全阈值时，还需要更改颜色和声音报警。报警显示应采用多级报警，操作人员可根据故障等级选择相应的故障处理方法，既能保证系统稳定运行，又能保证系统的正常运行同时以最低的成本处理设备故障。除了完整的显示功能外，供热监控系统的人机界面软件还需要具备方便的操作和控制功能，操作站一般包括手动/自动切换、系统启停、单台设备启停、设备故障复位等功能。

全面便捷的人机界面软件是供热监控系统的重要优势所在，供热监控系统人机界面可以将所有设备参数都集成到一个监控软件中，操作人员只需要在一台计算机上就可以实现对供热系统全部重要设备的实时监控，极大的提升了工作效率，降低了运营成本。