物联网技术背景下的换热站自动控制系统

2021-04-04李顺

信息记录材料 2021年2期

李顺

（太原学院山西太原 030032）

1 引言

伴随着现代城市化的发展，城市环境与能源消耗现象逐渐严重，采用集中供热的方式在改善城市环境、降低能耗节约能源等方面有着显著的效果，是国家及全社会大力推行的环保节能措施，集中供热规模的不断扩大，对热力管网进行科学化的管理具有十分重要的现实意义，物联网技术的应用，很大程度上促进了换热站自动控制系统的实现。

2 换热站自动控制技术概述

在集中供热系统中，热换站是非常重要的一环，在这个系统中占据分量较重，在科学技术的不断革新与应用背景下，热换站逐渐趋于自动化控制，传统的人工运行管理模式逐渐被取代转变为无人值守换热站，不仅降低了相关工作人员的劳动强度，还可以将热能合理按需分配，在降低能源浪费的同时实现能源的高效利用。但由于各种因素的制约，换热站还无法实现真正意义上的无人值守，加强换热站自动控制系统研究力度，提高换热站的智能化与自动化水平，对物联网技术与换热站自动控制系统的高度融合进行研究具有重要意义[1]。

物联网技术的优势与发展使其在各个领域都得到了广泛应用，可以有效提升各领域的智能化服务水平。由此可以看出，基于物联网技术的换热站自动控制系统在未来的发展中具有良好、广阔的发展空间，可以在一定程度上实现换热站自动控制系统的无人化操作运行。

3 基于物联网的换热站自动控制系统

3.1 系统组成

热换站自动控制系统中主要由多种测量与控制仪表、扩展模块与PLC、GPRS通信模块、天线、变频器、模拟量输入与输出单元以及循环泵等零部件组成；物联网主站平台则是由工业控制计算机、服务器软件、组态软件、宽带网络等组成[2]。

3.2 控制原理

基于物联网技术的无人值守换热站自动控制系统可以对补给水箱的温度、压力、流量、水位等模拟信号以及循环水泵、补给水泵的运行状态等开关信号进行采集和控制，中央控制站计算单元建立数学模型，通过一系列的计算操作后，将计算结果输出到换热站控制单元，实现对供热过程的有效监控。

具体设计包括换热站内相关设备、阀门、控制装置、仪表、管路等装置，根据热网的工作条件与不同的状况，对热网的热媒和传输加以调整和转换，并将热量分配给供热用户系统，从而满足用户的不同需求。同时还可以根据系统运行的实际需求，对热媒的参数等进行集中测量与检测。物联网技术的融入，主要是为了利用其监控系统承担各分站的换热、管理和监控等各项任务，确保热力管网的安全、可靠、低能耗的运行，高效率地完成供热任务。

4 物联网技术背景下的换热站自动控制系统软件设计

4.1 控制方式分析

在换热站自动控制系统中，管网水损失是不可避免的，因此有必要对补给泵补给水量进行控制，以保证系统的正常运行。在这其中，传统换热站的泵电机与城市电力直接相连，以工频模式运行，热负荷不会影响输出的流量。没有外部温度传感器和PLC，循环水泵的输出流量就不能进行调节，循环水泵电机的转速依赖于变频器的调节，以此满足供热负荷的需求，使水泵电机随着热负荷的变化而变化，通过调节能量需求，最大程度上降低能耗量。除此之外，变频器还可以提高系统的功率艺术，降低电机的无功损耗，提升供电效率与质量。

为了实现基于物联网技术换热站自动控制系统的高效稳定运行，需要采用备用泵运行逻辑、PLC控制、变频泵等来实现泵速的调节。在该系统中，应使用三台循环泵、一台变频器，利用变频器推动多台循环泵的稳定运行。通过对循环泵的输出流量进行一定的控制，利用基于物联网技术下的自动控制中PLC和变频器实现通信功能，将传感器检测到的温度传输至系统内，系统做出相应的响应，将控制指令返回至变频器，从而实现温度的自动调节与控制。

4.2 变频调速技术

换热站需要根据多方面的需求对供热量进行及时优化与调整，多采用的是双调节控制方式，通过端口静态方式对供热量进行调整，同时完成循环泵的流量控制和二次供水的温度设定，此类控制方法的节能效果非常显著。变频调速技术主要是应用在补水系统方面，保证补水系统的正常运行[3]。根据恒压供水原理，可以实现定点补水。当换热站的供热系统热水在运行时，出现管道或阀门泄露，循环水的水压会受到很大的影响出现明显的降低效果，在这种情况下，若供水不及时，则会对供热系统产生极大的影响，导致其无法正常运行。因此，可以利用变频调速技术对其进行改善与优化解决循环水压力方面的问题，实现正常补水。

物联网技术在这其中充当的是实现无人值守换热站模式，通过利用物联网技术的特点与优势，在信息生成与数据操作通讯之间，依靠系统运行监控管理系统，对运行数据进行集中收集与分析，实现对整个系统的实时控制，并结合预分析信号、现场仪表信号采集，实现热换站自动控制系统间的互相反馈与通讯。