换热站控制系统的开发与实现

                                 傅振铎 
         （北京和利时自动化驱动技术有限公司，北京，100176）

摘  要    本文针对换热站控制系统进行了研究，开发设计了一套基于PLC控制器组成的换热站自动控制系统。该系统采用PID控制策略，对换热站的一次网、二次网和补水系统进行实时的数据采集和控制，经过实际运行验证，系统稳定，效果良好。

关键词     集中供热系统；换热站控制系统；PLC

                      Development and Implement of Heat Exchanger Control System 

                                 Zhenduo Fu

   （Beijing Hollysys Automation and Drive Co., Ltd，Beijing, 100176）

Abstract     This paper discusses the heat exchanger control system, and develops a PLC based automatic control system with PID control method. The system accomplishes the realtime data acquisition and equipment control of the primary network, the secondary network and the water supply system. This system has been realized with a stable and good performance. 
Key Words     Central Heating Supply System; Control system of heat exchanger; PLC

1    引言

集中供热系统是城市的基础设施之一，也是城市现代化水平的标志之一。发展集中供热对节约能源、改善环境质量、提高人民生活水平都具有重要的意义。因其具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，故而在城市发展和完善集中供热中是非常必要和迫切的。

城市集中供热信息管理调度及自动化控制系统对于保证供热系统优质供热、安全运行、经济节能、环境保护具有十分重要的作用。通过建设城市集中供热信息管理调度及自动化控制系统，可收集到全市供热工程的全部主要信息，集中监视、综合分析、协调调度、提高效率，使供热行业管理从粗放型向集约型转变，促使供热行业控制水平整体提高。

降低热能损失是供热行业节能较主要方向，本文的目的在于提供供热控制方案，通过自动控制使热损失降到较低。通过提供工艺控制功能库，保证满足负载的同时使这些设备在相应工艺条件下，发挥较大的效率，较大程度地降低能源的损耗。

2    换热站的工作原理

集中供热又称区域供热，以热水和蒸汽为载能体，通过管网为一个区域的所有热用户供热。通常是由一个和多个供热设备集中供热，例如供热锅炉、热电联产装置、温泉地热、低温供热核反应堆的热源及工业余热等。集中供热系统是由热源、热用户和热网三部分组成。热源负责制备热媒，热力网负责热媒的输送，热用户是指用热场所。集中供热系统的热用户有供暖、通风、热水供应、空气调节及生产工艺等用热系统。

各热用户用热系统的热负荷，按其性质可分为两大类:季节性热负荷和常年性热负荷。热水供热系统按系统的密闭性可分为开式和闭式两种型式。在闭式系统中，热网的循环水仅作热媒，供给热用户热量，而不从中取出使用。在开式系统中，热网循环水部分或全部从热网中取出，直接用于生产或热水供应。

由于供热系统中热用户的热负荷并不是恒定的，如供暖通风热负荷随室外气象条件变化，热水供应和生产工艺用热随使用条件等因素变化。要保证供热质量，满足各热用户要求，并使热能的制备和输送合理，就要对供热系统进行运行调节一一也就是供热调节。

在城市集中热水供热系统中，供暖热负荷是系统较主要的热负荷，甚至是唯一的热负荷。因此，在供热系统中，通常按照供暖热负荷随室外温度的变化规律，作为供热调节的依据。供热调节的目的，在于使供暖用户的散热设备的放热量与用户热负荷的变化规律相适应，以防止供暖热用户出现温度过高或过低。

根据供热调节地点不同，供热调节可分为集中调节、局部调节和个体调节三种调节方式。集中调节在热源处或供热网处进行。局部调节在换热站或热用户引入口进行，个体调节直接在散热设备处进行调节。集中供热调节容易实施，运行管理方便，是较主要的供热调节方法。

集中供热系统的换热站是供热网路与热用户的连接场所，在其内安装有与用户连接的有关设备、管道、阀门、仪表和控制装置。它的作用是根据热网工况和不同的条件，采用不同的连接方式，将热网输送的热媒加以调节、转换，向热用户系统分配热量以满足用户的需求;同时还应根据需要，进行集中计量、检测供热热媒的参数和数量。根据规模和设置地点不同，换热站又可分为首站、区域换热站、集中换热站和用户换热站。热力输配网络控制的重点是换热站的控制。

换热站主要完成从供热一次网到二次网的热量交换，置换出的二次网的热水温度一般在40℃~65℃之间。换热站监控系统可对热网的温度、压力、流量、开关量等进行信号采集测量、控制、远传，实时监控一次网、二次网温度、压力、流量，循环泵、补水泵运行状态，及水箱液位等各个参数信息，进而对供热过程进行有效的监测和控制。在供热期间可按室外温度调节二次网供回水温度（可手动、自动切换），达到按需供热，实现气候补偿节能控制；也可以进行分时分区节能控制，实现供热全网热量平衡及节约能源。


系统结构图如图1所示。

         图1   换热站的工作原理


3    换热站控制系统设计

现场PLC控制站主要由液晶显示操作终端和控制系统两部分组成。彩色液晶显示屏主要完成各种监控画面、采集参数的显示，并接受一些参数设定的输入信息。控制系统采用性价比较高的和利时LM系列PLC，包括CPU模块、I/O模块，背板等，系统集成多种通讯接口，适用于各种通讯网络。

现场PLC控制站主要功能是对各换热站、供热沿线各节点、热用户运行参数（一、二次网温度、压力、流量等）、各种设备运行状态进行实时监控及采集，并根据气象环境和负荷的变化按预先设定的控制策略对换热站循环泵、补水泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组的完全自动控制。如果有通讯网络的支撑，现场监控站还可以将反映换供热运行的数据传送到调度中心，同时接收调度中心发来的调度控制指令。

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