李利武等

摘要：文章詳細介紹了分時段供熱控制器的總體設(shè)計與控制方案，該系統(tǒng)能夠根據(jù)室外環(huán)境溫度及不同供熱時段采取不同的供熱策略，從而極大地節(jié)約了能源，具有良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：供熱控制器；供熱策略；遠程檢測；站內(nèi)報警；溫度補償

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）20-0014-02

隨著城鄉(xiāng)集中供熱網(wǎng)向大規(guī)模、多熱源和復(fù)雜化的不斷發(fā)展，熱網(wǎng)的計算機監(jiān)測、控制和管理成為集中供熱網(wǎng)的主要環(huán)節(jié)。因此集中供熱怎樣與節(jié)能、環(huán)保和改善投資環(huán)境切實地結(jié)合起來，給集中供熱事業(yè)帶來了極好的發(fā)展機遇，供熱機組設(shè)備及控制設(shè)備在未來十幾年內(nèi)市場需求量極大。分時段供熱控制器基于現(xiàn)代控制理論和計算機控制技術(shù)，結(jié)合專家經(jīng)驗，實現(xiàn)了根據(jù)室外環(huán)境溫度及不同供熱時段采取不同的供熱策略，節(jié)約能源，將全面提升集中供熱系統(tǒng)自動化水平，其綜合技術(shù)達到國際先進水平。

1 功能概述

國內(nèi)首創(chuàng)研制出基于ARM處理器的具有多種網(wǎng)絡(luò)接入模式的集數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)節(jié)、通訊報警、流量計量、溫度補償?shù)裙δ苡谝惑w的分體式“分時段供熱控制器”。實現(xiàn)熱力公司換熱站現(xiàn)場信號采集和泵閥實時控制解決方案，徹底解決了熱力站傳統(tǒng)的靠人工控制、供熱調(diào)節(jié)能力差、供熱效果冷熱不均的問題。供熱控制器通過監(jiān)測室外溫度、一次側(cè)、二次側(cè)管網(wǎng)的壓力、溫度、流量等參數(shù)，來控制一次側(cè)調(diào)節(jié)閥開度，達到二次側(cè)供溫調(diào)節(jié)的目的，并針對二次網(wǎng)運行工況調(diào)節(jié)二次側(cè)循環(huán)泵、補水泵，達到集中供熱良好的社會效果與熱力站經(jīng)濟運行的目的。

2 技術(shù)特點

分時段供熱控制器是根據(jù)我國熱力公司換熱站運行特點，并結(jié)合供熱行業(yè)的發(fā)展趨勢研發(fā)，克服國外進口控制器功能局限、操作不便等問題，專門針對熱力站計量與控制需求研制的智能控制裝置。主要采用了以下關(guān)鍵技術(shù)：

（1）基于無線傳感、個域網(wǎng)通信等先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)研制了支持多種通信模式和具備多路信號轉(zhuǎn)換功能的供熱控制器。該供熱控制器具有實時性和處理能力強等特點。

（2）控制器采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計，核心處理器為400M ARM處理器，移植linux2.6.30.4系統(tǒng)內(nèi)核，YAFFS文件系統(tǒng)，TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸，256M NAND Flash存儲空間。

（3）控制器設(shè)計中采用FPGA作為底層傳感器接口及控制接口，具有局域網(wǎng)接口、USB接口、標準MODE-BUS接口和10m距離內(nèi)射頻參數(shù)設(shè)置和采集接口。

（4）超大容量數(shù)據(jù)存儲，具有內(nèi)置PID算法、供熱節(jié)能調(diào)節(jié)算法、循環(huán)泵節(jié)電調(diào)節(jié)算法、補水泵睡眠調(diào)節(jié)法和分時調(diào)控算法，可接受一次熱網(wǎng)平衡遠程設(shè)置，最大流量限制設(shè)置，具有熱表計算功能，底層控制基于邏輯，不依賴于算法，絕無死機可能。

（5）供熱控制器集換熱站參數(shù)采集、調(diào)節(jié)、控制、報警、通訊、流量計量、溫度補償曲線輸入、一次熱網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)的全部功能于一體，能夠滿足換熱站無人值守需求。

（6）系統(tǒng)通過計算機應(yīng)用程序遠程檢測調(diào)整控制器的工作狀態(tài)和工作模式。供熱控制器可通過無線方式進行參數(shù)設(shè)計、免編程，應(yīng)用程序能夠遠程升級，提高了系統(tǒng)的可維護性，降低了維護難度。

（7）集恒定二次供水溫度、二次回水壓力、水溫差及流量限制、時間段溫度曲線補償于一體的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。

（8）控制器帶有標準通訊接口，能夠?qū)崿F(xiàn)換熱站與監(jiān)控中心的GPRS無線通訊、ADSL有線寬帶通訊和局域網(wǎng)絡(luò)通訊及3G網(wǎng)絡(luò)的通訊。

供熱控制器作為連接傳感器、測控設(shè)備和通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)處理、運算、控制、顯示和操作單元，實現(xiàn)熱力站測控功能并配合網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)了監(jiān)控中心的遠程采集及控制。供熱控制器拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 分時段供熱控制器拓撲結(jié)構(gòu)圖

3 功能實現(xiàn)

3.1 參數(shù)采集功能

分時段供熱控制器完成模擬量采集包括：一次側(cè)供水溫度和壓力、一次側(cè)回水溫度和壓力、二次側(cè)供水溫度和壓力、二次側(cè)回水溫度和壓力、水箱液位、調(diào)節(jié)閥開度反饋、室外溫度、循環(huán)泵和補水泵的頻率反饋、一次側(cè)流量、補水流量、二次側(cè)流量。狀態(tài)量采集如：循環(huán)泵和補水泵的運行狀態(tài)。脈沖量采集如：一次側(cè)流量、補水流量的脈沖輸入等的測量。

3.2 換熱站站內(nèi)報警功能

包括循環(huán)泵和補水泵故障報警、水箱水位高報警、水箱水位低報警、一次側(cè)供水低壓低溫報警、二次側(cè)供水高壓高溫報警、二次側(cè)回水低壓低溫報警及市電掉電報警。

3.3 室外溫度補償控制功能

由室外溫度補償曲線確定用戶供熱溫度，供熱曲線的確定如圖2所示：

圖2 室外溫度補償曲線

根據(jù)計算出來用戶供熱溫度和實際的用戶供熱溫度，利用成熟的pid調(diào)節(jié)算法和分時控制計算出相應(yīng)的電動調(diào)節(jié)閥的閥位開度，調(diào)節(jié)一次側(cè)采暖熱水進入二次側(cè)的流量。

還可根據(jù)室外溫度對循環(huán)泵運行進行補償調(diào)節(jié)設(shè)置，在設(shè)定二次供回溫差或壓差的基礎(chǔ)上，根據(jù)室外溫度變化情況，按預(yù)設(shè)的補償值對溫差設(shè)定值進行補償，從而調(diào)節(jié)循環(huán)泵的運行，使其滿足供熱效果的基礎(chǔ)上達到經(jīng)濟

運行。

3.4 分時控制調(diào)節(jié)功能

調(diào)節(jié)閥在二次供溫曲線控制、二次回溫曲線控制、二次供回溫差曲線控制方式下，進行曲線設(shè)置，根據(jù)室外溫度對調(diào)節(jié)閥開度進行控制進而對二次供溫、二次回溫或二次供回溫差進行控制達到預(yù)期的設(shè)定值，設(shè)定值根據(jù)室外溫度分為八段，由用戶根據(jù)實際情況自行確定每點室外溫度對應(yīng)的二次供溫、二次回溫或二次供回溫差的具體值。

分時調(diào)整是在曲線設(shè)置的基礎(chǔ)上分時段對二次供溫曲線、二次回溫曲線或二次供回溫差曲線進行分時段補償調(diào)整，分時補償調(diào)整值按時間分為十六段，由用戶根據(jù)室外溫度和白天與黑夜的不同時段實際情況自行確定每個時間段的分時補償調(diào)整值，一般分時調(diào)整值在±1℃～±5℃之間選擇。

圖3 調(diào)節(jié)閥曲線設(shè)置圖

3.5 流量輸入功能

可通過模擬量和脈沖兩種輸入端口接入流量信號。

3.6 通訊功能

3.6.1 RS485接口為標準的RS485通訊接口，通訊協(xié)議為MODBUS-BUS標準協(xié)議。

3.6.2 RS232接口為標準RS232通訊接口，此接口專門用來與觸摸屏通訊。通訊協(xié)議為MODBUS-BUS標準協(xié)議。

3.6.3 網(wǎng)口為標準的以太網(wǎng)接口，用來傳遞數(shù)據(jù)、監(jiān)視控制器運行狀態(tài)、通訊使用。

3.6.4 USB接口為標準接口，用于連接外部移動存儲設(shè)備。

3.7 熱量積算功能

可進行熱量計算和累積。

4 結(jié)語

分時段供熱控制器實現(xiàn)了公共建筑的分時段供熱，對供熱效果進行自動化控制，減少熱量消耗，達到經(jīng)濟節(jié)能的目的，對城市供熱工程的技術(shù)進步具有很強的示范性和推廣意義，是城市供熱行業(yè)的技術(shù)現(xiàn)代化、管理科學(xué)化、全面上水平的重要標志。

參考文獻

[1] 于海生.計算機控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2] 白焰.分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社.

[3] 陸會明.控制裝置與儀表[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[4] 潘永湘.過程控制與自動化儀表[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[5] 王亦昭，劉雄.供熱工程[M].北京：機械工業(yè)出

版社.

[6] 曹玉強，沈金安.節(jié)能型智能供熱控制系統(tǒng)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2002，（4）.

作者簡介：李利武（1968—），男，河北唐山人，唐山市熱力總公司高級工程師，研究方向：暖通工程。