王光啟

（蘭州西熱東輸經(jīng)營(yíng)有限公司，甘肅 蘭州 730060）

引言

現(xiàn)階段，供熱行業(yè)普遍應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠幫助換熱站降低供熱成本，減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境和諧發(fā)展。通過不斷優(yōu)化供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的智能化水平越來越高，運(yùn)行模式的改變，使其原本存在的流量不均、冷熱不均等問題得到了有效改善。另外，供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的實(shí)際需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，有效利用能源。

1 換熱站的組成部分

1）傳感器及測(cè)量?jī)x表：監(jiān)測(cè)換熱站的運(yùn)行參數(shù)。

2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：對(duì)一次供熱管網(wǎng)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行控制。

3）PLC：PLC 接收變送器采集到的現(xiàn)場(chǎng)信息，并通過上位機(jī)完成反饋信號(hào)和給定信號(hào)的比較運(yùn)算，然后向前端I/O 模塊發(fā)送由運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)變的控制信號(hào)，通過I/O 模塊準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換模擬量，有效控制補(bǔ)水泵、變頻器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。

4）現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)：測(cè)量補(bǔ)水箱水位。

5）視頻監(jiān)控：能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控?fù)Q熱站各種設(shè)備的運(yùn)行情況，其視頻信息能夠?qū)崿F(xiàn)本地儲(chǔ)存，為相關(guān)人員隨時(shí)了解換熱站內(nèi)的實(shí)際情況提供方便。

2 供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)在換熱站中的重要作用

1）環(huán)境效益。將供熱自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用于換熱站，能夠隨時(shí)隨地的監(jiān)控?zé)崃?，?shí)時(shí)掌握外界溫度和用戶室內(nèi)溫度，調(diào)度人員可以更加科學(xué)地調(diào)控供熱溫度和流量，有效降低資源消耗。

2）經(jīng)濟(jì)效益。借助供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不但能夠有效降低換熱站對(duì)工作人員數(shù)量的需求，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，降低人力資源支出，還能夠優(yōu)化相關(guān)數(shù)據(jù)的處理流程，快捷方便，提升工作質(zhì)量和效率。

3）安全效益。與傳統(tǒng)的管理和監(jiān)測(cè)模式相比，供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地體現(xiàn)各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)的實(shí)際情況。一旦發(fā)生供熱運(yùn)行問題，自動(dòng)化控制系統(tǒng)就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，有利于更加準(zhǔn)確、快速地解決問題，保證熱力站高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

換熱站應(yīng)用供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠有效解放換熱站的人力資源，提升供熱工作的質(zhì)量和效率。同時(shí)，依靠系統(tǒng)強(qiáng)大的分析與處理數(shù)據(jù)能力，供熱管理更加簡(jiǎn)單、供熱控制更加精準(zhǔn)、供熱質(zhì)量更高，可有效控制換熱站經(jīng)濟(jì)成本，避免資源浪費(fèi)。供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)控溫度，不僅高效利用熱力資源，而且用戶的滿意度和舒適度更高[1]。

3 供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)在換熱站中的應(yīng)用方式

3.1 控制熱量的方式

我國(guó)換熱站供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)大多是利用熱網(wǎng)控制系統(tǒng)控制溫度的方式。在控制過程中如果只重視溫度，將使控制周期延長(zhǎng)，無(wú)法滿足相應(yīng)的穩(wěn)定性要求。在調(diào)控過程中必須保證合理的熱量控制方式，通過熱量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并充分考慮氣候環(huán)境變化進(jìn)行程序設(shè)置，合理控制熱網(wǎng)調(diào)節(jié)閥和循環(huán)泵，使換熱站和換熱機(jī)組擁有更高層次的自動(dòng)控制水平。

3.2 收集、分析和傳輸數(shù)據(jù)的方式

供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要收集各個(gè)熱網(wǎng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)分析后，再利用智能化的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)要保證準(zhǔn)確、穩(wěn)定、安全地傳輸數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)該利用先進(jìn)的軟硬件設(shè)備，如：數(shù)字溫度傳感器，不但能直觀地顯示溫度值，還能夠準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換溫度信號(hào)。數(shù)字溫度傳感器具有非常高的靈敏度，其穩(wěn)定性和精確性的優(yōu)勢(shì)也非常明顯，能夠準(zhǔn)確、完整地完成數(shù)據(jù)傳輸。通訊網(wǎng)絡(luò)也是數(shù)據(jù)傳輸不可缺少的因素，想要準(zhǔn)確、及時(shí)地傳輸數(shù)據(jù)，必須以高質(zhì)量的通訊網(wǎng)絡(luò)為前提。由于數(shù)據(jù)的即時(shí)性特征非常明顯，因此，必須以高效的通訊網(wǎng)絡(luò)為依托，才能有效保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性。

3.3 遠(yuǎn)程控制方式

現(xiàn)階段大多是將現(xiàn)場(chǎng)總線和以太網(wǎng)技術(shù)作為自動(dòng)化控制的遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，相關(guān)的應(yīng)用實(shí)踐較多，已經(jīng)擁有較為成熟的遠(yuǎn)程控制技術(shù)。有效應(yīng)用遠(yuǎn)程控制方式不僅能夠使控制的靈活性和可靠性更高，還能夠減少對(duì)電纜材料和隔離設(shè)施的需求，降低能源消耗，在換熱站成本控制過程中發(fā)揮積極作用。

4 換熱站供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 相關(guān)工藝技術(shù)要求

通過對(duì)某換熱站采暖換熱機(jī)組構(gòu)成進(jìn)行分析，其循環(huán)水系統(tǒng)包括2 臺(tái)循環(huán)水泵，換熱系統(tǒng)包括板式熱換氣組，補(bǔ)水系統(tǒng)包括1 臺(tái)補(bǔ)水泵。在換熱站供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)中使用典型的兩級(jí)監(jiān)控方式，這樣能夠使系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)要求得到較好的滿足。換熱流程如圖1 所示。人機(jī)界面主要利用西門子觸摸屏作為上位機(jī)，能夠監(jiān)控并管理下位機(jī)，使供熱管理變得更加方便。對(duì)于下位機(jī)來講，PLC 是其主要組成部分，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制相關(guān)過程。

4.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.2.1 換熱站控制器

在供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，使用SIMATICS7-300型號(hào)的西門子PLC 作為可編程控制器，人機(jī)操作界面實(shí)現(xiàn)可視化，提升對(duì)各項(xiàng)功能的控制效果。PLC 可編程控制器大多具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性高以及體積小的優(yōu)勢(shì)，還具有編程簡(jiǎn)單和維護(hù)方便的特點(diǎn)，在運(yùn)行時(shí)能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境，保證各種定時(shí)和順序的閉環(huán)控制功能得到有效完成，同時(shí)，擁有方便快捷的通訊連接，其通訊模塊處理和接口較多，能夠與接口模塊相結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)架的擴(kuò)展[2]。

4.2.2 人機(jī)操作界面

在供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，人機(jī)操作界面也非常重要，包括顯示各種數(shù)據(jù)、預(yù)警各種故障以及維護(hù)調(diào)試設(shè)備等。其最明顯的優(yōu)勢(shì)就是能夠以友好的方式實(shí)現(xiàn)與用戶的交互。首先是HMI 輸入數(shù)據(jù)處理，以特定的方式將處理后的數(shù)據(jù)反映在人機(jī)操作界面，例如：相關(guān)的供熱數(shù)據(jù)信息以及機(jī)組狀態(tài)信息等。在屏幕上顯示的方式多種多樣，如符號(hào)、數(shù)值、表格等，幫助相關(guān)人員全面、準(zhǔn)確地掌握供熱系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

現(xiàn)階段，西門子觸摸屏（TPI77B）在各換熱站應(yīng)用較為廣泛，并且大多使用西門子大尺度廣域WinCC OA PVSS 控制平臺(tái)，作為人機(jī)界面軟件系統(tǒng)，主要包括以下內(nèi)容：能夠準(zhǔn)確切換手動(dòng)、自動(dòng)功能，直接在操作界面中進(jìn)行選擇；能夠使供熱流程圖的顯示方式變得更加直接，實(shí)時(shí)模擬換熱站實(shí)際運(yùn)行情況；能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)水箱壓力、溫度、液位等，并在這些指標(biāo)不符合要求時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警。

4.2.3 網(wǎng)絡(luò)通訊方式

通過上面的分析，應(yīng)該盡量使用多點(diǎn)接口的MPI通訊方式，使CPU 同時(shí)聯(lián)系多個(gè)設(shè)備，并且避免反復(fù)編寫通訊程序，實(shí)現(xiàn)編程器、HMI 設(shè)備以及其他可編程器同時(shí)運(yùn)行。利用VPN 網(wǎng)絡(luò)能夠有效實(shí)現(xiàn)各個(gè)部門之間的遠(yuǎn)程通訊，利用CP-343 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，能夠使遠(yuǎn)程監(jiān)控和無(wú)人值守的目標(biāo)得以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，使換熱站供熱運(yùn)行管理模式更加先進(jìn)[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠在換熱站供熱過程中發(fā)揮非常重要的作用。近年來，供熱市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)變得越來越激烈，換熱站想要獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益，必須對(duì)供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善與優(yōu)化，滿足供熱質(zhì)量要求，最大程度降低成本投入和經(jīng)濟(jì)消耗。因此，建設(shè)和完善換熱站供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不但能夠適應(yīng)我國(guó)低碳環(huán)保的發(fā)展理念，換熱站還能取得更高的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。