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（北京和利時自動化驅動技術有限公司，北京，100176）
摘 要 本文針對換熱站控製係統進行了研究，開發設計了一套基於PLC控製器組成的換熱站自動控製係統。該係統采用PID控製策略，對換熱站的一次網、二次網和補水係統進行實時的數據采集和控製，經過實際運行驗證，係統穩定，效果良好。
關鍵詞 集中供熱係統；換熱站控製係統；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
集中供熱係統是城市的基礎設施之一，也是城市現代化水平的標誌之一。發展集中供熱對節約能源、改善環境質量、提高人民生活水平都具有重要的意義。因其具有良好的社會效益、環境效益和經濟效益，故而在城市發展和完善集中供熱中是非常必要和迫切的。
城市集中供熱信息管理調度及自動化控製係統對於保證供熱係統優質供熱、安全運行、經濟節能、環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)具(ju)有(you)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。通(tong)過(guo)建(jian)設(she)城(cheng)市(shi)集(ji)中(zhong)供(gong)熱(re)信(xin)息(xi)管(guan)理(li)調(tiao)度(du)及(ji)自(zi)動(dong)化(hua)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，可(ke)收(shou)集(ji)到(dao)全(quan)市(shi)供(gong)熱(re)工(gong)程(cheng)的(de)全(quan)部(bu)主(zhu)要(yao)信(xin)息(xi)，集(ji)中(zhong)監(jian)視(shi)、綜合分析、協調調度、提高效率，使供熱行業管理從粗放型向集約型轉變，促使供熱行業控製水平整體提高。
降(jiang)低(di)熱(re)能(neng)損(sun)失(shi)是(shi)供(gong)熱(re)行(xing)業(ye)節(jie)能(neng)最(zui)主(zhu)要(yao)方(fang)向(xiang)，本(ben)文(wen)的(de)目(mu)的(de)在(zai)於(yu)提(ti)供(gong)供(gong)熱(re)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)，通(tong)過(guo)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)使(shi)熱(re)損(sun)失(shi)降(jiang)到(dao)最(zui)低(di)。通(tong)過(guo)提(ti)供(gong)工(gong)藝(yi)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)庫(ku)，保(bao)證(zheng)滿(man)足(zu)負(fu)載(zai)的(de)同(tong)時(shi)使(shi)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)在(zai)相(xiang)應(ying)工(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian)下(xia)，發(fa)揮(hui)最(zui)大(da)的(de)效(xiao)率(lv)，最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)降(jiang)低(di)能(neng)源(yuan)的(de)損(sun)耗(hao)。
2 換熱站的工作原理
集(ji)中(zhong)供(gong)熱(re)又(you)稱(cheng)區(qu)域(yu)供(gong)熱(re)，以(yi)熱(re)水(shui)和(he)蒸(zheng)汽(qi)為(wei)載(zai)能(neng)體(ti)，通(tong)過(guo)管(guan)網(wang)為(wei)一(yi)個(ge)區(qu)域(yu)的(de)所(suo)有(you)熱(re)用(yong)戶(hu)供(gong)熱(re)。通(tong)常(chang)是(shi)由(you)一(yi)個(ge)和(he)多(duo)個(ge)供(gong)熱(re)設(she)備(bei)集(ji)中(zhong)供(gong)熱(re)，例(li)如(ru)供(gong)熱(re)鍋(guo)爐(lu)、熱電聯產裝置、溫泉地熱、低溫供熱核反應堆的熱源及工業餘熱等。集中供熱係統是由熱源、熱用戶和熱網三部分組成。熱源負責製備熱媒，熱力網負責熱媒的輸送，熱用戶是指用熱場所。集中供熱係統的熱用戶有供暖、通風、熱水供應、空氣調節及生產工藝等用熱係統。
各熱用戶用熱係統的熱負荷，按其性質可分為兩大類:季ji節jie性xing熱re負fu荷he和he常chang年nian性xing熱re負fu荷he。熱re水shui供gong熱re係xi統tong按an係xi統tong的de密mi閉bi性xing可ke分fen為wei開kai式shi和he閉bi式shi兩liang種zhong型xing式shi。在zai閉bi式shi係xi統tong中zhong，熱re網wang的de循xun環huan水shui僅jin作zuo熱re媒mei，供gong給gei熱re用yong戶hu熱re量liang，而er不bu從cong中zhong取qu出chu使shi用yong。在zai開kai式shi係xi統tong中zhong，熱re網wang循xun環huan水shui部bu分fen或huo全quan部bu從cong熱re網wang中zhong取qu出chu，直zhi接jie用yong於yu生sheng產chan或huo熱re水shui供gong應ying。
由you於yu供gong熱re係xi統tong中zhong熱re用yong戶hu的de熱re負fu荷he並bing不bu是shi恒heng定ding的de，如ru供gong暖nuan通tong風feng熱re負fu荷he隨sui室shi外wai氣qi象xiang條tiao件jian變bian化hua，熱re水shui供gong應ying和he生sheng產chan工gong藝yi用yong熱re隨sui使shi用yong條tiao件jian等deng因yin素su變bian化hua。要yao保bao證zheng供gong熱re質zhi量liang，滿man足zu各ge熱re用yong戶hu要yao求qiu，並bing使shi熱re能neng的de製zhi備bei和he輸shu送song合he理li，就jiu要yao對dui供gong熱re係xi統tong進jin行xing運yun行xing調tiao節jie一yi一yi也ye就jiu是shi供gong熱re調tiao節jie。
在(zai)城(cheng)市(shi)集(ji)中(zhong)熱(re)水(shui)供(gong)熱(re)係(xi)統(tong)中(zhong)，供(gong)暖(nuan)熱(re)負(fu)荷(he)是(shi)係(xi)統(tong)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)熱(re)負(fu)荷(he)，甚(shen)至(zhi)是(shi)唯(wei)一(yi)的(de)熱(re)負(fu)荷(he)。因(yin)此(ci)，在(zai)供(gong)熱(re)係(xi)統(tong)中(zhong)，通(tong)常(chang)按(an)照(zhao)供(gong)暖(nuan)熱(re)負(fu)荷(he)隨(sui)室(shi)外(wai)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)規(gui)律(lv)，作(zuo)為(wei)供(gong)熱(re)調(tiao)節(jie)的(de)依(yi)據(ju)。供(gong)熱(re)調(tiao)節(jie)的(de)目(mu)的(de)，在(zai)於(yu)使(shi)供(gong)暖(nuan)用(yong)戶(hu)的(de)散(san)熱(re)設(she)備(bei)的(de)放(fang)熱(re)量(liang)與(yu)用(yong)戶(hu)熱(re)負(fu)荷(he)的(de)變(bian)化(hua)規(gui)律(lv)相(xiang)適(shi)應(ying)，以(yi)防(fang)止(zhi)供(gong)暖(nuan)熱(re)用(yong)戶(hu)出(chu)現(xian)溫(wen)度(du)過(guo)高(gao)或(huo)過(guo)低(di)。
根據供熱調節地點不同，供熱調節可分為集中調節、局(ju)部(bu)調(tiao)節(jie)和(he)個(ge)體(ti)調(tiao)節(jie)三(san)種(zhong)調(tiao)節(jie)方(fang)式(shi)。集(ji)中(zhong)調(tiao)節(jie)在(zai)熱(re)源(yuan)處(chu)或(huo)供(gong)熱(re)網(wang)處(chu)進(jin)行(xing)。局(ju)部(bu)調(tiao)節(jie)在(zai)換(huan)熱(re)站(zhan)或(huo)熱(re)用(yong)戶(hu)引(yin)入(ru)口(kou)進(jin)行(xing)，個(ge)體(ti)調(tiao)節(jie)直(zhi)接(jie)在(zai)散(san)熱(re)設(she)備(bei)處(chu)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)。集(ji)中(zhong)供(gong)熱(re)調(tiao)節(jie)容(rong)易(yi)實(shi)施(shi)，運(yun)行(xing)管(guan)理(li)方(fang)便(bian)，是(shi)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)供(gong)熱(re)調(tiao)節(jie)方(fang)法(fa)。
集中供熱係統的換熱站是供熱網路與熱用戶的連接場所，在其內安裝有與用戶連接的有關設備、管道、閥門、儀表和控製裝置。它的作用是根據熱網工況和不同的條件，采用不同的連接方式，將熱網輸送的熱媒加以調節、轉換，向熱用戶係統分配熱量以滿足用戶的需求;同時還應根據需要，進行集中計量、檢測供熱熱媒的參數和數量。根據規模和設置地點不同，換熱站又可分為首站、區域換熱站、集中換熱站和用戶換熱站。熱力輸配網絡控製的重點是換熱站的控製。
換熱站主要完成從供熱一次網到二次網的熱量交換，置換出的二次網的熱水溫度一般在40℃~65℃之間。換熱站監控係統可對熱網的溫度、壓力、流量、開關量等進行信號采集測量、控製、遠傳，實時監控一次網、二次網溫度、壓力、流量，循環泵、補bu水shui泵beng運yun行xing狀zhuang態tai，及ji水shui箱xiang液ye位wei等deng各ge個ge參can數shu信xin息xi，進jin而er對dui供gong熱re過guo程cheng進jin行xing有you效xiao的de監jian測ce和he控kong製zhi。在zai供gong熱re期qi間jian可ke按an室shi外wai溫wen度du調tiao節jie二er次ci網wang供gong回hui水shui溫wen度du（可手動、自動切換），達到按需供熱，實現氣候補償節能控製；也可以進行分時分區節能控製，實現供熱全網熱量平衡及節約能源。
係統結構圖如圖1所示。
圖1 換熱站的工作原理
3 換熱站控製係統設計
現場PLC控製站主要由液晶顯示操作終端和控製係統兩部分組成。彩色液晶顯示屏主要完成各種監控畫麵、采集參數的顯示，並接受一些參數設定的輸入信息。控製係統采用性價比較高的和利時LM係列PLC，包括CPU模塊、I/O模塊，背板等，係統集成多種通訊接口，適用於各種通訊網絡。
現場PLC控製站主要功能是對各換熱站、供熱沿線各節點、熱用戶運行參數（一、二次網溫度、壓力、流量等）、各種設備運行狀態進行實時監控及采集，並根據氣象環境和負荷的變化按預先設定的控製策略對換熱站循環泵、補bu水shui泵beng和he調tiao節jie閥fa進jin行xing自zi動dong調tiao節jie，來lai實shi現xian換huan熱re機ji組zu的de完wan全quan自zi動dong控kong製zhi。如ru果guo有you通tong訊xun網wang絡luo的de支zhi撐cheng，現xian場chang監jian控kong站zhan還hai可ke以yi將jiang反fan映ying換huan供gong熱re運yun行xing的de數shu據ju傳chuan送song到dao調tiao度du中zhong心xin，同tong時shi接jie收shou調tiao度du中zhong心xin發fa來lai的de調tiao度du控kong製zhi指zhi令ling。
LM的連接圖如圖3-1所示。
圖3-1 LM連接圖
4 換熱站控製係統的主要功能
ì 一次網電動調節閥控製
換熱站控製係統具有氣候補償和恒溫供水功能，即根據氣候的變化自動調節供熱量。應用可編程控製器（PLC），根據室外溫度的變化和當地熱負荷曲線，決定二級網側的供熱量，實測供熱量和設定值相比較後，進行PID閉環調節，控製器輸出信號至電動調節閥，調節電動調節閥的開度，從而改變一級網側的流量，實現二級網側供熱量調節。
ì 二次網循環泵變頻控製
實現二次網供/回水壓力差值PID控製，從而保證最不利點正常供暖。壓差設定值可根據經驗參數或經驗曲線進行設定。
ì 補水泵變頻控製
自動補水是由二次網側回水管路上的壓力變送器檢測的壓力信號與控製器上回水壓力設定值比較後輸出一個控製信號，通過PID控製來調節補水泵的轉速，從而實現二次網回水自動補給。
ì 保護功能
失壓保護：二(er)次(ci)網(wang)側(ce)回(hui)水(shui)壓(ya)力(li)低(di)於(yu)超(chao)低(di)限(xian)設(she)定(ding)值(zhi)時(shi)，自(zi)動(dong)停(ting)止(zhi)循(xun)環(huan)泵(beng)運(yun)行(xing)，並(bing)關(guan)閉(bi)電(dian)動(dong)調(tiao)節(jie)閥(fa)，自(zi)動(dong)補(bu)水(shui)係(xi)統(tong)投(tou)入(ru)運(yun)行(xing)，開(kai)始(shi)補(bu)水(shui)。自(zi)動(dong)補(bu)水(shui)係(xi)統(tong)投(tou)入(ru)運(yun)行(xing)後(hou)二(er)次(ci)網(wang)側(ce)回(hui)水(shui)壓(ya)力(li)仍(reng)繼(ji)續(xu)降(jiang)低(di)即(ji)發(fa)聲(sheng)光(guang)信(xin)號(hao)報(bao)警(jing)。
斷電保護：停電後自動關閉電動調節閥，切斷熱源，控製器及變頻器自動複位並使各種設定參數和運行狀態參數保持原斷電前設置。
超溫保護：二次網供水溫度超過80℃（操作麵板可調設定值）時，一級網側電動調節閥關閉。一次網回水溫度超過70℃（操作麵板可調設定值）時啟動高限製保護，以一級網回水溫度為目標控製電動調節閥門開度。一次網側供水溫度超過120℃時立即關閉一級網側電動調節閥並報警。
超壓保護：二次網供水壓力超過設定超高限值（操作麵板可調設定值）循環泵停止運行並關閉一次網側電動調節閥。
監測水箱液位，具備報警保護功能。水箱液位為4～20mA信號輸入，停補水泵信號由控製器送出，停泵水位可以人為設定。
經過搭建這樣的換熱站自動控製係統，最終可以實現換熱站的無人值守，帶來以下功能效果：
n 宏觀掌握供熱係統運行狀況、運行質量。
n 保bao證zheng供gong熱re係xi統tong的de運yun行xing參can數shu。對dui熱re網wang的de水shui力li工gong況kuang和he熱re力li工gong況kuang進jin行xing全quan自zi動dong調tiao節jie，解jie決jue各ge換huan熱re站zhan的de耦ou合he影ying響xiang，消xiao除chu熱re網wang水shui平ping失shi調tiao，平ping衡heng供gong熱re效xiao果guo。
n 以節省總供熱量為目標，在滿足熱網用戶基本采暖要求的前提下盡量減少總供熱量，從而達到提高經濟效益的目的。
n 更好地進行供熱係統設備的維護及管理。及時檢測報告供熱係統故障，做到防微杜漸，防患未然。
n weirewangruhejingjigaoxiaoyunxingtigongfenxijichuhefenxiyiju。tongguojiluderewangyunxinglishishuju，zaiyigecainuanqijieshuhouyuqianqishujujinxingbijiaofenxi，zhachuzhuyaonenghaolaiyuan，weijinhoudejienenggaizaotigongtiaojian。
5 結論
該套自動化集中監控係統具有以下優點：①係統完成溫度、壓力的自動控製，連續穩定運行；②提供完整的人機交互接口，用戶可以通過現場觸摸屏完成對係統的監視和操作；③通過控製算法完成供熱的時間與溫度曲線控值，達到節能目的。
PLC控製係統作控製站，實現了對換熱站或換熱機組的自動控製；實現了良好的人機對話，方便操作人員在觸摸屏上了解現場的各種實時數據並進行參數設置或手動控製，同時通過PLC控製係統實現自動故障保護功能；weihurenyuankeyizhijiecongchumopingshanglinghuozutaihefangbianzhazhaoxianchangshebeiguzhangyuanyin，dadaolejixianshizhiguanyoujieshengfeiyongdemude。benshejijingbeijinghelishizidonghuaqudongjishuyouxiangongsizaiduogerewangxiangmuzhongjutishishishixian，yidedaolefeichanghaodeshijiyingyongxiaoguo。
參考文獻
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