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 智能供暖設計方案    
  一、   引言
  集中供熱因具有節約能源和改善城市環境等方面的積極作用,而日益成為城市公用事業的
  一個重要組成部分,是國家大力推廣的節能和環保措施。隨著我國的城市集中供熱規模也
  不斷擴大,科學的管理熱力管網具有非常重大的經濟和社會效益。
  根據用戶的具體要求,對于該供熱自控系統,既要根據室外溫度的變化調節二次側供水溫
  度,保證終端熱用戶的室內變化不超出某一范圍(18±2℃,最低不低于16℃),這樣既保
  證終端熱用戶有一個舒適的生活、工作環境,也可以最大限度地節約能源,同時也要實現
  在換熱站的無人值守的情況下中控室可以遠程調度每個熱力站的參數,保證整個熱網的熱
  力平衡,供熱系統可以安全可靠地運行。并初步實現熱網熱量的計量。
 

  二、   系統組成
  本系統由換熱站的自動控制系統、各個負荷站與監控中心之間的通訊系統、監控中心管理
  系統三個部分構成。(見系統構成示意圖)

換熱站PLC控制系統可獨立完成本地控制。
各個換熱站利用通訊系統將現場監測數據、
運行狀態數據傳給監控中心管理系統,同
時接受監控管理軟件進行的運行參數調整。
各個負荷站與監控中心采用、通訊方式。
監控中心管理系統安裝在中央調度室的工
控機上,通過網絡和下位的負荷站通訊模
塊相連,完成換熱站運行與管理系統數據
之間的數據交換,既可以監視各換熱站的
運行情況,也可以調整換熱站的運行狀態。


 
 
系統構成示意圖
 

  三、   無人職守換熱站的自動控制系統
  換熱站由水-水換熱器組成的換熱系統、循環水泵組成的循環水系統、補水泵組成的補水系統
  來構成。在控制過程中,需要采集大量的物理量,如壓力、溫度、流量等模擬量參數,通過
  PLC控制器對這些參數進行實時采集和處理。換熱站PLC控制系統對一次網的電動調節閥、
  二次網的循環系統、補水系統等控制對象實施自動控制,即實現換熱站系統的全自動控制。
  無人值守換熱站的自動控制系統主要完成數據采集、自動控制、參數存儲、實時通訊、故障
  報警等功能。可獨立完成本地控制,也可受控于監控中心。

 

  1、  換熱站數據采集
  將站內的溫度、壓力、流量、水箱水位、電動調節閥狀態、補水泵的啟停狀態、循環泵電流、
  電壓、報警等參數采集、顯示并上傳監控中心。
  換熱站監控參數包括:
  室外溫度
  一次網的供/回水壓力、溫度
  一次網的流量、熱量、累積流量、累積熱量
  一次網除污器差壓
  二次網供/回水溫度、壓力
  補水流量、累計流量
  水箱液位
  循環泵電壓、 電流、功率、頻率;
  補水泵電壓、 電流、功率、頻率;
  一次網電動調節閥閥門開度;
  二次網回水泄壓電磁閥狀態;
  補水電磁閥狀態;
  補水流量
  自來水壓力
  自來水流量
  循環水泵和補水泵的啟停及運行狀態等;
  運行參數的越限報警;
  a二次側供水壓力過高
  b二次側供水溫度過高
  c二次側回水壓力過低
  d二次側回水壓力過高
  e水箱水位超高、超低
  f 循環泵電流高報警
  g循環泵缺相報警
  h停電報警
  i 自來水停水報警

 

  2、  換熱站系統控制
  換熱站的調節系統采用PID調節控制,通過設定運行參數,控制一次網電動調節閥的開度,
  實現調節過程,保證用戶室內溫度達到規定;完成循環水泵進行自動控制,補水泵進行自
  動控制;水箱水位自動控制;系統停電控制;停水控制。對其故障實現實時報警和連鎖啟
  停切換控制。
  具體調節控制單元如下:
  換熱器二次供水溫度調節控制回路
  根據本地的氣候條件以及供熱對象的特性,給出一條室外溫度與二次供水、回平均溫度之
  間的對應曲線。控制器通過這條曲線根據室外溫度傳感器測量的室外溫度,通過控制換熱
  器一次高溫水管網出口電動調節閥,實現換熱器二次側熱水出口溫度的自動控制。滿足用
  戶室溫要求。
  除污器控制
  根據除污器前后壓力差,自動調節控制除污閥門,保證正常工作。
  循環泵控制
  原設計為循環泵+調節閥控制二次測進出口壓差的設計方案,我們認為不利于節能的目的,
  因此最好采用變頻控制方案。變頻循環泵控制二次網可實現:
  (1) 在自動狀態下,根據實際供熱情況是實現循環泵的開太臺數;
  (2) 變頻循環泵變頻調速使二次側進出口壓差處于恒定;
  (3) 若二次側回水壓力低于預設的回水壓力下限值,循環泵自動減速運行;若二次側回水壓
  力高于預設的回水壓力上限值,循環泵將自動提速運行;
  (4) 控制回路在手動狀態下,操作員可以通過控制柜上的按鈕進行啟/停、加/減速控制。
 
  補水調節控制回路
  通過二次管網回水壓力控制變頻補水泵的開啟、調節和停止。實現二次回水壓力的定壓自動
  控制。
 (1) 控制系統在自動狀態下,變頻補水泵要使二次側回水壓力處于恒定;
 (2) 當二次側回水壓力低于回水壓力下限值時,補水泵自動啟動,當二次側回水壓力高于回水
 壓力上限值時,補水泵停止(補水箱水位條件要滿足);
 (3) 控制回路在手動狀態下,操作員可以通過控制柜上的按鈕進行啟/停、加/減速控制。
 
  當二次網由于意外原因造成回水壓力過高時,則開啟回水壓力電磁閥。
 
  補水水箱控制
  補水水箱底部側面安裝一臺液位變送器,用于測量水箱水位。水箱進水管道上安裝一臺電磁閥
  ,用于水箱補水。當水箱水位低于設定值時開啟電磁閥,當水箱水位高于設定值時關閉電磁閥。
  當水箱水位超高時向中心站報警。
  當水箱水位超低向中心站報警。
  自來水停水控制
  當自來水停水時,系統停運。其控制方式為首先回水壓力低時,起動補水泵,當水箱水位超低
  時,同時自來水無壓力,即判斷為自來水停水。此時,停補水泵。當回水壓力過低時,停一次
  網電動調節閥、隨后停循環泵。
 系統停電控制
 PLC控制系統柜內安裝一臺UPS備用電源。當PLC檢測到系統突然停電時,關閉一次網電動調節
 閥、補水電動調節閥。
 循環泵異常控制
 循環泵異常停運時,PLC控制系統關閉一次網電動調節閥。同時,維持補水系統自動運行。
 一次網停水控制
 當中心接到熱力公司停止供水命令后,對于短時停水由中心站控制關閉一次網電動調節閥;對于
 長時間停汽時,除關閉一次網電動調節閥外,同時關閉循環泵,但不停補水系統,維持管網壓力。
 控制切換
 無人值守換熱站設計運行方式是全自動運行,當控制系統或設備或需要時,其控制方式可切換為
 手動運行方式。
(1)   手動調節一次管網電動調節閥和補水箱電動調節閥;
(2)  手動控制循環泵和補水泵啟、停,增、減泵的轉速;
(3)  除污器手動控制。
 

  3、  換熱站設備組成
  換熱站設備由PLC控制柜、現場儀表、執行機構、二次顯示儀表及GPRS DTU等組成。
  a)        PLC控制器
  西門子PLC控制器具有高可靠性和高穩定性。該系統由CPU模塊、模擬量輸入模塊、顯示模塊、
  +24V電源和控制箱等組成。
 
  b)  溫度變送器
  溫度變送器分室外溫度變送器、工藝管道溫度變送器。
  室外溫度變送器:測量范圍-50℃ 至 +50 ℃;感溫元件Pt100;電源電壓24VDC輸出信號4-20
  mA。
  工藝管道溫度變送器:測量范圍0℃ 至 +500 ℃;感溫元件Pt100;電源電壓24VDC輸出信號
  4-20mA。
  c)        壓力變送器
  壓力量程1.0 MPa(1.6 MPa)、精度等級優于0.5級;工作電壓24VDC輸出信號4-20mA。
  d)       液位變送器
  量程2米、精度等級優于0.2級;工作電壓24VDC輸出信號4-20mA。
  e)        電動調節閥
  換熱站作為量調(或質調)用的電動調節閥其重要性毋庸置疑,能否達到用戶滿意的調節效
  果及節能降耗效果,電動調節閥的選用至關重要。
  選用電子式電動調節閥,供電電壓為220VAC,輸入4~20mA,反饋4~20mA。同時電動調節
  閥應具有以下幾個特點:
  精度高:調節閥電動執行機構可以具有定位精度在1%以上。
  可靠性高:電動調節閥長期無故障運行是保證供熱系統可靠運行的關鍵。
  抗壓差能力強:不能出現前后壓差較大時會出現無法開啟或會出現較大的振動。
  調節性能好:調節閥可調量程比為1∶50以上,方能滿足用戶的供熱需求。
  泄露量小:泄漏量應滿足10-5~10-6。
  體積小
  性價比高
  引進國外先進技術,性能優越,價格適宜,性價比高。
  f)變頻器
  輸入電壓:380VAC 50Hz/60Hz
  輸出頻率0.1~600 Hz
  輸出容量:根據具體情況而定
  控制方式:為無感矢量控制技術/VF控制/輸出功率(轉矩)控制
  調速范圍:1:100
  模擬輸入:0~5/10V,4~20mA
  模擬輸出:pwm信號經濾波后輸出,可設定pwm脈沖輸出(10V)
  另外,應具有保護功能,顯示功能,RS-485串口等功能。
  g)流量熱量計
  流量計選用電磁流量計,測量熱量配對鉑電阻。
  流量計要求:測量介質導電率>20uS/cm,精度1.0級以上,工作溫度-25~150℃,
  220VAC50 Hz供電,RS-485接口,4~20 Ma輸出功能。
  hGPRS DTU
  GPRS DTU用于傳輸信號的無線通訊模塊。
 

  四、 換熱站監控中心管理系統
  在中央控制室的安裝了監控中心遠程監控管理系統,該系統主要用于監控和調整各個換熱站
  運行,包括以下幾個方面的內容:
  工藝流程總圖顯示
  在畫面中通過編程實現模擬顯示整個換熱站現場進汽供水的全過程,并且在換熱器本體上實
  時顯示各工藝段的運行情況,包括該工藝流程圖、所有的設備狀態、所有的工藝參數以及各
  控制回路的詳細參數等。以便于操作者能及時準確的掌握換熱站的具體運行情況,能夠對現
  場設備的故障進行實時診斷。
  調節回路顯示
  包括所有調節回路,可修改設定值、控制方式、調節參數等。
  設定值顯示、報警記錄
  包括所有調節回路及順控回路等的設定值、控制方式、調節參數及報警值等。
  對于如進汽流量、供水壓力、回水壓力、供水溫度、循環泵三相電流、電壓等一些重要的模
  擬量輸入參數進行實時報警,當處于監控下的任何一個變量超出預先設定的安全值時,立即
  進行聲光報警,通過報警一覽表對話框可以檢查報警超出的范圍以及錯誤來源,并對此采取
  相應的措施。
  標準功能畫面顯示
   包括實時報警顯示、歷史報警顯示、趨勢曲線顯示、操作記錄顯示等。
  報表顯示和打印
  用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報表。
  歷史數據的存儲與檢索
  對重要的數據進行在線存儲。可以通過歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數據。
  歷史趨勢
  在此畫面中除了實時顯示變量的變化趨勢,操作員還可以檢查過去的過程數據記錄,通過對過
  去歷史趨勢的比較進而可以對變量未來的發展趨勢做進一步的預測。
  遠程組態
  在監控計算機上可以對換熱站的運行方式進行遠程組態,必要時直接遠程操作換熱站的設備,
  如停泵、調整調節閥開度等工作。此項功能需要較高的工程師權限,一般工作人員不能使用。
  系統的安全管理
  對重要設備的操作、重要參數的修改均會自動記錄,包括登錄的操作員、對設備進行的操作、
  時間以及修改前的參數值、修改后的參數等,以利于進行管理及事故分析;
  另外,系統設置為多用戶方式,各類用戶均有自己的用戶名和密碼,對應不同的安全級別,決
  定了操作員可觀察的范圍、可使用的功能、可修改的參數等。
 
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