李利武等

摘要：文章詳細(xì)介紹了分時(shí)段供熱控制器的總體設(shè)計(jì)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(shí)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(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：供熱控制器；供熱策略；遠(yuǎn)程檢測(cè)；站內(nèi)報(bào)警；溫度補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)：TU833 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)、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(shí)地結(jié)合起來(lái)，給集中供熱事業(yè)帶來(lái)了極好的發(fā)展機(jī)遇，供熱機(jī)組設(shè)備及控制設(shè)備在未來(lái)十幾年內(nèi)市場(chǎng)需求量極大。分時(shí)段供熱控制器基于現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)室外環(huán)境溫度及不同供熱時(shí)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(dòng)化水平，其綜合技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

1 功能概述

國(guó)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(bào)警、流量計(jì)量、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ苡谝惑w的分體式“分時(shí)段供熱控制器”。實(shí)現(xiàn)熱力公司換熱站現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集和泵閥實(shí)時(shí)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(wèn)題。供熱控制器通過(guò)監(jiān)測(cè)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(lái)控制一次側(cè)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，達(dá)到二次側(cè)供溫調(diào)節(jié)的目的，并針對(duì)二次網(wǎng)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)二次側(cè)循環(huán)泵、補(bǔ)水泵，達(dá)到集中供熱良好的社會(huì)效果與熱力站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

2 技術(shù)特點(diǎn)

分時(shí)段供熱控制器是根據(jù)我國(guó)熱力公司換熱站運(yùn)行特點(diǎn)，并結(jié)合供熱行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)研發(fā)，克服國(guó)外進(jìn)口控制器功能局限、操作不便等問(wèn)題，專(zhuān)門(mén)針對(duì)熱力站計(jì)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(wú)線傳感、個(gè)域網(wǎng)通信等先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)研制了支持多種通信模式和具備多路信號(hào)轉(zhuǎn)換功能的供熱控制器。該供熱控制器具有實(shí)時(shí)性和處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

（2）控制器采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(chǔ)空間。

（3）控制器設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)，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(bǔ)水泵睡眠調(diào)節(jié)法和分時(shí)調(diào)控算法，可接受一次熱網(wǎng)平衡遠(yuǎn)程設(shè)置，最大流量限制設(shè)置，具有熱表計(jì)算功能，底層控制基于邏輯，不依賴(lài)于算法，絕無(wú)死機(jī)可能。

（5）供熱控制器集換熱站參數(shù)采集、調(diào)節(jié)、控制、報(bào)警、通訊、流量計(jì)量、溫度補(bǔ)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(wú)人值守需求。

（6）系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序遠(yuǎn)程檢測(cè)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(guò)無(wú)線方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)、免編程，應(yīng)用程序能夠遠(yuǎn)程升級(jí)，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性，降低了維護(hù)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(shí)間段溫度曲線補(bǔ)償于一體的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（8）控制器帶有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，能夠?qū)崿F(xiàn)換熱站與監(jiān)控中心的GPRS無(wú)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(cè)控設(shè)備和通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算、控制、顯示和操作單元，實(shí)現(xiàn)熱力站測(cè)控功能并配合網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程采集及控制。供熱控制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 分時(shí)段供熱控制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 參數(shù)采集功能

分時(shí)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(kāi)度反饋、室外溫度、循環(huán)泵和補(bǔ)水泵的頻率反饋、一次側(cè)流量、補(bǔ)水流量、二次側(cè)流量。狀態(tài)量采集如：循環(huán)泵和補(bǔ)水泵的運(yùn)行狀態(tài)。脈沖量采集如：一次側(cè)流量、補(bǔ)水流量的脈沖輸入等的測(cè)量。

3.2 換熱站站內(nèi)報(bào)警功能

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

3.3 室外溫度補(bǔ)償控制功能

由室外溫度補(bǔ)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(bǔ)償曲線

根據(jù)計(jì)算出來(lái)用戶供熱溫度和實(shí)際的用戶供熱溫度，利用成熟的pid調(diào)節(jié)算法和分時(shí)控制計(jì)算出相應(yīng)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥位開(kāi)度，調(diào)節(jié)一次側(cè)采暖熱水進(jìn)入二次側(cè)的流量。

還可根據(jù)室外溫度對(duì)循環(huán)泵運(yùn)行進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)償值對(duì)溫差設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償，從而調(diào)節(jié)循環(huán)泵的運(yùn)行，使其滿足供熱效果的基礎(chǔ)上達(dá)到經(jīng)濟(jì)

運(yùn)行。

3.4 分時(shí)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(jìn)行曲線設(shè)置，根據(jù)室外溫度對(duì)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度進(jìn)行控制進(jìn)而對(duì)二次供溫、二次回溫或二次供回溫差進(jìn)行控制達(dá)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(shí)際情況自行確定每點(diǎn)室外溫度對(duì)應(yīng)的二次供溫、二次回溫或二次供回溫差的具體值。

分時(shí)調(diào)整是在曲線設(shè)置的基礎(chǔ)上分時(shí)段對(duì)二次供溫曲線、二次回溫曲線或二次供回溫差曲線進(jìn)行分時(shí)段補(bǔ)償調(diào)整，分時(shí)補(bǔ)償調(diào)整值按時(shí)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(shí)段實(shí)際情況自行確定每個(gè)時(shí)間段的分時(shí)補(bǔ)償調(diào)整值，一般分時(shí)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(guò)模擬量和脈沖兩種輸入端口接入流量信號(hào)。

3.6 通訊功能

3.6.1 RS485接口為標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口，通訊協(xié)議為MODBUS-BUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

3.6.2 RS232接口為標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊接口，此接口專(zhuān)門(mén)用來(lái)與觸摸屏通訊。通訊協(xié)議為MODBUS-BUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

3.6.3 網(wǎng)口為標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)、監(jiān)視控制器運(yùn)行狀態(tài)、通訊使用。

3.6.4 USB接口為標(biāo)準(zhǔn)接口，用于連接外部移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。

3.7 熱量積算功能

可進(jìn)行熱量計(jì)算和累積。

4 結(jié)語(yǔ)

分時(shí)段供熱控制器實(shí)現(xiàn)了公共建筑的分時(shí)段供熱，對(duì)供熱效果進(jìn)行自動(dòng)化控制，減少熱量消耗，達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的，對(duì)城市供熱工程的技術(shù)進(jìn)步具有很強(qiáng)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(biāo)志。

參考文獻(xiàn)

[1] 于海生.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

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

[3] 陸會(huì)明.控制裝置與儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[4] 潘永湘.過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[5] 王亦昭，劉雄.供熱工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出

版社.

[6] 曹玉強(qiáng)，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(dòng)化裝置，2002，（4）.

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