集中供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)的電氣自動(dòng)控制探究重點(diǎn)探尋

郝志民

天津市熱電有限公司 天津 300202

引言

對(duì)于采用電氣自動(dòng)控制的集中供熱系統(tǒng)主要需要關(guān)注熱源自動(dòng)化和熱網(wǎng)自動(dòng)化這兩個(gè)部分。集中供熱系統(tǒng)中的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠迅速發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)中存在的運(yùn)行故障問題，縮短運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)間，降低總體熱量消耗，穩(wěn)固整個(gè)系統(tǒng)的使用平衡性和操作穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)整個(gè)集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保，并且提升系統(tǒng)的安全穩(wěn)定系數(shù)。

1 集中供熱系統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制優(yōu)勢(shì)分析

電氣工程自動(dòng)化控制技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，主要包括的內(nèi)容有自動(dòng)化，電子技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，電氣，機(jī)械設(shè)備等。為了確保電氣工程自動(dòng)化控制技術(shù)能夠得到有序應(yīng)用，要科學(xué)安排電氣工程自動(dòng)化控制的組合方式。電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展理論是建立在電磁感應(yīng)定律、基爾霍夫電路兩者的組合應(yīng)用基礎(chǔ)之上。這兩者的有機(jī)結(jié)合反映了人們?cè)陔娔芾?，生產(chǎn)，傳輸，使用全過程的真實(shí)應(yīng)用情況。電氣工程自動(dòng)化控制技術(shù)中涉及的技術(shù)核心關(guān)鍵因素是控制理論。電氣工程自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星通信技術(shù)，自動(dòng)控制系統(tǒng)和現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的三者結(jié)合。目前，我國的集中供熱系統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)正在朝著分布式控制轉(zhuǎn)變，在統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺(tái)之上可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)共享。云計(jì)算自身強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力能夠在保證集中供熱系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上，對(duì)集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算概率可靠性分析之下，能夠在智能熱網(wǎng)應(yīng)用擴(kuò)大化的今天滿足供熱調(diào)度系統(tǒng)對(duì)供熱參數(shù)分析的要求。諸如在集中供熱系統(tǒng)停運(yùn)之后，通常供熱負(fù)荷會(huì)發(fā)生變化，尤其是大量的新建負(fù)荷和并網(wǎng)負(fù)荷并入集中供熱系統(tǒng)后會(huì)使供熱系統(tǒng)水力工況計(jì)算變得極為復(fù)雜，給下個(gè)采暖季供熱啟動(dòng)運(yùn)行帶來更多的難題。集中供熱系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行可基于供熱系統(tǒng)水力工況和熱力工況模擬分析方法，并充分利用分布式控制的計(jì)算模式能夠在實(shí)現(xiàn)多熱源的資源共享，并能夠再同云計(jì)算共同協(xié)作的基礎(chǔ)之上找到科學(xué)合理的供熱調(diào)節(jié)方案。在集中供熱管理中使用電氣自動(dòng)化能夠有效降低人員配置的人數(shù)，簡化復(fù)雜的管理問題。順利實(shí)現(xiàn)滿足用戶需要的同時(shí)縮減成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的長久可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 集中供熱熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)

集中供熱熱網(wǎng)的組成單元包括熱源（熱電供熱機(jī)組或供熱鍋爐），一次管網(wǎng)，換熱站（換熱站的設(shè)備一般為循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、補(bǔ)水箱、換熱器等），二次網(wǎng)，熱用戶等。目前，城市集中供熱系統(tǒng)發(fā)展很迅速，部分大型城市換熱站數(shù)量龐大，要實(shí)現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)的電氣自動(dòng)控制，一是在各換熱站安裝自動(dòng)控制設(shè)備（加裝有遠(yuǎn)程控制程序）；二是設(shè)立供熱系統(tǒng)自動(dòng)控制總調(diào)度系統(tǒng)，匯總和分析各換熱站傳輸上來的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出調(diào)度指令。集中供熱熱網(wǎng)中的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)需要完成調(diào)試供熱負(fù)荷，自動(dòng)控制系統(tǒng)操作，及時(shí)反饋供熱系統(tǒng)運(yùn)行工況，將相匹配的供熱運(yùn)行參數(shù)數(shù)值及時(shí)借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便調(diào)度工作人員及時(shí)分析判斷故障問題[2]。

3 供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心組建

3.1 簡述供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心

供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的組建需要以以太網(wǎng)為核心開展數(shù)據(jù)計(jì)算，數(shù)據(jù)信息傳遞，數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存等工作。供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)需要能夠完成復(fù)雜精密計(jì)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，配套的計(jì)算機(jī)設(shè)備，通信設(shè)備，服務(wù)器等。這樣看來可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心組建的重點(diǎn)內(nèi)容為網(wǎng)絡(luò)帶寬總?cè)萘亢蛢?yōu)化的網(wǎng)絡(luò)。集中供熱的電器自動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)置中央數(shù)據(jù)處理器的操作系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)處理相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，應(yīng)具有Intermet接口，也可進(jìn)行無線通信，也應(yīng)具有USB接口，數(shù)據(jù)信號(hào)可以通過多通道輸入及輸出[3]。

3.2 集中供熱運(yùn)維自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

集中供熱數(shù)據(jù)中心運(yùn)維自動(dòng)化系統(tǒng)的部件包括管理門戶，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化組件，服務(wù)器自動(dòng)化組件，數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)化引擎組件，故障恢復(fù)組件，報(bào)表組件這六個(gè)部分。這樣的集中供熱運(yùn)維自動(dòng)化系統(tǒng)能夠完成故障自動(dòng)排除的工作。利用數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺(tái)的功能，提取故障信息，通過匹配微服務(wù)知識(shí)庫，觸發(fā)高性能數(shù)據(jù)引擎獲得故障現(xiàn)場快照，并執(zhí)行相應(yīng)操作，達(dá)到快速恢復(fù)供熱運(yùn)行問題的效用。該組件包括的高性能搜索引擎可以在海量數(shù)據(jù)中快速定位故障，并把非優(yōu)化的數(shù)據(jù)通過可視化圖表的方式展現(xiàn)在前臺(tái)，為快速鎖定供熱運(yùn)行問題提供便捷通道。該組件支持微服務(wù)知識(shí)庫和微服務(wù)應(yīng)用的方式進(jìn)行靈活的場景拓展，實(shí)現(xiàn)一個(gè)個(gè)面向具體運(yùn)維場景的供熱運(yùn)行故障恢復(fù)自動(dòng)化。數(shù)據(jù)中心需要處理的信息數(shù)據(jù)變多之后，會(huì)使得系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷增加，系統(tǒng)的維護(hù)工作變得復(fù)雜，操作人員在軟件安排配置問題上會(huì)存在疏漏。此時(shí)就需要將自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使得系統(tǒng)維護(hù)人員能夠借助遠(yuǎn)程終端控制技術(shù)，順利完成維護(hù)系統(tǒng)的軟件配置監(jiān)測，梳理軟件數(shù)據(jù)的傳達(dá)，一旦發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，借助關(guān)聯(lián)連接依賴等設(shè)計(jì)，對(duì)CI層級(jí)設(shè)計(jì)做好管理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)約定配置和信息設(shè)置不一致，并不需要更改系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。之外的情況要使用事先預(yù)設(shè)的變更系統(tǒng)，完成對(duì)自動(dòng)監(jiān)測配置系統(tǒng)的更改。要根據(jù)數(shù)據(jù)分析執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行合理分類，根據(jù)流程推演順利實(shí)現(xiàn)任務(wù)分析。供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維系統(tǒng)在日常運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)故障，這些故障信息需要及時(shí)傳達(dá)給系統(tǒng)和操作管理人員，才能完成預(yù)警提示作用。這樣就能順利實(shí)現(xiàn)故障處理排除，輔佐系統(tǒng)維護(hù)人員順利完成系統(tǒng)的維護(hù)工作[4]。

4 熱網(wǎng)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

4.1 重要的控制設(shè)備系統(tǒng)

集中供熱系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間電氣控制系統(tǒng)需要注重調(diào)節(jié)的部分是熱力參數(shù)，具體包括一次網(wǎng)流量、壓力和溫度，二次網(wǎng)的管道的流量、壓力和溫度。涉及的主要設(shè)備除了上文提到的中央數(shù)據(jù)處理器之外，還有變頻器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、現(xiàn)場控制器。變頻器主要是用來調(diào)節(jié)改變循環(huán)水泵電機(jī)運(yùn)行頻率的設(shè)備，能夠?qū)斎牒洼敵龆丝谑褂们袚Q數(shù)據(jù)，自由連接的輸出和輸入端口，實(shí)現(xiàn)欠壓或者過壓保護(hù)。除此之外還能實(shí)現(xiàn)對(duì)短路，接地故障，電動(dòng)機(jī)保護(hù)等功能設(shè)計(jì)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)供熱系統(tǒng)壓力波動(dòng)影響小，這種調(diào)節(jié)方式更加穩(wěn)定節(jié)能。現(xiàn)場控制器一般安裝于各個(gè)換熱站，能夠?qū)崟r(shí)采集分析換熱站當(dāng)天當(dāng)時(shí)的運(yùn)行情況，能夠順利記錄壓力溫度等信息，并根據(jù)上位機(jī)下達(dá)的數(shù)據(jù)程序指令做出控制工作[5]。

4.2 供熱系統(tǒng)的電氣自動(dòng)控制過程

通過變頻器可以對(duì)循環(huán)泵和補(bǔ)水泵進(jìn)行控制，從而改變二次管網(wǎng)的壓力和流量。壓力變送器和差壓變送器可以采集二次管網(wǎng)系統(tǒng)壓力、流量的改變量并傳送到現(xiàn)場控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制器根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的程序向變頻器發(fā)出指令，使變頻器準(zhǔn)確控制補(bǔ)水泵和循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)二次循環(huán)系統(tǒng)以指定的壓力和流量運(yùn)行。溫度傳感器收集室外室內(nèi)的溫度數(shù)值以及熱力站內(nèi)部的供水溫度參數(shù)，并將這些參數(shù)及時(shí)送達(dá)現(xiàn)場控制器進(jìn)行分析處理?，F(xiàn)場控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行溫度，結(jié)合實(shí)時(shí)采集的數(shù)值信息，瞬時(shí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償溫度數(shù)值確定二次網(wǎng)循環(huán)水的供水溫度。控制器能夠?qū)τ谝淮尉W(wǎng)的流量調(diào)節(jié)閥提出的控制指令內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，從而改變進(jìn)入換熱器的一次流量數(shù)據(jù)，達(dá)到改變二次供水溫度的目的。由于控制現(xiàn)場控制器的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的是GPRS網(wǎng)絡(luò)，作為供熱系統(tǒng)的管理者，我們應(yīng)該密切關(guān)注一個(gè)循環(huán)周期生成的信息內(nèi)容，結(jié)合相關(guān)的公式做出計(jì)算，根據(jù)科學(xué)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，明確第一個(gè)調(diào)整幅度所花費(fèi)的時(shí)間周期，以達(dá)到準(zhǔn)確下發(fā)指令的目的[6]。

4.3 自動(dòng)控制軟件系統(tǒng)

自動(dòng)控制軟件系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的信息數(shù)據(jù)平衡，將從熱網(wǎng)中獲取的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分類，按照其來源可以劃分為電動(dòng)閥門反饋數(shù)值，二次網(wǎng)循環(huán)水溫度等信息內(nèi)容。電氣自動(dòng)控制軟件錄入數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)之后，二次網(wǎng)循環(huán)期望溫度可以借助調(diào)節(jié)公式計(jì)算出相關(guān)參數(shù)。經(jīng)由GPRS通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥的指令傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)熱循環(huán)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的供熱數(shù)值一鍵調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)同一類型的熱負(fù)荷下發(fā)同一供熱溫度的目的。自動(dòng)控制系統(tǒng)還可以遠(yuǎn)程監(jiān)控供熱系統(tǒng)的運(yùn)行情況，順利完成對(duì)沒有登錄權(quán)限的數(shù)據(jù)隔離，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全統(tǒng)一性[7]。

5 結(jié)束語

集中供熱系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要注意組建信息數(shù)據(jù)處理中心，明確各個(gè)硬件系統(tǒng)的工作原理，利用軟件系統(tǒng)合理與其進(jìn)行結(jié)合，順利實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的目的。