熱力網監控應用技術

一、簡介

隨著國家節能減排政策的出臺與環保意識的增強，集中供熱事業迅猛發展，管網規模不斷擴大，能源供應日趨緊張，成本不斷上升，從而使得技術進步和技術改造成為供熱部門面臨的緊迫問題。粗放型供熱方式必須向“高效、節能、環?！钡母咝录夹g型供熱方式轉變。實現全網計算機自動控制是一條理想的途徑。把計算機監控系統技術應用于熱力網的運行管理，為供熱單位提供了具有時代特征的科學化管理平臺。在這個平臺上，既可實施總覽熱力網運行狀態與參數，又可利用采集數據、計算分析室外溫度及系統供熱量變化規律，定期做出整體運行方案，指導運行并實現自動控制，達到節能減排目標要求。

二、熱力網監控系統結構與功能

1.熱網監控目的與作用

熱網監控系統可適時、全面、準確地掌握熱網運行情況，同時也是熱網安全、可靠、高效運行的保證，可起到五個方面作用：

①及時檢測熱網運行各項參數，掌握系統運行工況；

②按需均勻調節流量，消除用戶室溫冷熱不均現象；

③隨時合理匹配工況，保證按需供熱，熱盡其用，節約能耗；

④及時診斷系統故障，消除隱患，確保安全運行；

⑤健全運行檔案，實現量化管理。

2.熱網監控系統組成

熱網監控系統由調度監控中心、現場控制器STEC2000、通訊網絡和與監控有關的儀器儀表組成。橫向上，熱力網監控系統由熱源（首站）監控系統、熱力站監控系統、中繼泵站監控系統等組成?？稍跓崃W有關管道的某些重要部位設置節點，采集溫度、壓力和流量等參數，稱為節點監測系統。調度監控中心主要由上位機軟件、服務器、操作站等組成。

3.熱網控制系統的功能

熱網的中央監控系統軟件安裝在作為監控中心的服務器上，該服務器將采集現場控制器的數據，監測現場控制器的運行情況并指導操作員進行操作。服務器定期從現場控制器采集數據，以保證其數據庫不斷更新。服務器還向現場控制器發送控制和參數設置指令，操作員從控制中心通過該系統能夠方便地得到各換熱站運行數據，并向子站下達指令。同時現場控制器能主動將站內的異常事件或數據上傳至控制中心。

通訊網絡相當于一個郵政系統，把每個人發送的信件及時準確地傳送到目的地。對于用戶而言，通訊網絡應該是“透明”的，即用戶只需要關心自己要發送的信件，不必關心郵局是如何組織的。因此用戶應盡量利用城市公共通訊網絡。目前，較為可靠的通訊網絡有公用電話網、ADSL寬帶、工業以太網、無線數傳電臺、GSM/GPRS移動通訊網等。

智能化熱網監控系統是在上述基礎上，加入集中供熱專業運行管理經驗而得到的。實行按需供熱，運用變壓變流量專家控制系統，即換熱站的供熱量可隨用戶所需供熱量而變化，系統流量也隨用戶的供熱量而變化。

三、溫度控制與調節

1.直接設定控制法

換熱站的供熱量應隨用戶所需供熱量而變化，但按熱量控制目前還沒有可遵循的具體方法。同時一個換熱站所擔負的供熱面積很大，用戶很多，且距離較遠，不可能按所有室內溫度進行控制。因此，一般控制二次網的回水溫度，以達到控制用戶室溫的目的。

二次網供、回水溫度（或二次網的供、回水平均溫度，下同）控制有直接設定控制、室外溫度補償控制等多種控制模式。其中直接設定控制，系指在現場控制設備操作界面上，運行人員根據經驗直接設定合適的二次網供水溫度，然后控制設備通過調節一次網電動閥，保證二次網供水溫度達到設定值。室外溫度補償控制系根據室外溫度的變化情況，隨時調整二次網供水溫度，既可通過對照查表法，也可以通過設定曲線的方式，達到控制目標。

2.室外溫度補償控制法

室外溫度補償控制法，系隨室外溫度變化情況，改變二次網供水溫度的設定值，并以該設定值作為調節目標，來調節一次網的回水溫度。這是一個經驗調節方法，具體的數據可以由用戶自行依據本地區實際運行經驗設定。但是這些數據必須是經過至少一個采暖季節運行后，通過專家系統得到的數據。此表的設定數據是根據天津地區運行經驗取得的，寒冷地區或其他地區可依據實際情況總結自己的運行經驗。

當室外溫度進入模糊區時，二次供水溫度的設定值保持不變，也能滿足保持室內溫度穩定的要求，同時可減少閥門的動作，保護執行器。

四、壓力（流量）控制與調節

系統流量應隨用戶的供熱量而變化，主要是通過循環水泵加裝變頻器來實現。因此，如何控制變頻器的頻率，是一個非常關鍵的問題。當變頻器的頻率變化時，必然會引起二次網的循環流量、供水溫度等發生一系列變化，且彼此相互影響。電動調節閥頻繁動作，會影響使用年限。所以必須正確控制變頻器的頻率，以達到控制循環泵的流量。常見的變頻器頻率控制方法有以下幾種。

1.直接給定頻率法

目前大部分供熱系統采用這種方法，雖然也可以節電，但基本上是定流量運行方式，不能實現最大化節能要求。

2.壓差或壓力定頻率法

根據二次網的供水壓力或供、回水壓差來控制二次網循環水泵的進行頻率。取壓點的位置，可設在二次網的供、回水管上，有條件時，可將測壓點設在系統最不利用戶的供、回水干管上。該控制模式也可以稱為變流量運行控制，但對現行供熱模式不太合適。

3.室外溫度定頻率法

在室外溫度變化的同時，系統的循環流量也隨之變化，供回水壓力或壓差也將發生變化。既變壓，又變流量，方可達到系統最佳調節工況，同時也可實現最大限度地節能。

邏輯控制程序為：一次網電動調節閥門在系統發生故障和斷電時應自動關閉；來電時啟動順序為：控制器上電→補水泵（如果需要）→二次網循環水泵→一次電動調節閥門緩慢開啟；當系統發生故障時的順序為：一次網電動調節閥門關閉→二次網循環水泵關閉→補水泵關閉；遠程閥門直接關閉即可；遠程開關二次網循環水泵：關泵先關一次網電動調節閥門，開泵后開啟一次網電動調節閥。無論以任何方式，只要二次網停止水流，一次網電動調節閥門都會自動關閉。

4.某熱電廠項目實例——PTSN電話通訊方式

某熱電聯產公司共有兩個熱電廠和一個熱水鍋爐房。下屬換熱站約80個，以及數十個蒸汽用戶。選用STEC2000嵌入式控制器，于2002年完成了全部20個蒸汽換熱站的監控系統，并接入原有蒸汽抄表系統。

監控中心采用兩臺通訊服務器，一臺負責數據采集、控制指令發送；一臺負責專門接受各熱力站的報警信息；一臺數據庫服務器，采用Oraclegi數據庫；一臺網絡發布服務器，運行網絡版監控軟件HOMS2.0。

通訊網絡采用普通電話撥號，但監控中心與各熱力站電話統一構建一個內部虛擬網，只需要撥打內部5位號碼即可，大大降低了通訊費用。每個熱力站采用一套STEC2000嵌入式控制器，來完成熱力站的所有監控功能。

（1）適時數據采集　測量蒸汽溫度、壓力，供水溫度、壓力，循環水泵及補水泵的運行狀態，補水水箱的液位等主要工藝參數。

（2）數據存儲　控制器設有16M的數據空間，根據各熱力站的需要，設定數據存儲間隔，最短1s，最長1h，將采集的數據全部存儲在現場控制器中，可以完成一個采暖季的所有數據存儲。

（3）現場控制　該控制器能夠靈活地完成室外溫度補償、自動補水、溫度調節、值班采暖、流量調節等自動控制環節。二次網供溫控制有直接設定控制、室外溫度補償控制等多種控制模式。其中直接設定控制指在現場控制設備操作界面上，運行人員根據經驗直接設定合適的回水溫度，然后控制設備通過調節一次網電動閥，保證回水溫度達到設定值。室外溫度補償控制，則根據室外溫度的變化情況，隨時調整回水溫度，既可通過對照查表，也可以通過設定曲線的方式實現。當班采暖則根據運行人員的經驗設定各熱力站特殊時段的供水溫度。自動補水控制主要分為壓力開關自動補水、變頻定壓補水、啟停自動定壓補水等三種方式。

（4）安全保護　通過適時監測主要工藝參數，當參數異常超出范圍時，采取緊急措施，切斷調節閥電源，停止蒸汽供應，防止出現汽化造成安全事故。

（5）報警　設有停電報警、水箱水位報警、超溫報警、超壓報警等多種報警信息。當出現報警信號時，控制器立刻撥通控制中心報警專用電話，請求處理。

（6）現場顯示操作　采用5英寸（12.7cm）彩色液晶顯示操作屏，進行熱力站運行過程的適時監測，并通過鍵盤設定最優的運行方案，瀏覽存儲的歷史數據和報警記錄等。

STEC2000控制系統投入運行后，為業主帶來了巨大的經濟效益。經現場實測評估，系統節能率高達20％，運行一個采暖季節便可收回全部投資。每個采暖季節每萬平方米供熱面積，平均每小時節省蒸汽0.06t，共計節約資金166.5萬元。