[摘 要] 本文著重介紹了變頻器及PLC在集中供暖系統(tǒng)里換熱站控制中的應用。文章從熱力站自控系統(tǒng)構成、系統(tǒng)控制思想以及熱力站系統(tǒng)的實現(xiàn)幾方面來對變頻器及PLC系統(tǒng)在熱力站控制中的應用進行了詳細闡述和研究。 [關鍵詞] 換熱站 變頻器 PLC系統(tǒng) 熱網(wǎng)調整 節(jié)能控制 Abstract: This paper introduces and researches the application of inverter and PLC in Heat Transfer Station of Central heating system based on the framework and the implementing of the automatic controlling system. Keywords: Heat Transfer Station;Inverter PLC system;Thermal net adjustment;Energy-saving controlling 一、前言 　　在城市集中供熱系統(tǒng)中，熱力站作為熱網(wǎng)系統(tǒng)面對系統(tǒng)熱用戶最后一級調節(jié)單元，熱力站的控制效果直接決定熱用戶的采暖效果。太原市熱力公司所轄城市熱網(wǎng)包含400余座熱力站，供熱面積覆蓋太原市總采暖面積的60%，所有熱力站均采用間連型熱力換熱站。 　　在間連熱網(wǎng)熱力站中，二次網(wǎng)供回水壓力、溫度及流量均是影響供熱效果的重要因素，而二次網(wǎng)各供參數(shù)的調節(jié)主要是依靠對二次網(wǎng)循環(huán)泵及補水泵的控制。傳統(tǒng)的熱力站控制中，循環(huán)泵與補水泵一般都采用工頻泵，系統(tǒng)在設計選型時已經(jīng)決定了系統(tǒng)二次網(wǎng)的主要參數(shù)，但是相對的，系統(tǒng)的適應性、擴展性及各參數(shù)的精確調整均受到極大限制。 　　太原熱力公司自99年起，開始逐步對太原集中供熱熱網(wǎng)的各個熱力站進行自動控制化改造。對于原有的熱力站，統(tǒng)一增加自控儀表、PLC及變頻設備;對于新建的熱力站，在設計時即在工藝系統(tǒng)基礎上引入自控設備。自控系統(tǒng)輔助將熱力站的控制精確化，結合熱網(wǎng)中控室全網(wǎng)平衡系統(tǒng)及通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)，進行全網(wǎng)均勻調節(jié)，達到較好的控制效果。本文著重介紹自控系統(tǒng)及變頻器在熱力站控制中的應用。 二、 熱力站自控系統(tǒng)構成 　　間連型熱力站自控系統(tǒng)按設備類型分，可分為：溫度、壓力變送器，流量計，電動調節(jié)閥，循環(huán)泵及補水泵;按控制回路分，則可分為：一次網(wǎng)流量控制回路、二次網(wǎng)循環(huán)控制回路、二次網(wǎng)定壓回路。 　　在熱力站自控系統(tǒng)中，一次網(wǎng)流量控制回路主要通過調節(jié)一次回水調節(jié)閥來實現(xiàn)。二次網(wǎng)的調節(jié)回路則是通過調節(jié)二次網(wǎng)循環(huán)泵及補水泵轉速來實現(xiàn)。一次網(wǎng)的控制指令主要由熱網(wǎng)調度中心根據(jù)全網(wǎng)平衡算法下發(fā)，而二次網(wǎng)循環(huán)泵及補水泵變頻器轉速則由站內PLC系統(tǒng)依據(jù)各熱力站所帶熱網(wǎng)的實際情況計算得出。 　　熱力站自控系統(tǒng)結構如下圖。 [align=center] 圖1 典型熱力站系統(tǒng)結構圖[/align] 三、系統(tǒng)控制思想 　　在集中供熱工程中由于各用戶的建筑面積、暖氣片性能及房屋保溫質量各不相同，很難確定一組典型的室內溫度作為直接被控量，而供、回水的平均溫度從整體上反映了各用戶暖氣片的平均溫度，因此一般的供熱系統(tǒng)都是根據(jù)室外環(huán)境溫度及不同的供熱時段來控制供、回水平均溫度的方法來間接控制用戶室溫。 　　在太原各熱網(wǎng)控制中，由于在進行熱力站自控改造的同時，對熱網(wǎng)調度系統(tǒng)也進行了調整。目前太原各個熱力分公司熱網(wǎng)調度中心都加設了全網(wǎng)平衡系統(tǒng)，調度中心通過與個熱力站進行通訊，獲取熱網(wǎng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)室外溫度情況對全網(wǎng)熱力站的供熱效果進行均勻調整。 　　各熱力站從控制中心獲取對應的二次網(wǎng)供回水平均溫度，站內系統(tǒng)將獨立控制回路分為二次網(wǎng)供回水平均溫度控制回路和一次網(wǎng)流量控制回路，根據(jù)平均溫度的偏差確定一次網(wǎng)流量的設定值，然后調節(jié)閥門開度使流量達到設定值。 　　站內的控制系統(tǒng)還根據(jù)熱力站的實際情況對二次網(wǎng)循環(huán)泵及補水泵進行調速， 　　系統(tǒng)根據(jù)二次網(wǎng)供、回水平均溫度的溫差，通過變頻器自動調節(jié)循環(huán)泵的轉速，實現(xiàn)對系統(tǒng)總流量和溫度的調節(jié)。使循環(huán)水泵按照實際負荷輸出功率，減少不必要的電能損失，實現(xiàn)小流量大溫差的運行模式。通過此舉，可以及時地把流量、揚程調整到需要的數(shù)值上，消除多余的電能消耗，從而達到良好的節(jié)能效果。通常熱力系統(tǒng)會設計兩臺變頻泵，這不僅是為了系統(tǒng)備用，也是為了防止系統(tǒng)超調。如果負荷不夠，則泵的轉速加大，達到100%時還不滿足要求，則啟動第二臺泵。同時系統(tǒng)還可以根據(jù)運行時間自動切換各循環(huán)泵，也提供低水壓保護和連鎖功能。 　　控制系統(tǒng)的二網(wǎng)供、回水壓力是熱網(wǎng)安全運行的重要參數(shù)。供水壓力過高可能造成熱水管道及用戶暖氣片的破裂;供、回水壓力過低，使得部分熱用戶無法的到足夠熱量。恒壓控制的最佳方案是對補水泵進行變頻調速控制，但考慮此處對壓力的穩(wěn)定性要求并不高，只要壓力不超出某一范圍即可，所以也可以采用開關補水控制方案。 四、熱力站控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 　　1、一網(wǎng)回路控制： 　　熱力站的一次網(wǎng)回路控制，主要是熱負荷控制。通過控制調節(jié)一次網(wǎng)回路上的電動調節(jié)閥，來調節(jié)流過熱力站的一次熱水的流量。在全網(wǎng)控制系統(tǒng)中，全網(wǎng)控制中心根據(jù)目前室外溫度情況，參考熱源的運行情況及各熱力站反饋的二次網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，計算出各熱力站一次網(wǎng)控制閥門的開度指令或二次網(wǎng)目標控制溫度。熱力站系統(tǒng)根據(jù)全網(wǎng)控制中心下發(fā)的指令，調節(jié)一次網(wǎng)流量調節(jié)閥，從而實現(xiàn)全熱網(wǎng)的熱資源均勻分配。 　　一次網(wǎng)回路控制中主要的參考對象為熱力站一、二次網(wǎng)供回水溫度;一網(wǎng)控制的對象為一次網(wǎng)調節(jié)閥;控制目的為提供熱力站必須的供暖熱量。 　　2、二次網(wǎng)循環(huán)泵控制： 　　熱力站系統(tǒng)二次網(wǎng)循環(huán)泵是通過變頻器來調速。 　　傳統(tǒng)熱力站系統(tǒng)循環(huán)泵通常采用工頻泵，循環(huán)泵選定后，熱力站二次網(wǎng)的流量無法進行調整，從而造成熱力站系統(tǒng)無法根據(jù)室外溫度及實際供熱需求來調整，造成熱力及電力資源的浪費。而且大功率的工頻泵在起停時會對電網(wǎng)造成沖擊。 　　目前，熱力系統(tǒng)自控改造中，對15KW以上的循環(huán)泵普遍使用變頻控制。一般的循環(huán)泵均采用壓差控制方式，即循環(huán)泵的轉速受二次網(wǎng)供回水壓差調整。壓差控制的方式可以通過調節(jié)循環(huán)泵轉速，調節(jié)二網(wǎng)流量以滿足供熱需求，從而減少浪費。 　　在熱力站循環(huán)泵控制中，我們采用供回水溫差結合供回水壓差控制的方式。 　　熱力站控制系統(tǒng)根據(jù)各系統(tǒng)的實際情況，設定一個供回水壓差目標值。設定此供回水壓差值以滿足二次管網(wǎng)的供暖水循環(huán)。在此基礎上，熱力站PLC系統(tǒng)通過測量二次網(wǎng)供回水溫差來對循環(huán)泵進行修正。當二網(wǎng)供回水溫差偏大時，則需提高循環(huán)泵轉速，加大二網(wǎng)流量，提高二網(wǎng)回水溫度，改善供熱效果;當二網(wǎng)供回水溫差過小時，需適當降低循環(huán)泵轉速，減小二次網(wǎng)的流量，實現(xiàn)小流量大溫差的運行模式。這種調整可以起到節(jié)約電能及熱能的效果，在大型熱網(wǎng)中，這種節(jié)能手段就能取得可觀的效果。 　　3、二網(wǎng)定壓補水控制： 　　二次網(wǎng)的補水控制采用的是定壓控制，傳統(tǒng)熱力站中往往采用壓力表電節(jié)點控制。隨著城市集中供熱的發(fā)展，系統(tǒng)的熱負荷越來越大，熱力站系統(tǒng)所帶的供暖面積都比較大，并且供熱網(wǎng)條件不一，二網(wǎng)系統(tǒng)的水力損失較大。嚴重的水力損失使得二次網(wǎng)的補水系統(tǒng)壓力加大，補水頻繁。而傳統(tǒng)的工頻補水泵的頻繁起停，容易造成二次管網(wǎng)壓力的波動。 　　在熱負荷較大的系統(tǒng)中，我們采用補水泵變頻控制，對補水系統(tǒng)進行精確的微調。當系統(tǒng)失水時，二網(wǎng)壓力下降，系統(tǒng)會通過變頻器控制補水泵以一定的轉速進行補水，補水泵的轉速根據(jù)當前壓力與目標壓力的差值均勻調整，從而避免補水泵在啟動和停止時對二次網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。 　　4.現(xiàn)場人機界面 　　在現(xiàn)場人機界面上，可以通過操作面板任意調節(jié)系統(tǒng)所需的各種運行狀態(tài)，例如：一、二次網(wǎng)供回水溫度及溫差，變頻器最大最小運行頻率等，并可隨時查閱以往運行記錄。根據(jù)用戶要求可將當前參數(shù)以畫面、曲線、報表的形式在屏幕上顯示。 五、熱力站自控系統(tǒng)的優(yōu)點 　　在熱力站中使用變頻器及可編程控制器，充分發(fā)揮變頻器的調速和節(jié)能的優(yōu)點及可編程控制器配置靈活、控制可靠、編程方便的優(yōu)點，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了可靠保障。 　　通過熱力站自動控制系統(tǒng)的投運，過去主要依靠人工調節(jié)的控制手段得到了徹底改善，熱網(wǎng)的運行得到合理控制，失調現(xiàn)象得到了有效地解決，消除了熱網(wǎng)中各站冷熱不均的現(xiàn)象。按需供熱、節(jié)能降耗，改變了不合理的小溫差大流量運行方式，既保證了遠端客戶的供熱需要又避免了近端用戶的過熱現(xiàn)象直接提高了熱網(wǎng)的供熱效果。 作者簡介 　　剌慧東 男 現(xiàn)供職于山西省太原市熱力公司材料設備處，分管技術工作，兼任山西省城鎮(zhèn)供熱協(xié)會特聘電氣專家。 參考文獻 　　[1] 王亦昭、劉雄，供熱工程，機械工業(yè)出版社，2007年8月; 　　[2] 佚名，RTU在城市熱網(wǎng)自動控制系統(tǒng)中的實際應用，自動化在線，2007年;