淺析集中供熱自動化系統的協調與控制

石峰

【摘 要】我國的集中供熱和外國的集中供熱相比起來可能有很大的差別，尤其在熱網的調節和控制這一領域，國外已經達到了很先進的自動化水平，而我國自動化控制的水平還處于一個起步的階段。與發達國家相比，我國的自動化技術在集中供熱的應用中還處于一個比較緩慢的發展狀態。不過，伴隨著自動化和測控技術在我國的快速發展， 相信越來越多的集中供熱企業的自動化控制應用技術將得到不斷的提高。

【關鍵詞】集中供熱；自動化系統；協調與控制

前言：

隨著供熱負荷不斷增加，管網控制問題日漸突出，為了提高供熱系統的能源利用，就必須建立相匹配的控制系統。首先要從自動化控制方面著手提高供熱技術水平，掌握供熱系統的運行情況。其次是對熱力站內供熱運行的各種參數進行采集，這樣有利于保證供熱系統安全，合理的運行，并且可以根據運行狀況選擇最好的運行方式，維持供熱系統的供熱質量和供熱公司的效益。

一、計算機監控系統的作用及位置

熱網控制系統設計采用PC+PLC模式，以此實現對整個熱網系統的集中管理、分散控制。系統主工控機設在熱網控制中心。主要負責采集過程數據。并提供操作指導、設備控制、故障診斷、報警信息、事件報告、數據處理、趨勢顯示監測系統由一個熱網控制中心及若干個PLC遠程子站組成，負責各站內數據采集、控制調節、系統報警、將檢測的數據傳送到熱網控制中心上位機等功能。熱網控制中心主要任務是負責供熱系統的節能運行，體現為：全熱網熱力平衡管理，包括對一次網的平衡管理與二次網的平衡管理：使熱源供熱量合理并隨氣象預報（包含風、雪天影響等）進行科學預測與規劃，達到經濟運行的目的。

二、系統創新點

1、均勻性調節控制策略

集中供熱系統具有大慣性、長時滯、非線性的特點，而且是一種存在耦合的多輸人、多輸出系統。直接實現這樣一個系統的單回路死循環控制是十分困難的，因此采用了均勻性控制策略。

（1）統一設定，單獨調整

均勻性調節的最終目標是使用戶的室溫達到一致 為此，將二次網的供回水平均溫度作為被調量：為消除系統的水平熱力失調，根據各熱力站二次側供回水平均溫度與全網平均值的偏差統一設定各熱力站的被調量，各熱力站再以此為設定值進行單獨調節。

（2）限制幅度，逐漸調勻

由于系統的大慣性及傳輸延遲，因此不能連續調節，否則將引起系統振蕩。調節的時間間隔不能太短整個調節應使各熱力站二次側供回水平均溫度逐漸趨于一致，每次閥門調節的幅度不能太大，以確保系統的穩定。

a各熱力站的獨立調節采用串級調節。

對應統一設定的二次網供回水平均溫度，將獨立控制回路分為二次網供回水平均溫度控制回路與一次網流量控制回路，根據平均溫度的偏差確定一次網流量的設定值，然后調節閥門開度使流量達到設定值由于流量控制回路是一個快速響應回路，因此采用這種串級調節可以較好地解除熱網慣性的不利影響。

b水力耦合的解除

國內供熱系統的水力穩定性普遍較差，當調節某一支路的閥門時，不僅本支路的流量隨之變化，相鄰支路的流量也同樣發生變化 對于一些穩定性較差的支路，如果簡單地采用單回路死循環控制而不考慮這種穩定性的狀況，就容易引發振蕩因此，必須在對各用戶水力穩定性綜合評判的基礎上，確定具體的調節策略，對部分熱力站必須采取具體的解耦措施 這些解耦措施通過間連熱網全網優化控制系統軟件來實現。

c參數辨識與專家系統

根據實際運行中的測量數據，可以對系統中的一些重要水力參數與熱力參數進行在線辨識，在此基礎上建立系統控制的專家系統，預測控制參數的變化趨勢，對有些環節采用前饋+反饋的方法控制，從而消除系統慣性的影響。

2、通過水力計算完成電動調節閥的選型

在集中供熱系統的自動控制中，電動調節閥是最重要的設備之一，由它們來控制各直供站的溫度。電動調節閥的選型不僅會影響系統的投資，而且還會影響控制效果。針對供熱系統存在嚴重的非線性問題，選擇修正等百分比特性的閥門 在選擇調節閥口徑時，考慮讓電動調節閥工作在其調節性能較好的開度范圍內，同時保證閥門不發生水擊或汽蝕 根據供熱系統的管網拓撲結構與設計流量進行水力計算，計算出各環路的剩余資用壓頭，從剩余資用壓頭中減去站內預留資用壓頭，余下的剩余資用壓頭即為需用閥門消耗掉的壓頭。

3、采用先進的調控軟件系統

（1）間連熱網全網優化控制系統軟件，主要功能：權限的管理、全網平衡、控制效果的評價、負荷預測、閥位自動跟蹤、效果排行、控制方式選擇等。

（2）熱網專用水力計算軟件，主要功能：現有供熱系統的運行管理：分配流量，計算水頭損失，計算各節點水壓，生成壓力平面圖與流量平面圖；對現有/未來供熱管網的規劃設計及分析：分析系統的真實運行狀況：當前調度方案的檢驗；系統新增管網設施的規劃與設計：系統改擴建方案設計。

4、智能控制

集中供熱網由于熱工過程大多是強耦的多輸入多輸出非線性系統，其動態特性隨著運行工況的變化而大幅度變化，且各環節的動態特性差異很大，許多環節還具有慣性、滯后、非線性和不確定性等特性，難以建立精確的數學模型，使傳統控制理論的應用受到限制。因此，可以選擇不依賴系統模型，同時又能隨著工業過程實際環境的改變進行自主學習推理的智能控制。針對集中供熱工程中熱網分布不均勻、隨機性強等特點，為了進一步提高供熱效益，提出了專家控制系統設計方案。針對供熱網中大時滯現象，提出了一種新的模糊控制器結構。這種模糊控制器通過在線辨識廣義時滯，將時滯辨識的結果模糊化，決策出模糊規則組，填充主模糊規則表，達到自適應的目的。以解決控制對象中由大時滯和時變引起的不易控制和參數調整困難的問題。

5、與其他系統的聯網

系統選擇的上位軟件具有很好的開放性，采用標準的數據庫并可通過DDE、OPC等方式靈活實現與其他軟件的數據實時交換 另外，上層通信網絡直接采用TCP/IP通信協議，在熱網監控中心設置訪問控制權限后，可通過網絡、在輸入用戶名密碼后直接訪問監控系統，并觀看監控畫面。

三、系統功能

1、供熱參數實時監測：實時采集及顯示熱力站一級網與二級網供回水溫度與壓力、流量、熱量、閥門開度、水泵開啟狀態、循環泵變頻、補水泵變頻、液位等參數。

2、數據庫管理及報表打?。簲祿Υ?、維護、轉換，并能方便查詢與顯示參數變化曲線，根據需要隨時打印工況報表等。

3、能耗、水耗統計計算：根據實測參數統計各源、站及全網的能耗與水耗，為量化管理與收費提供依據。

4、供熱系統自動控制。在正常的管網運行狀態下，整個供熱管網應進行均勻性調節，實現熱量的均勻分配 在通信故障時各熱力站自成系統，根據熱用戶的熱需求（主要是根據二級網供回水溫度、室外溫度保證室內的舒適溫度），現場控制單元對各熱力站內設備進行閉環控制，保證熱量供應在量調節階段，中央監控站根據用戶流量變化，按照末端用戶壓差調節首站的變頻泵轉速，保證不利點有足夠的資用壓頭：在質調節階段，中央監控站要根據用戶熱需要，協調供熱量，從而使供熱與熱需求相適應，實現優化調節、經濟運行。

5、故障診斷及報警：根據參數信息及時診斷各系統的故障并指導維護。

6、自動對全網水力工況進行分析，對首站及主調速水泵、各熱力站、峰荷鍋爐房供熱量進行控制。

結束語：

總之，集中供熱系統具有設備多、熱參數多、信息傳遞滯后和系統呈現非線性等特點，供熱企業要達到節能降耗的目標，集中控制供熱設備，就必須提高供熱系統電氣控制的自動化程度。所以，加強集中供熱自動系統的協調控制，對提高集中供熱系統的可靠性和經濟性，有重大意義。

參考文獻：

[1]王金生，祖軍.哈市集中供熱項目投資情況調研及建議[J].應用能源技術. 2006（01）

[2]崔性澤，蔡波濤.集中供熱運行過程中的若干問題淺析[J].林業科技情報. 2006（02）

[3]吳國偉.集中供熱典型問題及解決方法[J].中國計量. 2006（12）

[4]孫鴻年.談談我市集中供熱[J].寧波節能.2006（03）