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摘要:
该换热站由厂区蒸汽锅炉供给0.4MPa的蒸汽，通过三台管式热交换器交换热水后为公司生活区及机关办公区供暖，自动化控制系统采用PLC为主控单元，由变频器控制水泵保证供热管网出水压力，在PLC中嵌入温度模糊控制策略，结合温度调节仪及蒸汽控制阀控制水温及蒸汽，实现换热站自动控制。
关键词:
换热站;智能控制;PLC;变频器
随着城市建设、经济发展和人民生活水平的不断提高，各个地区采暖消耗的燃煤量也逐年上升。集中供热对于节约能源、降低碳排放量、减少环境污染、提高人民生活水平发挥了巨大作用，也是国家鼓励、积极扶持的产业之一。换热站作为连接热源和供给用户使用的枢纽，对整个系统的高效运行承担着承上启下的重要作用。然而我国换热站的控制模式多采用人工操作，因误操作导致供热品质下降及设备损坏时有发生。随着自动化及信息技术的不断提高和国家节能环保政策的实施，无人值守换热站智能控制系统凭借其高效率、高性能以及危险预报精度高等优点，已成为众多科研人员的研究热点。为此我公司根据需要，逐步实现自动化控制系统，积极推进两化融合提升企业竞争力与管理能力。
1换热站自控系统组成
1.1换热器现场数据采集、控制系统
采用一体化的数据采集、控制装置，实现换热站的自动化检测与控制，系统具有以下主要功能：数据采集：系统能够采集换热站的压力、温度等参数：⑴温度：一次供水、回水温度;二次供水、回水温度，室外温度；⑵压力：一次供水、回水压力，二次供水、回水压力，除污器和板换之间的压力；⑶变频器运行参数：变频器电流、电压、状态、频率等（补水泵不采集电流），该项参数需要低压电器具备变频柜，且能够提供输入输出参数及端子；⑷电动调节阀门开度。实时控制：系统软件有多种控制策略组成，可以满足不同用热特性的控制要求，提高换热站及建筑的供热质量，降低能源消耗。
1.2数据通讯系统
系统能够通过网络系统，将换热站的实时数据传输到调度管理中心，管理中心也可以通过网络系统将控制指令下达到现场控制器，执行控制调节指令。
1.3调度中心管理系统
调度中心可以实时接收换热站现场采集系统传输上来的各种运行数据，并储存在中央数据库中，作为后续管理、分析、控制的基础数据。调度中心管理系统可以实时对上传数据进行连续动态分析，并根据分析结果下达调节指令。
2换热站系统控制
2.1控制目的及主要受控设备
换热站系统控制目的：通过对循环泵、补水泵、热交换器、温控阀、系统管路调节阀进行控制，调整系统各应用工况的运行模式，在最经济的情况下给末端提供稳定的供水温度。如图1所示控制柜对管道中的压力温度进行采集然后对控制循环泵、补水泵、温控阀、水箱液位等进行控制。
2.2电控系统的设计
（1）根据设备运行流程及控制的电气元件，设计PLC的接口，给出I/O地址分配表；（2）触摸屏与PLCCOM1口进行通讯，打印机通过PLCCOM2口进行通讯；（3）程序设计。①控制流程：PLC上电运行后，首先对程序进行初始化，通过触摸屏设定二次侧供回水压力、温度、一次侧回水压力、温度、换热器出水温度和超温温度等控制参数。打到自动位置后，启动控制。程序进行周期扫描和PID控制，分别进行压力、温度等数值的采样，经过程序内部运算，与设定值比较，根据结果进行PID调节，计算出的数值给出开关量和模拟量信号，控制水泵启停和变频器频率调节；②可编程程序设计：自动控制系统由PLC、变频器、压力变送器、温度变送器、液位变送器等主要电气元件构成。补水泵通过回水压力控制启停；循环泵变频运行，频率通过供回水压差来调节；冷凝泵通过冷凝水箱水位运行。
2.3补水泵控制原理
通过回水压力变送器将电流信号传送到PLC，通过PLC运算，反馈值与设定值作比较，当压力到设定下限值时，PLC给出信号自动启动补水泵；当压力到设定上限值时，PLC给出信号自动停止补水泵；同时补水水箱水位低于保护值时，补水泵强制停泵并告警，提示补水箱缺水。
2.4循环泵控制原理
通过回水压力变送器与供水压力变送器分别将电流信号传送到PLC，通过PLC运算，反馈的供回水压差值与设定的压差值作比较，当低于设定值时，PLC输出电压信号给变频器，循环泵频率线性递增，转速加快；当高于设定值时，PLC内同样输出电压信号给变频器，循环泵频率线性递减，转速降低；当接近设定值时，循环泵恒速运行。
2.5冷凝泵控制原理
冷凝水箱中的磁翻板液位计将电流信号传送到PLC，通过PLC运算，反馈值与设定值作比较，当水箱水位到设定上限值时，PLC给出信号自动启动冷凝泵指令；当水位到设定下限值时，PLC给出信号自动停止冷凝泵指令。
3换热站二次供水温度智能控制
通常换热站二次供水温度预设值的获取采用温度调节法和温度补偿曲线法。温度调节法具有不能适应供热系统的热惯性和温度变化明显滞后的特点，而温度补偿曲线法没有考虑用户系统的水压平衡，若发生水压失调，不仅不节能反而会更加浪费能源。本设计构造了二级模糊控制器，由前级模糊控制器获取的二次供水温度的预设值与温度采集模块测得的二次供水温度实际值做差，将两者的差值e差值变化率ec作为第二级模糊PID控制器的输入，利用模糊理论对PID的3个参数kp,kf和kD进行实时在线校正，通过调节一次阀的开度，动态跟踪二次供水温度的变化。
4系统功能及实现
哈图金矿生活区根据供热面积，结合目前典型控制模式，设计了换热站系统流程，见图2所示。该系统主要完成以下功能：（1）该换热系统原由人工操作，温度控制不稳定，为实现供热稳定，实现二次热网的控制，采用二级模糊控制的先进控制策略，保证供热网的热力平衡，使整个供热管网实现安全、节能、高效、平稳的运行，保证热能均匀分布；（2）数据采集：按照指定或系统默认巡检方式，对各个监测点进行数据采集；（3）显示：监测供电电压、监测显示供水温度，回水温度、供水压力，变频器状态（起/停，频率、电机电流，故障报警）；系统发生故障时，报警信号也需要显示；（4）数据通讯：发送数据、接收数据及接收控制指令、纠错、检错，实现换热站与供热站之间的远程数据通讯；（5）可进行手动/自动的就地与远程切换。
5换热站定压、定温控制系统实现
为了保持供热系统运行的稳定性，循环系统还应保持一定的水压与循环速度，即保持系统恒压点的压力恒定，我们采取循环水泵变频调速定温控制，当回水温度超过设定值，温度变送器将信号给变频器模拟通道2，经过变频器PID运算，变频器调节循环泵频率，一般为克服管网阻力，设定值最低不得超过35Hz，经过测试，在40Hz左右比较稳定；运行过程中如果系统掉压，启动补水泵进行补水，达到设定压力后补水泵停止运行，保证系统的出水压力稳定。变频控制系统接线见图3所示。为保证系统可靠运行，需对变频器参数进行合理设置：端子启动P0700=2,5号端子启动P0701=1。反馈信号电流信号P0756.1=2,P1080=35，P1082=50,PID使能P2200=1。PID给定：BOP面板2253=2250,PID反馈：2264=755.1（通道2）。PID反馈滤波时间常数P2265=5,增益P2280=25,微分时间P2274=0。积分时间P2285=20,要注意拨码开关2在ON。
6总结
本文根据分布式控制的思想，将系统分为：换热站就地监控系统、通信系统以及中心控制室监控系统。根据实际要求，对换热站整体结构以及监控系统方案进行了设计，并对系统功能进行了介绍。此系统应用于西部黄金哈图金矿生活区换热供暖，系统稳定、可靠，在保证供暖品质的前提下，也取得了较好的节能效果。
参考文献
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作者:张树鹏 单位:西部黄金哈图金矿有限责任公司