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(yīng)用。文章從熱力站自控系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)控制思想以及熱力站系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)幾方面來(lái)對(duì)變頻器及PLC系統(tǒng)在熱力站控制中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述和研究。
關(guān)鍵詞：換熱站；變頻器；PLC系統(tǒng)；熱網(wǎng)調(diào)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 systemThermal 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(duì)系統(tǒng)熱用戶最后一級(jí)調(diào)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(diào)節(jié)主要是依靠對(duì)二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵的控制。傳統(tǒng)的熱力站控制中，循環(huán)泵與補(bǔ)水泵一般都采用工頻泵，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)選型時(shí)已經(jīng)決定了系統(tǒng)二次網(wǎng)的主要參數(shù)，但是相對(duì)的，系統(tǒng)的適應(yīng)性、擴(kuò)展性及各參數(shù)的精確調(diào)整均受到極大限制。

太原熱力公司自99年起，開(kāi)始逐步對(duì)太原集中供熱熱網(wǎng)的各個(gè)熱力站進(jìn)行自動(dòng)控制化改造。對(duì)于原有的熱力站，統(tǒng)一增加自控儀表、PLC及變頻設(shè)備；對(duì)于新建的熱力站，在設(shè)計(jì)時(shí)即在工藝系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入自控設(shè)備。自控系統(tǒng)輔助將熱力站的控制精確化，結(jié)合熱網(wǎng)中控室全網(wǎng)平衡系統(tǒng)及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行全網(wǎng)均勻調(diào)節(jié)，達(dá)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(yīng)用。

二、 熱力站自控系統(tǒng)構(gòu)成

間連型熱力站自控系統(tǒng)按設(shè)備類型分，可分為：溫度、壓力變送器，流量計(jì)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，循環(huán)泵及補(bǔ)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(guò)調(diào)節(jié)一次回水調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。二次網(wǎng)的調(diào)節(jié)回路則是通過(guò)調(diào)節(jié)二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。一次網(wǎng)的控制指令主要由熱網(wǎng)調(diào)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(bǔ)水泵變頻器轉(zhuǎn)速則由站內(nèi)PLC系統(tǒng)依據(jù)各熱力站所帶熱網(wǎng)的實(shí)際情況計(jì)算得出。

熱力站自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖。

圖1 典型熱力站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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(zhì)量各不相同，很難確定一組典型的室內(nèi)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(shí)段來(lái)控制供、回水平均溫度的方法來(lái)間接控制用戶室溫。

在太原各熱網(wǎng)控制中，由于在進(jìn)行熱力站自控改造的同時(shí)，對(duì)熱網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)也進(jìn)行了調(diào)整。目前太原各個(gè)熱力分公司熱網(wǎng)調(diào)度中心都加設(shè)了全網(wǎng)平衡系統(tǒng)，調(diào)度中心通過(guò)與個(gè)熱力站進(jìn)行通訊，獲取熱網(wǎng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)室外溫度情況對(duì)全網(wǎng)熱力站的供熱效果進(jìn)行均勻調(diào)整。

各熱力站從控制中心獲取對(duì)應(yīng)的二次網(wǎng)供回水平均溫度，站內(nèi)系統(tǒng)將獨(dú)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(shè)定值，然后調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度使流量達(dá)到設(shè)定值。

站內(nèi)的控制系統(tǒng)還根據(jù)熱力站的實(shí)際情況對(duì)二次網(wǎng)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵進(jìn)行調(diào)速，系統(tǒng)根據(jù)二次網(wǎng)供、回水平均溫度的溫差，通過(guò)變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)總流量和溫度的調(diào)節(jié)。使循環(huán)水泵按照實(shí)際負(fù)荷輸出功率，減少不必要的電能損失，實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行模式。通過(guò)此舉，可以及時(shí)地把流量、揚(yáng)程調(diào)整到需要的數(shù)值上，消除多余的電能消耗，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。通常熱力系統(tǒng)會(huì)設(shè)計(jì)兩臺(tái)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(diào)。如果負(fù)荷不夠，則泵的轉(zhuǎn)速加大，達(dá)到100％時(shí)還不滿足要求，則啟動(dòng)第二臺(tái)泵。同時(shí)系統(tǒng)還可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)切換各循環(huán)泵，也提供低水壓保護(hù)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(yùn)行的重要參數(shù)。供水壓力過(guò)高可能造成熱水管道及用戶暖氣片的破裂；供、回水壓力過(guò)低，使得部分熱用戶無(wú)法的到足夠熱量。恒壓控制的最佳方案是對(duì)補(bǔ)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制，但考慮此處對(duì)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(kāi)關(guān)補(bǔ)水控制方案。

四、熱力站控制系統(tǒng)的實(shí)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(fù)荷控制。通過(guò)控制調(diào)節(jié)一次網(wǎng)回路上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，來(lái)調(diào)節(jié)流過(guò)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(yùn)行情況及各熱力站反饋的二次網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出各熱力站一次網(wǎng)控制閥門的開(kāi)度指令或二次網(wǎng)目標(biāo)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(diào)節(jié)一次網(wǎng)流量調(diào)節(jié)閥，從而實(shí)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(duì)象為熱力站一、二次網(wǎng)供回水溫度；一網(wǎng)控制的對(duì)象為一次網(wǎng)調(diào)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(guò)變頻器來(lái)調(diào)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(wú)法進(jìn)行調(diào)整，從而造成熱力站系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)室外溫度及實(shí)際供熱需求來(lái)調(diào)整，造成熱力及電力資源的浪費(fèi)。而且大功率的工頻泵在起停時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。
目前，熱力系統(tǒng)自控改造中，對(duì)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(zhuǎn)速受二次網(wǎng)供回水壓差調(diào)整。壓差控制的方式可以通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)二網(wǎng)流量以滿足供熱需求，從而減少浪費(fèi)。

在熱力站循環(huán)泵控制中，我們采用供回水溫差結(jié)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(shí)際情況，設(shè)定一個(gè)供回水壓差目標(biāo)值。設(shè)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(chǔ)上，熱力站PLC系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量二次網(wǎng)供回水溫差來(lái)對(duì)循環(huán)泵進(jìn)行修正。當(dāng)二網(wǎng)供回水溫差偏大時(shí)，則需提高循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，加大二網(wǎng)流量，提高二網(wǎng)回水溫度，改善供熱效果；當(dāng)二網(wǎng)供回水溫差過(guò)小時(shí)，需適當(dāng)降低循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，減小二次網(wǎng)的流量，實(shí)現(xiàn)小流量大溫差的運(yùn)行模式。這種調(diào)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。