论换热站电气自控系统

论换热站电气自控系统

郭春雨

身份证：230622199402025855

摘要：北方的供暖是民生大计，随着近些年对节能减排的号召和对空气质量的高标准和严要求，北方的大部分供暖已由换热站集中供暖，电采暖等多种形式替代了烧锅炉供暖的方式。本文介绍分析基于PLC控制技术，变频技术和上位机组态联网，结合供热仪器仪表等电气设备的集中供热换热站自控系统，即与百姓息息相关的二次换热系统。从常见的换热站热网工艺到站内温度，压力，流量，热量仪表，变频及PLC控制，上位机监控作以呈现。

关键词：电气自控换热站电气仪表

1.换热站的主要设备及作用

1.1非电控设备及作用

（1）换热器：常见的有板式换热器，它是连接一次管网与二次管网并进行热交换的设备，也是换热站内核心设备之一。

（2）管网与水箱：管网大体可分为一次管网的供水管和回水管，二次网的供水管和回水管，如果二次网供热面积较大，就有多个换热器机组的二次网供回水网管。即一次网管可看作是换热站的热源，二次网管是输送分配给热用户的路径。水箱内储存的水主要为保证二网供水压力的平衡以及供暖初期打水试压所用。

（3）水泵：可分为循环泵和补水泵。循环泵是保证二次网路中水的流量；补水泵是保证二次网中管路的压力。

（4）管道上的各类一次仪表：主要是压力，温度仪表，可直观的反映出管网当前的压力值和温度值。

（5）阀门和过滤器：各种阀门保证水路的隔离和流通，过滤器用来过滤掉水中较大的杂质。

1.2电控设备及作用

（1）电气柜：给整个站内输配电源，保证电气运作。

（2）RTU控制柜：配有PLC可编程控制器和HMI人机界面等，是换热站内自控的主体。

（3）变频柜：控制水泵电机，为调速所用，以达到流量和压力的预期值，同时节约电能。

（4）各类电气仪表：压力变送器通常以4~20mA或者0~10V的信号将管道的压力值反馈给PLC；温度传感器也可配有变送器将电压或电流信号传送给PLC，也可以是热电阻或热电偶等，以阻值反映出温度的变化；电动调节阀也有手动模式，主要作为质调节来控制一网的流量大小。液位计安装于水箱中，不论是超声波，压力变送，磁翻板等，一般都以4~20mA或者0~10V信号传送给PLC作为液位的测量；电磁泄压阀是对管道压力过高时的泄水保护；流量计以电磁流量计常见，记录管道中水的瞬时流量，累计流量；热量表可记录管网的瞬时热量和累计热量，也可体现温度值和流量值，是换热站计量热量的依据，一般以和PLC通讯的形式将多组数据上传；电量表记录站内用电量，瞬时电压电流以及峰谷值等，PLC以通讯形式读取。

2.换热站内的电气自控

2.1变频控制系统

换热站内的变频器主要是控制循环泵和补水泵之用。实现循环泵和补水泵手、自动控制，并为循环泵和补水泵供过载、过压、过流、缺相等保护。根据站内的控制工艺要求，可采用一拖一，一拖二，一用一备等多种形式。

2.1.1循环泵电气控制与连锁及控制方式

循环泵故障，电动调节阀自动关小，防止二网汽化现象产生；补水压力低停循环泵。控制方式有频率控制，压差控制，在室外温度变化大时做出调节。

2.1.2补水泵电气控制与连锁及控制方式

软水箱液位超低时，停补水泵；泄压阀打开时，停补水泵；二网压力低于低限值时，即使运行频率低于停止值也不允许停补水泵。控制方式多为定压控制，也有根据压力开关泵直启的控制方法。

2.2PLC控制系统

PLC控制器安装于RTU（RemoteTerminalUnit）柜内，即远程终端控制单元。柜面一般配有HMI触屏，用于查看数据和指令的下发。PLC的可扩展功能强，可选配有网络通讯模块，通过交换机与上位系统联网，在中控室就可掌握换热站内的各项参数和设备运行状态。

换热站PLC控制的主要功能有：

（1）参数测量：对站内管网的模拟量（温度、压力、流量、热量等）、数字量（泵的运行状态、阀的开关状态等）的测量；完成相关报警值的上下限比较、水温的PID运算、和变频器连锁的逻辑运算等；

（2）控制调节功能：通过数字量输出和模拟量输出对换热站内的开关量设备和模拟量设备做出开关和调节指令；

（3）通讯功能：根据换热站仪表的通讯协议，可编程读取数据，并可通过上位机的网络架构将数据上传至数据中心；

（4）报警功能：二网供水温度过高，二网回水温度过低，一网回水温度高，二网供水压力高，二网回水压力低，失水报警，泵偷停报警，温度压力通道错误报警等；

（5）二次网补水压力控制：可根据二次网回水点压力设定值，自动调节变频补水泵的转速，达到热力站补水定压控制；

（6）二次网压差控制：应能根据二次网供回水压差设定值，自动调节变频循环水泵的转速，同时能根据室外温度调节循环水泵的转速，两种调节模式可在程序中切换；

（7）PLC可控制调节阀来调节一次水的流量，以保证二次网所需的供水温度，当管网负荷过大或供热不足时，PLC可控制调节阀的开度，使管网水力平衡，防止争水现象发生；

（8）能接受监控中心参数修改更新指令，并保存更改历史记录；

（9）二网回水压力高于设定值后泄水，当压力达到泄压值，则自动泄压，压力到达泄压的停止值时，泄压停止，同时有手动功能；

（10）当水箱液位低时，开始补水，到达设定液位，则停止补水；当水箱液位超低时，所有补水泵停止运行。

3.上位机监控系统

采用上位机组态的方式把各个换热站的数据上传，处理，存储，分析和指令的下发。可在站内的关键部位，如泵，水箱，控制室等安装视频监控，做到肉眼可见，数据可查，系统可控。

3.1网络搭建

自建光纤网络：可分星形，树形，环形网络。

静态IP：把不可变的IP长时间分配给一台固定的电脑使用的IP地址，大多是特殊服务器才配备固定IP地址。

动态IP：因IP地址会发生改变，所以要在每个换热站联网的基础上增加VPN连接层，打通逻辑数据链路，实现SCADA的数据采集控制。

VLAN：可使用永久虚电路方式将调度中心与换热站组建到一个类似局域网里面。

无线网络：虽然目前5G已经在建，但在工业领域中3G和GPRS无线网的应用还是占很大的比例。对于3G来说，通过无线网络将换热站PLC与运营商基站建立连接，运营商再将数据交互到INTERNET上从而实现上网；对于GPRS来说，通讯设备通过DTU使用移动网络的GPRS网络流量与数据中心进行通讯，数据中心再将网络将数据传输给SCADA，从而完成数据采集控制。

3.2软件架构

单机版：主要软件模块有VIEW（HMI）+DB（实时数据库）+IOServer（驱动）

其组件有PortServer、CommBridge、ODBCRouter、OPCServer等。

标准网络模式：实时数据库可作为服务器，与人机界面或其它实时数据库系统构成C/S应用，之间通讯通过NETSERVER网络程序进行。主机模块：IO+DB+View+Netserver，从机模块：View+Netserver。

混合应用：以标准网络为基础，配置成冗余模式，然后在网络中增加相应的客户端(Client=View+Netserver)。

3.3主要功能

数据记录：记录各换热站内的温度，压力，流量，热量，热源等实时数据和历史数据。组态数据已曲线或报表等多种形式呈现，便于中控操作员对关键数据的掌握。

统计分析：根据室外温度变化和室内温度的统计分析，可建立适合系统运作的气候模型；可根据对热用户的用热量计量和水力分布做出满足负荷经济运行的指导曲线等。

设备控制：涵盖大部分的站内可做到的设备控制和集中控制，以及对循环泵，补水泵，调节阀等重要设备的参数保护控制，时序控制，应急控制。

管理管控：组态定义各类提示设置，报警设置和用户配置及巡站管理。可对断网掉线做重启重试，对在不同时段内或不同级别的警报做短信提示。

结语

电气自动化控制在换热站的应用有着举足轻重的地位，无人值守，节能减排，经济运行，数据监测分析……它给人们的生产生活带来了很多便利。在倡导人工智能的今天，电气自控更是作为基础的主要的专业在各领域贡献着它的力量。对于供暖系统来说，水力工况平衡，热力平衡仍是需不断研究的课题。在学习工艺，懂工艺的前提下，在自动化技术不断的深入创新过程中，电气自控会在各领域走的更深更远。