换热站监控系统【基于XD供热控制器的无人值守换热站监控系统的设计】

　　摘要：文章通过对作为我国北方冬季热能供应重要部分的热力换热站供热特点的研究，探索和设计出基于XD供热控制器的无人值守换热站监控系统，成功解决了针对随时段不同对热的需求也不同的公共建筑经济、舒适和节能供热。
　　关键词：XD供热控制器；无人值守；换热站监控系统
　　中图分类号：TP277　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2012）23-0033-03
　　1　概述
　　城市热能供应是城市重要基础设施之一，集中供热因具有节约能源和改善城市环境等方面的积极作用，而日益成为城市公用事业的一个重要组成部分。在城市集中供热系统中，换热站作为热网系统面对系统热用户最后一级调节单元，换热站自控系统的控制效果直接决定热用户的采暖效果。
　　本文通过对作为我国北方冬季热能供应重要部分的热力换热站供热特点的研究，探索和设计出基于XD供热控制器的无人值守换热站监控系统，成功解决了针对随时段不同对热的需求也不同的公共建筑经济、舒适和节能供热。具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，对节约能源、改善环境质量具有重要的意义，对集中供热行业建立城市集中供热信息管理调度及自动化控制的监控系统具有十分紧迫的现实意义。
　　2　总体设计
　　系统设计遵循“技术先进成熟、实时快速、安全可靠、经济实用、便于扩展、容易升级”的基本原则，采用计算机远程控制及现地自动控制方式，采用先进、成熟的全开放、分层、全分布系统结构，系统配置和设备选型便于硬件和功能的扩充，并适应计算机技术发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，使系统性能达到国内一流水平，确保软、硬件安全可靠、长期连续运行，以实现“无人值班，少人巡检，实时监控”的目标。
　　XD供热控制器将ARM Linux的体系与物联网有机结合，并采用FPGA技术及嵌入式智能算法研发出专用供热控制器。控制器集参数采集、智能控制、远程通讯功能于一体，全中文显示，提供多种组网接口且支持远程程序更新及参数设定，功能强大。以XD供热控制器为基础运用先进的传感器技术和现代控制理论研发出无人值守换热站监控系统，集参数采集、控制调节、通讯及故障报警功能为一体，实现最优控制，降低热力站的运行成本，从而达到换热站控制的智能化控制和无人值守。
　　3　系统构成
　　系统由现场检测仪表、供热控制器、现场执行机构和监控中心四部分组成。
　　3.1　现场检测仪表
　　主要作用是检测换热站的各项参数。检测参数具体包括：一二次供水温度、压力、室外温度、一次供水流量、一次瞬时热量、调节阀开度、水箱水位、循环泵补水泵的工作状态、各种报警信息等，检测参数作为供热方案选择的依据。
　　3.2　供热控制器
　　采集检测数据并存储，根据温度运行补偿曲线及现场的循环泵补水泵的设定值，在二次供水温度随室外温度变化的同时自动调节一次调节阀的开度、循环泵补水泵的工作状态及频率，使一次流量、二次供水温度随室外温度的变化而变化。供热控制器可与监控中心上位机实现通讯，上传数据并接受来自监控中心的控制指令。
　　3.3　现场执行机构（控制箱）
　　执行控制器指令，通过调节阀门开度、循环泵补水泵的变频工作来实现热量调节。
　　3.4　监控中心
　　对热力公司及热电厂换热站运行参数进行远程采集，并对数据汇总分析，对换热站以及整个热网各项参数实现动态的调整与平衡，保障各个换热站经济、舒适和节能供热，同时还将采集数据汇总、保存、形成报表，对不同时期、不同年份形成历史曲线，方便管理人员进行数据比较，辅助进行管理决策。
　　4　无人值守换热站控制系统方案
　　4.1　二次供水温度自动控制系统
　　无人值守换热站监控系统的基本控制策略就是要保证换热机组二次水出口有一个恒定的设定温度，控制元件是唤起一次水出口的控制阀，该阀门控制换热器的一次供水流量。将预设定温度作为给定值，测量温度作为反馈值，阀门的开度作为输出值，保证二次供水温度的恒定。预设定温度根据室外温度和供热站给定的值计算得出，每个换热站均安装了室外温度传感器，通过公式计算出当前的预设定温度，这个设定点随着室外温的变化和供热站给定值而改变。
　　图1　换热站温度控制系统框图
　　4.2　变频定压控制系统
　　为了保持热网运行的稳定性，热网补水系统应保持一定的水压，采取补水泵变频调速定压。补水泵变频控制系统框图，如图2所示：
　　图2　补水泵定压调节框图
　　4.3　无人值守换热站控制方案
　　采用电动调节阀控制进入板式热交换器的一次水量，从而控制二次供水温度，使得二次供水温度维持在给定值上；采用自动随动控制系统而不是定值控制系统，控制器根据测量出的室外温度值、传感器测得的供热参数和供热站提供给定值，自动计算出预设的温度值；由于供热站过程变化缓慢，对实行性要求不高，因此采用移动公司GPRS网络实现远程通讯，将换热站的各项参数发送到监控中心，同时接受监控中心发来的指令；分阶段改变流量的质调节。在不同的室外温度阶段，开启不同的循环泵台数；通过控制变频器来控制补水泵的转速，从而改变系统的补水量，维持供水系统的压力恒定；根据控制特性和对工艺的要求，对供水温度的控制算法采用Fuzzy-PID（模糊控制）算法，对于补水泵变频恒压的控制算法采用PID算法。
　　5　监控中心
　　热网运行管理软件安装在作为监控中心的服务器上，该服务器将采集现场控制机的数据，监测现场控制机的运行情况并指导操作员进行操作。服务器定期从现场控制机采集数据以保证其数据库不断更新。服务器还向现场控制机发送控制和参数设置指令。操作员从控制中心通过该系统能够方便地得到子站运行的数据并向子站下达指令。基本功能如下：实时监测热网运行状态，运行参数的设定，运行分析以及调度热源实现全网的供热均衡；可通过网络浏览器在所需地点实现所有监控管理功能，远程访问与参数浏览；提供对运行分析和参数预测所需的各种温度、压力和流量分配的图表以及生成标准的水压图，对同类参数进行分析比较；监控中心统一发送室外温度，指导各热力站的优化运行；实时接收各热力站的报警信息，提示操作人员进行报警处理，记录报警信息，形成报警日志；显示工艺流程图画面及动态运行参数，根据用户权限管理的不同，可对现场进行远程控制和设定调整；热力站数据监测和企业的信息管理系统相融合；形成日、周、月等多种报表格式，并对所有热力站的重要参数汇总报表；收集数据信息，建立历史和管理数
　　据库。
　　6　结语
　　系统设计对提高供热效率，减轻热力站工作人员的工作强度，保证节能优质供热、安全运行、经济节能、环境保护具有十分重要的作用。基于XD供热控制器的无人值守换热站监控系统的发展水平对城市供热工程的技术进步具有很强的示范性和推广意义，是城市供热行业的技术现代化、管理科学化、全面上水平的重要标志，对我国北方城市集中供热事业的快速发展带来积极的推动作用。
　　参考文献
　　[1]　于海生．计算机控制技术[M]．北京：机械工业出版社，2007．
　　[2]　白焰．分散控制系统与现场总线控制系统[M]．北京：中国电力出版社．
　　[3]　郑宇军，杜家兴．SQL Server+Visual C# 2005专业开发精解[M]．北京：清华大学出版社．
　　[4]　周遐．安防系统工程[M]．北京：机械工业出版社．
　　[5]　刘明德，林杰斌．地理信息系统GIS理论与实务[M]．北京：清华大学出版社．
　　[6]　王亦昭，刘雄．供热工程[M]．北京：机械工业出版社．
　　作者简介：于树利（1976-），男，河北唐山人，唐山现代工控技术有限公司高级工程师，硕士，研究方向：电子信息。
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