某铁路站区供暖智能控制系统的应用

刘焕海

(北京铁路局南仓站，天津 300402)

在现有的铁路站区供暖系统中，有些站区面积较大，地处偏僻，建筑分散，难以与市区供暖网连片，且供暖系统控制方式比较落后，造成能源的一定浪费。为了达到保证供热系统的自动化运行，保证供暖质量，节约能源，应对供热系统进行智能化集中控制改造，以提高供暖系统的效率。本文以北京铁路局南仓站教育基地片供暖系统2011年改造为例，介绍了供暖系统智能控制的改造技术，并分析比较了改造前后的经济效益。

1 供暖系统现状

南仓站教育基地片供暖系统是典型的站段区域集中供暖方式，主要对生产区、办公区供暖。汽车库、教育基地楼、车间办公楼白天人员集中，夜间空室;8号楼值班区为生产岗点，昼夜不间断供暖。由于作息时间分明，为智能分时分区提供了条件。

目前的供暖系统均采用手动仪表控制，由于没有自控系统，办公区在夜间能源空耗现象突出，不但浪费能源，而且没有发挥出最佳的供热效果。

2 改造方案

2.1 设计依据

监控系统应按照调度运行要求、技术条件的相关规范、标准规定及适用的工业标准［1－7］完成整个系统的设计、电缆敷设、网络集成、施工安装、系统集成、调试、开通、试运行。

2.2 增加的功能

通过计算机技术、变频调速技术、智能监控技术组成，分时段、分区域并具备室外温度自动补偿功能的智能供暖监控系统，实现:

(1)分时段供暖:正常上班时间段按高温供暖模式运行:如55℃，下班后或节假日则按低温供暖模式运行:如40℃。

(2)分区域供暖:可分别对两个区域实现不同的供暖模式运行，如在节假日里某个区域需要加班，可把该区域按高温供暖模式运行，不需加班的区域则按低温供暖模式运行。

(3)室外温度自动补偿功能:高温供暖模式日标值一般取该地区室外温度的平均值，当室外温度发生变化时智能供暖监控系统会自动修正高温供暖模式日标值和低温供暖模式日标值，室外温度低于室外温度的平均值时智能供暖监控系统自动提高供暖日标值;室外温度高于室外温度的平均值时智能供暖监控系统自动降低供暖日标值。

2.3 供暖改造方案

(1)在总回水三个区(汽车库、下行车间、教育基地)的供水管之间分别增加1台电动阀M1、M2、M3用于调节3个区的供水温度，为保证供暖的可靠性分别在M1、M2、M3的两端串联3台手动阀，当M1、M2、M3出故障时就关闭两端的手动阀，使系统恢复到原来的供暖模式。

(2)将循环泵控制柜更换成变频控制柜，跟随供暖模式运行，高温供暖模式下变频器高速运行，低温供暖模式下则低速运行，将节约大量电能。需要增加的设备见表1，智能供暖系统示意图见图1。

表1 智能供暖系统增加的设备

图1 智能供暖系统示意图

3 改造结果

3.1 上位机的上位控制系统

把整个供热系统的各类参数统一输入到中央监控计算机中，这样可以监测到系统各类参数和主要设备的运行情况。根据南仓站供热系统的特点，采用现场总线型集中管理、分散控制模式。监控数据包括一次供回水温度及压力、3条支路供回水温度及压力、室外温度等，这样可以从计算机上监测到一次系统、二次系统内主要设备的运行情况。

3.2 气候补偿

通过在各支路安装混水电动调节阀，根据每个支路供暖的不同性质，在非工作时间采用低温(防冻温度)供热，同时根据室外温度，自动补偿设定温度，即“气候补偿”(见图2)和“分时分区供暖”，实现对各支路的实时温度控制，达到节能最大化的目的。图2为供水温度补偿曲线，通过PLC内部运算可使供水温度按照室外温度的变化而发生线性改变。此功能可以实现每个支路的供水温度误差保持±1℃之内。

3.3 现场控制器功能

现场控制器主要由CPU(PLC)构成，具备数据采集、数据运算、控制输出、远程通讯等功能;在控制模式为现场自动控制状态下，独立完成各项数据采集、热量自动调节的运行控制参数输出，根据每个支路不同用户的实际情况、对热量的不同需求，对每个支路的供水温度进行分别调节。同时，通过数据通讯总线将每支路的运行数据上传至监控计算机进行实时分析与修正。

3.3.1 技术要求［8］

☆具有防干扰措施，确保设备安全、可靠的运行;

☆传感器设备要求精确度等级B级及以上，并通过防爆、MC等相关认证;

☆电动调节阀要求具有手动/自动功能，需有模拟信号为0～10V或4～20 mA的AI/AO接口。

3.3.2 技术规范［9］

☆PLC数据采样周期 ≤100 ms

☆PLC控制执行时间 ≤100 ms

☆画面调用响应时间 85%画面≤3 s，其它≤5 s

☆站内事件顺序分辨率 ≤20 ms

☆画面实时数据刷新周期 ≤5 s

☆系统平均无故障时间(MTBF) ≥17 000 h

4 效益分析

南仓站教育基地片供热系统改造前后经济效益分析如下:

供暖面积:5 000 m2;柴油价格:9.50元/kg;供暖天数:130 d

(1)燃料费

改造前耗油量:14.5 kg/m2，合计费用为:14.5×5 000×9.5=688 750元

改造后耗油量:12.5 kg/m2，合计费用为:12.5×5 000×9.5=593 750元

改造后燃料费节省 95 000元，燃料节省13.8%。

(2)用电量

现循环泵为7.5 kW，由于使用了变频技术，平均节约10%的电能。1年就可以节约:

图2 自动补偿设定温度

7.5×10% ×24×130×0.955(电价)=2 235元

此项目1年能节约:95 000+2 235=97 235元

此项目投资共计17.5万元，2年就可收回投资成本，而且长期受益。

5 结论

南仓站教育基地片供暖系统的智能化集中控制节能技术改造，使供暖质量得到明显改善，减少了能源消耗，改善了职工的工作和生活环境。

目前铁路系统仍有很多锅炉房的供热系统没有经过节能技术改造，其中大部分还在采用老工艺、老系统供暖，能源消耗浪费现象仍在持续中。智能化集中供暖控制是一项行之有效的节能技术措施，在铁路系统有较大的应用前景。

［1］GBJ79—85，工业企业通讯接地设计规范［S］．

［2］GBJ42—81，工业企业通信设计规范［S］．

［3］GB50174—93，电子计算机机房设计规范［S］．

［4］GB50168—92，电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范［S］．

［5］GB50169—92，电气装置安装工程接地装置施工及验收规范［S］．

［6］GBJ93—86，工业自动化仪表工程施工及验收规范［S］．

［7］GBJ131—90，自动化仪表安装工程质量评定标准［S］．

［8］贺平，孙刚.供热工程［M］．北京:中国建筑工业出版社，2001．

［9］陆耀庆.实用暖通设计手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2008．