浅析集中供热自动化系统的协调与控制

石峰

【摘 要】我国的集中供热和外国的集中供热相比起来可能有很大的差别，尤其在热网的调节和控制这一领域，国外已经达到了很先进的自动化水平，而我国自动化控制的水平还处于一个起步的阶段。与发达国家相比，我国的自动化技术在集中供热的应用中还处于一个比较缓慢的发展状态。不过，伴随着自动化和测控技术在我国的快速发展， 相信越来越多的集中供热企业的自动化控制应用技术将得到不断的提高。

【关键词】集中供热；自动化系统；协调与控制

前言：

随着供热负荷不断增加，管网控制问题日渐突出，为了提高供热系统的能源利用，就必须建立相匹配的控制系统。首先要从自动化控制方面着手提高供热技术水平，掌握供热系统的运行情况。其次是对热力站内供热运行的各种参数进行采集，这样有利于保证供热系统安全，合理的运行，并且可以根据运行状况选择最好的运行方式，维持供热系统的供热质量和供热公司的效益。

一、计算机监控系统的作用及位置

热网控制系统设计采用PC+PLC模式，以此实现对整个热网系统的集中管理、分散控制。系统主工控机设在热网控制中心。主要负责采集过程数据。并提供操作指导、设备控制、故障诊断、报警信息、事件报告、数据处理、趋势显示监测系统由一个热网控制中心及若干个PLC远程子站组成，负责各站内数据采集、控制调节、系统报警、将检测的数据传送到热网控制中心上位机等功能。热网控制中心主要任务是负责供热系统的节能运行，体现为：全热网热力平衡管理，包括对一次网的平衡管理与二次网的平衡管理：使热源供热量合理并随气象预报（包含风、雪天影响等）进行科学预测与规划，达到经济运行的目的。

二、系统创新点

1、均匀性调节控制策略

集中供热系统具有大惯性、长时滞、非线性的特点，而且是一种存在耦合的多输人、多输出系统。直接实现这样一个系统的单回路死循环控制是十分困难的，因此采用了均匀性控制策略。

（1）统一设定，单独调整

均匀性调节的最终目标是使用户的室温达到一致 为此，将二次网的供回水平均温度作为被调量：为消除系统的水平热力失调，根据各热力站二次侧供回水平均温度与全网平均值的偏差统一设定各热力站的被调量，各热力站再以此为设定值进行单独调节。

（2）限制幅度，逐渐调匀

由于系统的大惯性及传输延迟，因此不能连续调节，否则将引起系统振荡。调节的时间间隔不能太短整个调节应使各热力站二次侧供回水平均温度逐渐趋于一致，每次阀门调节的幅度不能太大，以确保系统的稳定。

a各热力站的独立调节采用串级调节。

对应统一设定的二次网供回水平均温度，将独立控制回路分为二次网供回水平均溫度控制回路与一次网流量控制回路，根据平均温度的偏差确定一次网流量的设定值，然后调节阀门开度使流量达到设定值由于流量控制回路是一个快速响应回路，因此采用这种串级调节可以较好地解除热网惯性的不利影响。

b水力耦合的解除

国内供热系统的水力稳定性普遍较差，当调节某一支路的阀门时，不仅本支路的流量随之变化，相邻支路的流量也同样发生变化 对于一些稳定性较差的支路，如果简单地采用单回路死循环控制而不考虑这种稳定性的状况，就容易引发振荡因此，必须在对各用户水力稳定性综合评判的基础上，确定具体的调节策略，对部分热力站必须采取具体的解耦措施 这些解耦措施通过间连热网全网优化控制系统软件来实现。

c参数辨识与专家系统

根据实际运行中的测量数据，可以对系统中的一些重要水力参数与热力参数进行在线辨识，在此基础上建立系统控制的专家系统，预测控制参数的变化趋势，对有些环节采用前馈+反馈的方法控制，从而消除系统惯性的影响。

2、通过水力计算完成电动调节阀的选型

在集中供热系统的自动控制中，电动调节阀是最重要的设备之一，由它们来控制各直供站的温度。电动调节阀的选型不仅会影响系统的投资，而且还会影响控制效果。针对供热系统存在严重的非线性问题，选择修正等百分比特性的阀门 在选择调节阀口径时，考虑让电动调节阀工作在其调节性能较好的开度范围内，同时保证阀门不发生水击或汽蚀 根据供热系统的管网拓扑结构与设计流量进行水力计算，计算出各环路的剩余资用压头，从剩余资用压头中减去站内预留资用压头，余下的剩余资用压头即为需用阀门消耗掉的压头。

3、采用先进的调控软件系统

（1）间连热网全网优化控制系统软件，主要功能：权限的管理、全网平衡、控制效果的评价、负荷预测、阀位自动跟踪、效果排行、控制方式选择等。

（2）热网专用水力计算软件，主要功能：现有供热系统的运行管理：分配流量，计算水头损失，计算各节点水压，生成压力平面图与流量平面图；对现有/未来供热管网的规划设计及分析：分析系统的真实运行状况：当前调度方案的检验；系统新增管网设施的规划与设计：系统改扩建方案设计。

4、智能控制

集中供热网由于热工过程大多是强耦的多输入多输出非线性系统，其动态特性随着运行工况的变化而大幅度变化，且各环节的动态特性差异很大，许多环节还具有惯性、滞后、非线性和不确定性等特性，难以建立精确的数学模型，使传统控制理论的应用受到限制。因此，可以选择不依赖系统模型，同时又能随着工业过程实际环境的改变进行自主学习推理的智能控制。针对集中供热工程中热网分布不均匀、随机性强等特点，为了进一步提高供热效益，提出了专家控制系统设计方案。针对供热网中大时滞现象，提出了一种新的模糊控制器结构。这种模糊控制器通过在线辨识广义时滞，将时滞辨识的结果模糊化，决策出模糊规则组，填充主模糊规则表，达到自适应的目的。以解决控制对象中由大时滞和时变引起的不易控制和参数调整困难的问题。

5、与其他系统的联网

系统选择的上位软件具有很好的开放性，采用标准的数据库并可通过DDE、OPC等方式灵活实现与其他软件的数据实时交换 另外，上层通信网络直接采用TCP/IP通信协议，在热网监控中心设置访问控制权限后，可通过网络、在输入用户名密码后直接访问监控系统，并观看监控画面。

三、系统功能

1、供热参数实时监测：实时采集及显示热力站一级网与二级网供回水温度与压力、流量、热量、阀门开度、水泵开启状态、循环泵变频、补水泵变频、液位等参数。

2、数据库管理及报表打印：数据储存、维护、转换，并能方便查询与显示参数变化曲线，根据需要随时打印工况报表等。

3、能耗、水耗统计计算：根据实测参数统计各源、站及全网的能耗与水耗，为量化管理与收费提供依据。

4、供热系统自动控制。在正常的管网运行状态下，整个供热管网应进行均匀性调节，实现热量的均匀分配 在通信故障时各热力站自成系统，根据热用户的热需求（主要是根据二级网供回水温度、室外温度保证室内的舒适温度），现场控制单元对各热力站内设备进行闭环控制，保证热量供应在量调节阶段，中央监控站根据用户流量变化，按照末端用户压差调节首站的变频泵转速，保证不利点有足够的资用压头：在质调节阶段，中央监控站要根据用户热需要，协调供热量，从而使供热与热需求相适应，实现优化调节、经济运行。

5、故障诊断及报警：根据参数信息及时诊断各系统的故障并指导维护。

6、自动对全网水力工况进行分析，对首站及主调速水泵、各热力站、峰荷锅炉房供热量进行控制。

结束语：

总之，集中供热系统具有设备多、热参数多、信息传递滞后和系统呈现非线性等特点，供热企业要达到节能降耗的目标，集中控制供热设备，就必须提高供热系统电气控制的自动化程度。所以，加强集中供热自动系统的协调控制，对提高集中供热系统的可靠性和经济性，有重大意义。

参考文献：

[1]王金生，祖军.哈市集中供热项目投资情况调研及建议[J].应用能源技术. 2006（01）

[2]崔性泽，蔡波涛.集中供热运行过程中的若干问题浅析[J].林业科技情报. 2006（02）

[3]吴国伟.集中供热典型问题及解决方法[J].中国计量. 2006（12）

[4]孙鸿年.谈谈我市集中供热[J].宁波节能.2006（03）