自动控制策略在合同能源管理中的应用

李 明

(太原市热力公司第二供暖分公司，山西 太原 030001)



自动控制策略在合同能源管理中的应用

李 明

(太原市热力公司第二供暖分公司，山西 太原 030001)

结合集中供热工作的实际情况，介绍了合同能源管理的优势，分析了热网自动化控制系统的构成及功能，并探讨了自控系统在合同能源管理中的实现策略，提升了公司对整个供热系统的管理水平。

集中供热，合同能源管理，自控系统，效益

1 概述

集中供热系统以较高的供热效率、清洁环保、节约资源等优势在城市化进程中得到了广泛的推广和应用。但是随着城市的不断扩大，供热的覆盖率也越来越大，出现了好多供热面积达到上千万平方米的供热公司，供热的网络系统越来越复杂，热费、水、电、盐和人工费用逐年上升，运营成本逐年增大，供热能力和效率也越来越低。

合同能源管理，在国外简称EPC，在国内广泛地被称为EMC，是20世纪70年代在欧洲等西方发达国家发展起来的一种在市场运作中总结出的全新的节能新机制。合同能源管理的经营机制是一种节能投资服务管理；用户通过节能看到收益后，EMC公司与用户一起共同分享节能成果，取得双嬴的效果。

在集中供热系统中引入合同能源管理，能实现对热力网络的最优控制，能提升企业的管理水平和企业效益。为了进一步提高运行管理水平，节能降耗，我公司计划引进合同能源管理模式，由同方泰德公司全额投资建设热网自动化控制系统，为集中供热系统提供能耗诊断、系统设计、项目融资、设备成套、安装调试、人员培训、全程运行指导在内的全系列节能服务，通过系统的建设和全程运行指导来提升整个供热系统的运行管理水平。

在整个合同能源管理中，热网自动化控制系统的建立是整个项目的基础。本文会对整套系统详细介绍。

2 热网自动化控制系统的构成及功能介绍

我公司目前共有热力站249座，供热面积达1 800万m2，热源由大唐太原第二热电厂提供，根据我公司的情况，热网自动化控制系统按6层形成递阶层次结构，通过通信公司组建的VPN网连接到中央监控中心。各层内容包括：

1)基础设备层：热电厂、热力站、中继泵站、热入口计量站等；

2)数据仪表采集层：现场仪表、压力温度传感器、电动阀、变频器装置等；

3)现场控制层：指现场控制系统现场控制器，负责采集各模拟数据并上传至中控室，并接收中控室下传的指令；

4)网络通信层：这里主要指采用通信公司搭建的虚拟局域网(VPN)的通信网络，负责连接中控室与各热力站；

5)中央控制层：为整个供热系统自控系统的核心。通过中控室对全网的运行数据进行统一的监控，接收各站点的参数，报警等，达到安全、节能、环保型供热的要求，并保证供热质量；

6)信息管理层：根据信息管理层的服务，完成信息管理，全网统一指挥、事故处理，实现科学管理，提高公司效益。

3 控制方案

3.1 现场控制层：热力站自控系统

热力站自控系统中系统控制单元是整个自控的核心设备，它是人机界面—PLC—站内各变送器。人机界面采用触摸屏与PLC功能模块直接相连。通过核心控制器PLC接受来自中控中心全网平衡软件的控制指令，PLC调整现场控制策略，并将现场监控数据实时的上传到中控中心全网平衡软件。可监测现场的压力、温度、电动阀开度、变频器工况，并可以设置报警上下限进行声音报警，方便值班人员查看故障及整个工作过程。

PLC是整个控制系统的核心，可以实现就地控制或某一参数来进行自动调节，可调节电动阀的开度、变频等；补水泵实现两台或多台泵的轮换定压补水工作，通过变频器调节循环泵的转速，实现电量的降低。温度变送器采用PT100热电阻变送器，压力仪表采用带就地显示的压力变送器，一次侧能耗计量采用超声波热量表，为了提高控制精度和稳定性，调节阀采用进口电动调节阀。为了满足控制站内的二次网控制要求，PLC程序内置压差控制、流量控制和供水温度控制功能，通过全网平衡软件检测二次网运行工况，下发控制策略到PLC进一步控制循环泵变频器。一次网流量控制主要采用一次网的电动调节阀门，全网平衡软件通过采集热力站的温度、阀门反馈值、热源温度、流量值等，采用一定的控制算法，控制一次网阀门开度，减少一次网的水平失调度，达到均匀供热的目的。

3.2 中央控制层

中央控制层是整个热网自控系统的控制中枢；主要由网络通信设备、数据服务器、客户端、LED大屏系统等组成；网络通信设备用于和热力站PLC设备之间的通讯，利用运营商搭建的VPN专网实现和热力站PLC设备之间的安全、稳定的数据交换；数据服务器主要通过工业数据库软件采集热力站运行数据并对数据进行存储，供给组态软件、上位全网平衡软件作为数据源使用，承担着数据的采集存储和转发；客户端系统是人机交互的窗口，通过组态软件、全网平衡软件功能实现对供热网络的运行状况监测、控制、报警、报表曲线等工作；LED大屏系统用于将热网的运行参数通过LED大屏进行展示，方便运营人员对供热网络的调度和监视。

3.3 信息管理层

信息管理层能读取数据库中的数据对热网进行经济运行分析，用于指导运行，检验可能的热网运行方案，用于辅助决策的高效率管理功能。

根据采集到的各参数进行水力计算并分析，统计热力站及全网的各项指标，如电耗、水耗、热耗，用于指导值班人员进行合理的处理和调节各站遇到的不同的情况，尽量减少各项费用，为精细化管理和热费收取提供依据。

4 合同能源管理的效益分析

集中供热自动化系统的建设是传统企业提升为现代化企业的必要途径，合同能源管理是国家大力提倡的促进企业提升管理、节能降耗的优秀商业模式。采用合同能源管理模式进行我公司的自动化系统建设和运维支持将给公司带来以下收益：

1)零投资、零风险获得一套自动化系统和全程的优质服务。全部投资和风险由同方泰德承担，业主只需要配合投资方进行系统的建设和运营调度。如果确有节能效果，业主只需用节能收益补偿投资方的投资；如果节能效果好，业主还有可能分享到相应的节能收益。合作期满，整个系统无偿转让给业主，业主免费获得整个自动化系统。

2)获得节能减排的最可靠保障。自动化系统只是一个管理工具，要想使其发挥最好的作用，不仅要建设好这个系统，还要在系统的生命周期内很好地维护这个系统，并结合供热系统的特点实现全网的优化控制和管理调度。否则，如果在过程中不能很好地维护和使用好系统，其作用就会大打折扣，甚至产生副作用。本项目采用合同能源管理的模式，由于投资方而不是业主承担了全部的投资和风险，其投资的回收和收益只能依赖节能收益，因而可以从机制上极大地调动投资方，不仅建设好系统，而且全面维护好系统，并利用自动化系统运营好整个供热系统的积极性。本项目投资方将承担整个合作期内自动化系统的维护工作和供热系统运营的支持工作，全程安排技术人员参与运营、并调动行业内的专家资源为业主提供最好的运营服务。

3)提升业主的运营管理水平。系统建设和运营得好，业主就可以居于一室而知全局，不必再“头痛医头、脚痛医脚”，供热初期和整个采暖季不必再被动地忙乱，“变被动为主动”，从容面对各种局部的和全局的变化。中控室自控系统24 h自动运行，记录各项参数，并且提示各设备的运行工况，降低员工工作强度，乃至实现“无人值守”。本项目在部分热力站设立视频监控，进一步加强了设备看管和监控能力。

4)社会效益的大幅提升。包括响应国家“节能减排”号召，成为企业节能示范单位，为城市的节能、减少环境污染做出企业应有的贡献；改善供热质量，提升客户服务水平，与供热用户形成更加良性的互动；节省下来的热能使公司的供热能力进一步提高，能扩大更多的供热区域，使更多的人享受到我公司的服务。

[1] 万百五，凌维侯.自动化技术史[A].中国大百科全书——“自动控制与系统工程”[C].1991.

[2] 吴蕴章.自动控制理论基础[M]．西安：西安交通大学出版社，1999.

[3] 蒋慰孙，俞金寿.过程控制工程[M].第2版.北京：中国石化出版社，1999.

The application of automatic control strategy in contract energy management

Li Ming

(Second Heating Branch, Taiyuan Heating Power Company, Taiyuan 030001, China)

Combining with the actual situation of central heating work, this paper introduced the advantages of contract energy management, analyzed the structure and function of heating network automatic control system, and discussed the implementation strategy of automatic control system in contract energy management, enhanced the management level of company to whole heating system.

central heating, contract energy management, automatic control system, benefit

1009-6825(2017)12-0252-02

2017-02-17

李 明(1982- )，男，工程师

TU723.1

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