基于DCS的换热站智慧供热监控系统的研究

基于 DCS的换热站智慧供热监控系统的研究

冯志鹏

临沂市新城热力有限公司 山东省临沂市 276000

摘要：当前，我国集中供热事业飞速发展。2018年的全国集中供热面积相比1990年增长了35倍。近十年来，热电联产机组应用规模持续扩大，目前占比达到37%，其中系统热源类型正由单一结构向多源互补转变，热网运行工况趋于复杂多变，热用户服务标准日益提高。本文对DCS的换热站智慧供热监控系统的研究进行分析，以供参考。

关键词：DCS换热站；智慧供热；监控系统

引言

我国在能源方面的消耗，随着经济水平的不断增长而逐渐变大，对能源的需求也高居不下，这种现象就造成了能源短缺的情况，而能源短缺也对我国经济的可持续发展造成了一定程度制约影响。同时也对我国的经济发展起到了一定的制约。在能源短缺和气候变化的形势下，建筑节能势在必行，供热系统耗费的能量较大，因此必须做出相应的节能改造，换热站综合节能改造是综合考虑供热系统节能的关键。

1换热站自动控制技术概述

在集中供热系统中，热换站是非常重要的一环，在这个系统中占据分量较重，在科学技术的不断革新与应用背景下，热换站逐渐趋于自动化控制，传统的人工运行管理模式逐渐被取代转变为无人值守换热站，不仅降低了相关工作人员的劳动强度，还可以将热能合理按需分配，在降低能源浪费的同时实现能源的高效利用。但由于各种因素的制约，换热站还无法实现真正意义上的无人值守，加强换热站自动控制系统研究力度，提高换热站的智能化与自动化水平，对物联网技术与换热站自动控制系统的高度融合进行研究具有重要意义。物联网技术的优势与发展使其在各个领域都得到了广泛应用，可以有效提升各领域的智能化服务水平。由此可以看出，基于物联网技术的换热站自动控制系统在未来的发展中具有良好、广阔的发展空间，可以在一定程度上实现换热站自动控制系统的无人化操作运行。

2智慧供热及DCS系统

集中供热系统由热源、供热管网、换热站和热用户四部分组成。供热系统智能化，是在现有供热系统基础上，根据供热系统热源→一次管网→换热站→二次管网→用户的结构特点，全面检测诊断分析，从系统中每个节点挖掘节能潜力，依靠智能手段对系统进行升级，形成一种节能降耗、绿色环保的智慧集中供热系统。从系统层级结构分析、分布式控制系统包括三部分，分别是企业管理级，过程控制级和现场控制级。其中，企业管理级包含数据库服务器、企业管理信息系统系统、Web服务器、企业资源计划管理系统，主要功能是对历史数据进行收集、分析和处理，提高数据的利用率，为企业进行能耗统计和符合预测提供依据。过程控制级包括操作员站、工程师站等组成，主要功能是实时监控系统运行、应对复杂且紧急工况，是整个系统的中间级。现场测控级是实现对现场设备运行及管网监测点的参数进行实时采集，并对设备进行控制，包括供热控制器、执行机构、采集机构等设备。

3换热站工作原理

换热站的工作原理是将热源从一次热网上的高温热水输送到换热器，高温热水在换热器中交换，热能输送到二次热网中的循环水，二次热网中的循环泵将二次热网中的热水输送给采暖用户，冷却水再次回到回水管中。

4换热站节能一体化改造方案

4.1节能改造设计原则

热网输配控制中最主要的工作就是要控制好换热站，这是因为供热系统的目的，就在于让采暖用户家中的温度保持在一个较为舒适的范围内。热源公司控制着一次网供水温度，一次网供水温度也限制了二次网的最高水温，也作为供热量。为了让供热系统的成本花费与规划供热效果保持平衡，可以采取控制换热器二次水温的方法，对换热站的自动控制主要集中在对温度，液位、水泵的控制上，同时由于换热站中有着很多耗电高、功率大的耗能设备，所以对控制系统也要采取一定的节能设计与应用，以达到解决能源的目的[3]。依据气候变化，供热量可以自动调节。保证供水管网中的热水，能够将所有采暖用户覆盖到，避免出现用户温度不达标，而出现管道破裂的现象。由二次管网控制的补给泵，要及时自动补充回水管线缺失的热水。

4.2规划方案分析

在某地的换热站一体化节能改造方案中，2号换热站中需要新建立两个供暖系统，分别承担对工作区和生活区的供暖。其中的工作供暖系统，二次水的温差将定为16℃，选用3台循环水泵，水泵功率90kW，水流量为720m3/h、扬程为37m，其中一台留作备用水泵。其中的生活供暖系统，二次水的温差将定为16℃，选用3台循环水泵，水泵功率110kW，水流量为720m3/h、扬程为43m的循环水泵，两台投入使用，一台留作备用。工作与生活系统分别采用3组160m2的换热器，水压设定为1.0MPa。

5“互联网+”智能供热平台应用实例

5.1全网水力平衡分析子系统

根据管网的实际拓扑结构，通过热力系统机理分析与历史大数据驱动两种建模方式建立热网模型，实现离线模拟计算与在线运行工况寻优功能。通过模型计算的软测量结果与热网实际运行参数的比较，指导运行调度，优化控制策略。

5.2能耗统计与分析子系统

通过建立供热能耗多指标的计算模型，利用供热系统运行的各类数据，进行水、电、热等各类能耗指标的计算，并以图形报表等多种形式，以不同维度加以分析呈现。进一步地，结合水价、电价、热价等价格因素细化供热边际贡献，增加生产所涉及的人工、材料等各类成本信息，建立节能效果与经济收益的影响关系，从经济效益优先的角度，推进供热系统的节能优化及改造。

6分布式控制系统的功能

6.1智能化控制

供热系统控制是否合理直接影响能源的消耗和供热的质量。供热智能化控制是针对热源及换热站系统进行定制化开发，通过对影响供热质量的各种因素进行逻辑判断和分析，使供热水平达到最佳状态。系统通过分析历史数据并考虑室外气候参数和供热用户类型等因素对供热区域进行供热负荷预测，确定水泵频率和电动调节阀的开度，通过泵阀联锁控制实现温度前馈控制。同时，从热传递的延时性和供热系统热惰性的角度综合分析，确定准确的控制节点，实现精细化调控，减少因粗放调节带来的不必要热损耗。

6.2管网平衡与供热质量反馈

供热系统管网平衡主要包括一次网、二次网平衡，其中一次网平衡主要依靠无人值守换热站的实时参数监测与二级泵远程集中调控实现系统整体一次网平衡。二次网依据智能热力入口，集温度，压力，流量及电动调节阀于一体，实现各个热力入口平衡监测与调节。末端用户供热质量反馈利用NB-IoT技术，实现电池供电、无线传输。系统通过测量热力侧入口温度，监测水力平衡状态，数据处理系统统计运行能耗数据，并通过数据曲线、数据报表等方式，辅助管理者进行节能调度，实现管网水力平衡。

结束语

换热站是实现用户与供热站间联系的重要环节，其安全稳定运行直接影响到供热质量与安全。传统人工管理模式在事故安全隐患发现方面存在一定缺陷，无法正确判断与分析热力管网的运行工况。因此，今后还需加强换热站自动控制的研究力度，提高物联网技术的应用深度，促进换热站自动控制水平的全面提升。

参考文献

[1]张博玮.集中供热换热站控制系统设计与应用[D].内蒙古科技大学,2019.

[2]陶彦吉.集中供热换热站控制系统的研究与设计[D].兰州理工大学,2019.

[3]薛蕊.换热站自动控制与监控系统研究[D].华北电力大学,2018.

[4]胡星湦.集中供热系统动态负荷预测与节能控制策略研究[D].广州大学,2017.