供暖企业换热站控制系统设计分析

供暖企业换热站控制系统设计分析

赵凯

双鸭山龙唐供热有限公司，黑龙江省双鸭山市

摘要：换热站是供暖系统中的重要组成部分，当前我国大多数换热站只凭经验操作，在运行中存在着诸多问题，经常会浪费大量能源，同时无法提升供暖效率。本文围绕供暖企业换热站控制系统展开了探讨，仅供参考。

关键词：供暖企业；换热站；控制系统；设计

在我国城市化建设不断深入的背景下，城市规模与城市人口数量不断增多，同时人们的生活水平也在不断提高，进而提高了城市供热的质量要求。为了提高供热效率，降低能源流失，提升系统稳定性，实现最大的竞争效果就要配备专业的计量检测与调节控制系统。

一、换热站系统构成

换热站就地监控系统以控制器为核心，将现场的温度、压力、热量、流量、液位、阀门开度、变频器频率以及，泵的起停状态等数据传输到控制器中进行判断与处理，实现对现场的实时控制。

现场仪表与执行机构包括压力、温度、流量、液位、热量等传感器与变送器、阀门执行器等执行结构。

通讯系统以远程数据网络为传输介质，为中心控制器与换热站的就地监控系统提供实时通讯。在中控室内部工作站与厂区办公室中，使用双绞线作为传输介质提供实时通讯。

二、系统功能与控制要求

系统功能由监视功能与控制功能两部分构成，其中监视功能包含数据处理与数据显示，控制功能包含一次网调节阀开度、循环泵补水泵控制与二次网补水阀起停控制。

控制要求主要有以下几点

（一）二次网供水温度PID控制

实时地监控二次网供水温度，进行二次网供水温度PID运算，调节一次网调节阀的开度，对供水温度进行定值控制。

（二）二次网供水温度PID控制

实时监控二次网供水压力，对二次网供水温度压力进行PID运算，控制变频器的输出频率，间接的对水泵转速进行控制，对供水压力进行定值控制。

（三）补水箱水位限制控制

借助液位变送器实时的监测水位情况，当水箱中的水位小于低限时开启补水阀，大于高限时关闭补水阀。

（四）二次网回水压力限制控制

借助压力变送器实时监测二次网回水压力，当回水压力小于低限时启动补水泵，大于高限时关闭补水泵。

（五）连锁控制

当水箱中的水位小于低限时，禁止补水泵的运行，当二次网回水压力小于低限时，禁止运行循环泵。

（六）流量热量累计

增设一次网流量与回水温度仪表，进行流量与流量的累计。

三、换热站控制方案设计

在供热系统中，供暖热负荷根据建筑的耗热量进行计算，热量计算以稳定传输概念为基础，即建筑物各处外围护结构任何一处的温度与外围护结构内外空气温度恒定不变。外围护结构层内外各点的温度并不是固定的，与室外温度、湿度、风速、风向与太阳辐射强度等因素有着紧密的关系，其中室外温度起决定性作用，因此集中供热系统的运行要结合室内室外的温度变化，使用不同的控制方式，提升控制系统的经济性与有效性，使其充分地发挥出作用，满足人们生活的需要。

4. 换热站控制方案

（一）二次供水温度自动控制系统

换热站采取的基础控制策略是在二次出水口预设一个恒定的温度，将控制元件作为换热器一次出水口的控制阀，负责控制换热器的一次供水流量。预设温度为给定值，测量温度为反馈值，阀门开度为输出值，保证二次供水温度的恒定。通过室外温度与供热站给定值计算得出预设温度。室外温度传感器是换热站的基础设施，利用公式计算预设定温度，这一数值要跟随室外温度与供热站给定值的变化进行调整。

（二）换热站控制方案

现阶段室内通常已经配备了自动调节室温装置，在保证工程质量的前提下，为了实现经济性可以采取二次供水温度自控系统，分阶段地调节供热工况。检测二次供热系统的温度，分析外界干扰因素，通过计算得出最适宜的供水温度，对一次热网进行流量控制，提供满足用户需求的供热量的基础下，维持最佳工况。

对于进入平板热交换器的一次水量，使用电动调节阀进行控制，间接的实现二次供水温度控制，将二次供水温度维持在给定值上。

使用自动随动控制系统，控制器根据室外温度与供热站提供的给定值，计算出预设温度值。

供热站中的各个换热站可能由于距离较远，无法实现即时通信，并且过程变化缓慢，实时性要求不高。基于现代化信息技术能够实现远程通讯，将换站的各项参数发送到供热站中，接受供热站的指令。

分阶段改变流量的质调节，在不同室外温度中开启不同的循环泵台数。当室外气温处于零下20摄氏度以下，开启三合循环泵。当室外气温在零下20摄氏度至零下10℃之间时，开启两台循环泵。当室外气温处于零下10℃以上时，开机一台循环泵。

（三）供热补偿策略

本质上热力系统是一个庞大的热惯性系统，有着诸多的影响因素，并且具有较大的变化性，很难对其进行精准控制。主要原因有两方面：一方面，气象状况具有不可预测性，也有着多变的特点。另一方面供热系统自身滞后性问题较为严重，具体指室外气象条件的变化对室内环境产生的影响存在一定的滞后，并且工作调节需要一定的条件，无法实现频繁的调节，同时基于介质传输必然会出现一定的滞后。加上散热系统的滞后，难以保证室内温度与供热调节和环境气象变化实现统一，因此导致换热站系统控制较为困难。由于热力系统的热容性能够吸收外界气象条件的变化，并且用户自身的适应能力对环境质量的要求留有余地，在这一意义上来说，热力系统强大的自适应性与宽松的控制要求，使其也是一个易控制对象。

五、控制系统软件设计

（一）系统软件设计方案

在计算机控制系统中，系统软件是控制系统的核心，软件的质量决定控制系统的性能与效率。在设计开发软件以及后续的调试维护中需要耗费大量的时间与精力。优秀合格的软件要具备可靠性、正确性、可测试性、可维护性与应用性等性能。

换热站微机监控系统软件设计使用结构化与模块化的方案，程序由监控程序控制程序构成。监控程序负责响应来自系统或软件内部的服务请求，实现软件、硬件、人机联系与信息交换与控制的目的。当系统出现异常或故障时，能够提供有效的解决方案。

监控程序由主程序、初始化模块、显示模块、键盘模块、时钟模块、中断模块、故障处理、手动/自动控制与通信控制模块构成。监控主程序能够调用系统中的各功能模块，并将其进行整合与联系，实现对系统的全面管理。

（二）系统软件设计需要实现的功能

1.数据检测与显示功能

根据指定或系统默认的巡检方式，检测换热站当前的一次网供水温度、一次网回水温度、二次网供水温度、二次网回水温度、室外温度、一次网回水压力、二次网供水压力、二次网回水压力，并将数据显示出来。

2.数据通讯功能

将检测数据发送给上位机，并接收上位机传输的指令，维持换热站与工作站的远程数据通讯。

3.故障报警与处理

当温度与压力出现异常时，能够及时地报警并制定处理方案，显示并标示报警信号。

4.采样信号数字化滤波与规矩化处理

为了使系统能够具备更加优异的抗干扰能力，对系统的输入信号进行数字滤波，输入输出的量程由于具有差异性，因此为了保证算法输入与输出量的统一，就要对其进行归一化处理。

5.控制算法的实现与数控制量的输出

结合室外温度与二次供水温度，使用PuzzyPID控制算法，计算输出控制量。

6.系统自诊断

系统自诊断能够检查电路是否出现异常，插件是否完全插入等。使用专用的自检程序能够发现固定性的硬件或软件故障。

结束语

伴随着科学技术的进步与发展，节能环保要求不断提高，供暖企业为了提升供热质量，改善供热效果，就要发展计算机自动监控。采取换热站集中供热，进行微机系统监控，不仅具有良好的社会效益，同时市场前景也非常广阔。在换热站中针对用户供热系统进行自动温度控制与监测，能够将室温控制在设定范围中，这样不仅能够节省极大的人力物力，同时能够提升温度控制的自动化程度与精准度，由此可见，换热站监控研究有着非常重要的现实意义。

参考文献

[1]白莉,戴华庚. 城市供热模块化换热站的设计与运行技术研究[J]. 吉林建筑大学学报,2021,38(05):55-58.

[2]李民,付国栋,冯铁军,赵世斌,陈德凯,王龙辰,陈悦,赵岩,杨华翼,李毅,王天鹏. 换热站恒室温控制研究与示范[J]. 区域供热,2021,(04):103-109+132.

作者简介：赵凯（1984.11-），男，汉族，黑龙江省双鸭山市，学历：本科学历，工程师，研究方向：供热