无人值守热力站与平衡自控系统的研究

李勇强

（太原热力集团有限责任公司第五供热分公司，山西 太原 030000）

我国很多地区逐渐开始提倡集中供热，而原有的由企业、小区各自供热的模式由于会对生态环境造成极大的污染，所以也被逐渐淘汰。在郊区建设热电联产项目可为城市提供大量的热源，在各小区建设热力站也能替代传统的燃煤锅炉，这不仅能降低锅炉燃烧对社会生态产生的污染，还能为国家节省大量的能源。随着社会科技的发展，自控技术不断完善并取得了广泛的应用，供热企业不仅要满足社会对供热质量的要求，还要将生产成本大幅度降低，节省社会能源。供热企业可使用自控设备并搭配无人值守热力站，这不仅能提高能源的利用效率，还能将企业的管理水平大幅提升[1-2]。

实时掌握热力系统的运行情况，确保热力系统能安全、稳定的运行，再自动调节热力管网的工况，也能消除热力站间的影响，确保热力系统的水力均衡，从而为全网顺利供热提供保障。在满足社会民众的采暖需求后，供热企业还要尽可能降低供热量，大幅度提升企业的经济效益。

自控设备涵盖了温度变送器、压力变送器、一次网调节阀与流量计等诸多硬件。在总站系统中包括2台服务器和诸多客户端电脑以及各种平衡与组态软件[3]。局域网分为有线和无线网络。而自助终端涵盖了工控机、显示器、硬盘录像机、摄像头以及IC 卡读写器等。供热运行参数借助网络将数据传输到控制中心，如若运行出现问题，可借助音视频与控制中心建立视频通讯联系。服务器包含很多，如数据服务器、图像以及应用服务器等，这些服务器主要负责数据和图像的存储以及传输。同时也涉及如硬盘录像机和RFID 读写器等其他设备。见图1、图2。

总站系统中设有监控服务中心，总站与各热力站间将会通过VPN 专线进行传输与通讯，也会将采集到的热力站数据情况及时传输给总站管理系统。要想进行自动化控制就必须了解系统的运行状况，由此可见，采集数据是系统自动化控制的基础。对于一个供热系统而言，涉及到的参数较少，但多个这样的系统会组成庞大的热力站系统，其中还会涉及海量的数据，并且每种数据还会发生一定的变化。基于此，对于系统中的PLC 这类传输设备也提出了以下要求：良好的通讯能力，较强的数据稳定性与精准性，适中的数据采集频率。还要具备采集温度等信号功能，在控制层面也要能进行远程与当地的随意切换，以及计算分析能力。传输设备要具备设定参数的能力，除了可在总站进行远程参数设定外，在当地也能通过触摸屏来自主设定参数信息。同时设备的数据存储功能不可或缺，系统可将自身保存的数据信息实时传输到远程控制中心的软件中。此外结合系统控制目标实现自动化控制，再经过调整热力站管网水流量以及调节阀也能完成对二次网供水与回水温度值的调控。另外，传输装置还必须具有自主控制能力，因为一旦网络中断或强制要求自主操控，运行人员就要经过系统的触摸屏来设定参数，而热力站也能单独进行控制工作。最后传输设备还要拥有人工控制功能，经过自控柜调整参数信息，将控制阀门的开度数据转变，也能实现热力站水流流量的变化。

对于监控系统而言，通讯网络是其纽带，负责总控室与热力站间的数据传输和交换。监控系统使用的通讯形式极为多样，此时供热企业应结合工程的实际情况合理选择通讯形式。其中，常见的通讯形式有宽带网、GPS 网以及VPN 专线。本文使用的是VPN 专线具备以下特点。首先在使用VPN 专线时要先敷设专用光缆，这样对数据信息的传输速度与量都能得到保证。其次系统还要拥有双向的数据传输功能，这样便可远程控制，也能为热力站提供网络基础。再者相较于以往的广域网，VPN 虚拟网络还能将企业的运行成本以及和用户的连接费用有效降低。最后VPN 专线可与互联网有效隔绝，以防止受到外部网络的攻击。

此外，操作监控画面中的控制设备，监控中心也能将控制信号传输给热力站控制器，这样也可由热力站的控制器进行操作，如对供水温度、回水温度的设定、对阀门的控制以及开启或停止循环泵等。并且在人机界面监控中心也能显示参与设备的运行情况，同时也能查找以往的数据记录从而形成相应的报表[1]。

要想保证用户家里的温度适宜，就要确保各热力站提供的热量充足且能达到室温标准。所以供热企业要结合不同的工程情况，如建筑是否是节能建筑以及是否有地暖、挂暖等情况，对热力站的二次供水温度或回水温度进行科学控制。控制方式有很多，如结合不同时段调节、凭借工作经验调节以及恒定温度调节等。结合不同时段调节，如白天、黑夜，初寒期、末寒期等来设定热力站二次网的供水和回水温度。其次凭借工作经验进行调节，工作人员需结合以往的工作经验，初步预估不同室外温度下需要多少的二次网供水与回水温度，流量应控制在多少，之后再结合具体情况对其偏差进行合理调节[2]。最后是依据恒定温度进行调节，即设定热力站二次网供水与回水温度，自动控制系统可自动检测室外温度以及二次网的供水、回水温度，之后可自主调节一次网电动调节阀门的开度，从而改变一次网流量以及二次网温差等，这样也可使二次网达到要求的供水与回水温度。

在日常工作中，供热企业可借助SCADA 上位机组态软件，画面编辑器对现场设备与实施流程图进行控制和绘制，随后将动画有机连接到一起，也可达到预期的动画效果，从而可对设备现场情况进行真实反映。对于SCADA 而言，它可读取热力站的PLC 并获取热力站设备的运行状况，再通过远程监视与控制进行数据的采集、设备的管控以及参数信息的调节等。

平衡软件具备平衡功能、控制方式选择功能以及自动跟踪等功能。在日常供热的过程中，企业对平衡软件的应用要收集热力站的一次网电动调节阀的给定信息、温度等参数，其中也涉及热力管网信息的后台配置输入。从整体上看，对数据的采集形式有以下几种：首先在数据量较为庞大时，供热企业可采用网关机来采集热力站的数据信息，平衡软件可自动读取网关机，这样也可减轻PLC 以及服务器的通讯负担。借助OPC 形式也能由组态软件获取到相关数据。结合所得数据，平衡软件可通过特定的计算方法，依据PID 控制形式来调节电动调节阀的开度尺寸，对变频流量泵的频率也能有效管控，这样热力管网的水力失调程度便可有效降低，而全网的供热也能达到一种平衡[3]。

此外，PLC 以及变频器也可进行有效通讯，对于变频器中的参数也能进行读取和自动设定。比如PLC可读取和设定变频器的工作状态、频率、故障以及报警等，这样供热企业也可及时掌握循环泵电机的运行状况。

对于无人值守热力站而言，其中的组态软件还拥有报警管理功能，所有的报警信息都涵盖了热力站的站名、报警时间以及事项等，同时使用组态软件还可对以往的报警情况进行查询，如依据热力站或者时间、事项等查询报警情况。

在日常供热作业中，供热企业需将热力站自控系统、平衡软件以及SCADA 组态软件联合使用，这不仅能提高供热的质量，还能实现热力站的远程监督和控制。在确保满足用户的供热需求的基础上，还能将人工、电能与热量的损耗降到最低。此外，运行工作者还可实时了解各热力站的工作以及运行数据情况，很大程度上提高了热力系统的安全性、稳定性，改善了供热企业的实际管理水平，这样企业的热力系统也能得到稳定的运行进而大幅提升企业的经济效益和社会效益。