【正文】 來(lái)越廣，目前，全國(guó)已有近 300 個(gè)城市敷設(shè)了城市供熱管網(wǎng)，“三北”地區(qū)集中供熱普及率達(dá)到 30%左右，熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)也逐步從小規(guī)模的樹(shù)支 狀 熱網(wǎng)向大規(guī)模的多源聯(lián)合運(yùn)行的環(huán)狀網(wǎng)發(fā)展。因此，保證供暖的質(zhì)量及熱網(wǎng)的安全運(yùn)行是十分重要的。但在供熱規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)也出現(xiàn)了很多問(wèn)題，其中之一是隨著熱網(wǎng)的擴(kuò)大，先前小規(guī)模 熱網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)已不實(shí)用，只能沿用以前的理論與方法，因此對(duì)它的運(yùn)行管理也越來(lái)越困難。加之我國(guó)熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)技術(shù)手段少，經(jīng)驗(yàn)成分過(guò)多，使得現(xiàn)在的運(yùn)行管理和調(diào)節(jié)技術(shù)手段少，迫切需要一種新的技術(shù)方案來(lái)指導(dǎo)、調(diào)節(jié)熱網(wǎng)運(yùn)行。使之無(wú)論從技術(shù)上還是管理上都能達(dá)到一個(gè)更高的水平。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 我國(guó)集中供熱的現(xiàn)狀 我國(guó)集中供熱發(fā)展到今天，經(jīng)歷了從無(wú)到有、從小到大、從弱到強(qiáng)、艱苦奮斗、競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的歷程。如前所述 ,集中供熱系統(tǒng)就是將大量的熱用戶(hù)用熱力網(wǎng)連接起來(lái)，由統(tǒng)一的熱源提供所需熱量的供熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般有三個(gè)部分組成：熱源、熱力網(wǎng) 和熱用戶(hù)。大型集中供熱網(wǎng)一般均為間接式供熱網(wǎng)，作為熱能輸送的管網(wǎng)可分為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)兩個(gè)部分。下面從以上幾個(gè)部分出發(fā)對(duì)我國(guó)集中供熱系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。 熱源 我國(guó)傳統(tǒng)的集中供熱主要采取熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域聯(lián)合供熱和小區(qū)鍋爐房供暖等幾種方式。從我國(guó)北方采暖地區(qū)大城市來(lái)看，以分散鍋爐房供暖比重最大，據(jù)對(duì) 29個(gè)大中城市統(tǒng)計(jì)顯示，目前，分散鍋爐房供熱占我國(guó)總供暖面積的 84%，其中， 90%以上的鍋爐房的容量一般只維持在 7MW 以下的水平，其效率低下，除塵設(shè)備落后（或從未安裝除塵設(shè)備），這樣一來(lái)，不僅造成了能源的大 量浪費(fèi)，而且還嚴(yán)重污染了環(huán)境。就全國(guó)而言，目前我國(guó)供熱系統(tǒng)的能效只有 30%左右，而我國(guó)是一個(gè)能源缺乏的國(guó)家，能源需求增長(zhǎng)率大大超過(guò)能源生產(chǎn)的增長(zhǎng)率。因此，如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高熱源的利用率，降低能源的浪費(fèi)。減少城市污染等諸多方面的問(wèn)題，已經(jīng)成為現(xiàn)今城市集中供熱系統(tǒng)急需解決的問(wèn)題。八十年代后，熱電聯(lián)產(chǎn)、熱交換站以及相配套的尖峰鍋爐房等集中供熱系統(tǒng)在許多城市相繼建成。特別是熱電聯(lián)產(chǎn)作為綜合、合理利用能源的一個(gè)重要途徑，逐漸受到重視，也得到了較快的發(fā)展。目前。許多城市的大型熱源已不止一個(gè)，如：北京、沈陽(yáng)等集中供熱系 統(tǒng)較發(fā)達(dá)的城市已經(jīng)在實(shí)踐初級(jí)的多熱源并網(wǎng)運(yùn)行；另外，其他地區(qū)，如：赤峰、鄭州、牡丹江、煙臺(tái)等市由于熱負(fù)荷的擴(kuò)大，也在近遠(yuǎn)期規(guī)劃了多熱源的格局。但這些系統(tǒng)大多是單獨(dú)承擔(dān)一個(gè)區(qū)域的集中供熱，單獨(dú)運(yùn)行，互不連接。有的城市雖然也把管網(wǎng)聯(lián)在一起，但在供熱時(shí)又都用閥門(mén)斷開(kāi)，分別運(yùn)行。這樣，就各個(gè)熱源失去了互補(bǔ)性，同時(shí)在供熱初期和末期又都不能滿(mǎn)負(fù)荷工作，使其無(wú)法發(fā)揮全部的供熱能力。不但造成了能源和設(shè)備的浪費(fèi)，而且多個(gè)熱源同時(shí)在低負(fù)荷下運(yùn)行，也加重了城市的污染。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 熱用戶(hù) 我國(guó)的供熱系統(tǒng)型式落后，缺乏控制與節(jié) 能手段，大部分用戶(hù)室內(nèi)無(wú)法進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和無(wú)熱量設(shè)備，普遍在低負(fù)荷、低效率下運(yùn)行，實(shí)際供暖面積只有設(shè)備能力的 40%左右，采暖能耗為相近氣候條件國(guó)家的 35 倍左右，能源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。同時(shí)，我國(guó)室內(nèi)熱環(huán)境差，發(fā)達(dá)國(guó)家室內(nèi)溫度是 22 攝氏度，而我國(guó)只有 16 攝氏度；供熱品質(zhì)也很差，室溫冷熱不均，室內(nèi)沒(méi)有控溫設(shè)備，用戶(hù)無(wú)法調(diào)節(jié)室溫。采暖收費(fèi)制度也不合理，按面積收費(fèi)使用戶(hù)無(wú)節(jié)能意識(shí)，熱能浪費(fèi)嚴(yán)重，原有的室內(nèi)供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多為上供下回單管順流式，不具備對(duì)欠費(fèi)的用戶(hù)采取強(qiáng)制措施的手段，使得供熱企業(yè)收費(fèi)難。隨著我國(guó)供熱體制的市場(chǎng) 經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，供暖在不遠(yuǎn)的將來(lái)將不再作為 一項(xiàng)福利來(lái)實(shí)施，而是成為一個(gè)商品。 熱網(wǎng) 我國(guó)大型熱網(wǎng)普遍采用間連供熱方式。通常一個(gè)城市有幾個(gè)區(qū)域供熱網(wǎng)，一個(gè)區(qū)域供熱網(wǎng)有幾十到上百個(gè)換熱站。供熱電廠提供的高溫過(guò)熱蒸汽經(jīng)電廠換熱站汽水換熱器形成供暖熱水由二次管網(wǎng)送至用戶(hù)。 在我國(guó)現(xiàn)有按供熱面積供熱體制下，用戶(hù)不能主動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，因此總供熱量?jī)H僅和室外溫度有關(guān)，其總供熱量就可預(yù)先知道并且有熱源廠管理控制，熱源廠只要根據(jù)相應(yīng)的室外溫度控制一次網(wǎng)系統(tǒng)供回水溫度。一般供熱公司基本按定流量或分階段變流量的質(zhì)調(diào) 節(jié)方案運(yùn)行，即熱網(wǎng)流量在整個(gè)供暖期內(nèi)基本保持不變，平時(shí)只根據(jù)室外溫度高低來(lái)調(diào)節(jié)熱網(wǎng)的供水溫度。因此，只要保證流量按供熱面積均勻分配并保證適合的供水溫度就可以滿(mǎn)足供暖的需要。其特點(diǎn)為： 1） 調(diào)節(jié)主動(dòng)權(quán)在供熱公司； 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2）調(diào)節(jié)原則就是按供熱面積均勻分配流量。這種運(yùn)行調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單，且能保證供熱要求，因此被許多供熱公司所應(yīng)用。但其所具有的按照供熱面積收費(fèi)的許多弊端是無(wú)法避免的。 我國(guó)集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 從上述對(duì)我國(guó)集中供暖的當(dāng)前情況的總結(jié)和分析可知，隨著形式的不斷發(fā)展，我國(guó)與供暖有關(guān)的相關(guān)的體制和條件 發(fā)生了很大的變化： 隨著我國(guó)各項(xiàng)體制改革的不斷進(jìn)行，供暖事業(yè)按面積收費(fèi)的弊端日益突出，必將阻礙供暖事業(yè)的發(fā)展； 我國(guó)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益嚴(yán)重，而供暖的能量消耗在我國(guó)經(jīng)濟(jì)占有很大的比重，并且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響； 我國(guó)用戶(hù)生活水平近年來(lái)有了很大的提高，對(duì)供暖的舒適度有了更一步的要求。 因此，原有傳統(tǒng)供暖方式的缺陷日益突出，尋求集中供暖的進(jìn)一步發(fā)展以滿(mǎn)足我國(guó)當(dāng)前多方面的要求勢(shì)在必行。 在集中供熱發(fā)展最早的是西歐的丹麥、瑞典、芬蘭和原蘇聯(lián)等國(guó)家，從上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始，就不斷采取措施和相應(yīng)的技術(shù)有效提高供熱 系統(tǒng)的節(jié)能和優(yōu)化，二十多年來(lái)，歐洲國(guó)家在集中供熱的政策規(guī)范及技術(shù)在實(shí)踐中不斷補(bǔ)充完善，代表了當(dāng)今世界的先進(jìn)水平，提供了比較成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)借鑒。但由于我國(guó)的國(guó)情不同，我國(guó)的供暖系統(tǒng)有著自身特點(diǎn)： 我國(guó)的供熱熱源結(jié)構(gòu)以及供熱負(fù)荷與歐洲國(guó)家存在很大的差異，從而決定了我國(guó)供熱系統(tǒng)的總體格局； 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)供暖已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，而我國(guó)已形成的供暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國(guó)家有著很大的差異，我國(guó)在建立新型供暖系統(tǒng)的同時(shí)，對(duì)長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 原有系統(tǒng)如何進(jìn)行改造有著非常的意義； 我們應(yīng)當(dāng)建立與我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)力發(fā)展相適應(yīng)的供熱系統(tǒng)，也就是 既要能滿(mǎn)足目前不斷發(fā)展的供熱需求，同時(shí)又要與我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)體制改革相適應(yīng)； 我國(guó)目前的普及率還不是很高，熱網(wǎng)以采暖為主，生活熱水所占比例不大。集中供暖有存在諸多節(jié)能和成本優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前，我國(guó)供暖面臨著巨大的發(fā)展前景。如何建立起既經(jīng)濟(jì)又符合供暖發(fā)展趨勢(shì)的供暖格局和供暖系統(tǒng)至關(guān)重要。 通過(guò)對(duì)我國(guó)供暖現(xiàn)狀的 總結(jié)和分析，結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家的供暖模式，適合我國(guó)供暖發(fā)展需要的主要趨勢(shì)為： 實(shí)現(xiàn)分戶(hù)調(diào)節(jié)和熱量計(jì)量收費(fèi)。熱用戶(hù)的耗能量決定供暖負(fù)荷的大小，因此，促進(jìn)用戶(hù)自覺(jué)節(jié)能，可大大減少我國(guó)供暖系統(tǒng)的能源浪費(fèi)，而促使用戶(hù)自覺(jué) 節(jié)能的唯一有效手段，就是對(duì)使用熱量進(jìn)行計(jì)量，并根據(jù)計(jì)量結(jié)果來(lái)收費(fèi)。世界各國(guó)的經(jīng)驗(yàn)表明，把“大鍋飯”式的采暖包費(fèi)制，改為按實(shí)際使用熱量向用戶(hù)收費(fèi)，可節(jié)能 20%至 30%。這種明顯的節(jié)能效果自 70 年代末起就已經(jīng)在西歐各國(guó)的節(jié)能措施中得到證明，而且近年來(lái)某些東歐國(guó)家的努力也說(shuō)明了這一點(diǎn)。而另一方面，解決目前日趨嚴(yán)重的供熱公司收費(fèi)難問(wèn)題的最根本有效的管理方法就是采用根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際使用熱量來(lái)收費(fèi)?？梢哉f(shuō)，對(duì)熱量進(jìn)行計(jì)量并據(jù)此來(lái)收費(fèi)是集中供熱領(lǐng)域行之有效的不可或缺的管理手段。 多熱網(wǎng)逐漸聯(lián)網(wǎng)，形成多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)。近幾 年多熱源環(huán)網(wǎng)聯(lián)合供熱系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行已取得了非常明顯的效果，并充分顯露出其諸多優(yōu)點(diǎn)：①、提高了整個(gè)供熱系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與安全性。當(dāng)熱網(wǎng)中某一或某些熱源出現(xiàn)事故時(shí)，各熱源可相互替代，相互補(bǔ)充。②、可靈活調(diào)整供熱量，達(dá)到良好的節(jié)能效果。系統(tǒng)中多熱源可根據(jù)供熱負(fù)荷的具體情況，制定出更為合理的供熱方案，并可隨時(shí)使全系統(tǒng)的供熱工況（供熱量、供回水溫度和水力工況）優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)較理想的節(jié)能措施。③、系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 好。采用環(huán)狀網(wǎng)連接，熱網(wǎng)比摩阻較小，各換熱站的資用壓頭大，增強(qiáng)了系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性。④、優(yōu)化水力工況，平衡供熱 效果。⑤、供熱系統(tǒng)熱源的可擴(kuò)充性強(qiáng)。發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)發(fā)形成了多熱源 (如 :垃圾焚燒廠、熱源廠、鍋爐房等 )供熱格局，我國(guó)在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著多種技術(shù)的不斷成熟，必將發(fā)展出更多可利用的熱源，如：地?zé)?、太?yáng)能以及垃圾焚燒所產(chǎn)生的附熱等，多熱源聯(lián)合供熱系統(tǒng)為更多新熱源的加入提供了必要的基礎(chǔ)。 建立相應(yīng)的系統(tǒng)智能協(xié)調(diào)機(jī)制。和傳統(tǒng)供熱方案不同，在新的供熱系統(tǒng)下，用戶(hù)可根據(jù)自身的需要來(lái)控制供熱溫度。當(dāng)眾多用戶(hù)調(diào)節(jié)自己的流量后，整個(gè)熱網(wǎng)的流量和供熱量也將隨之變化，此時(shí)熱網(wǎng)的總供熱量隨機(jī)變化增大；同時(shí)，多熱源聯(lián)合供熱的結(jié)構(gòu)需要確定如 何使得處于同一供熱網(wǎng)中的多熱源相互配合適應(yīng)供熱負(fù)荷的不斷變化，從而降低運(yùn)行費(fèi)用、提高經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果。 第二章 方案論證 CPU 的選擇 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 ATMEL89 系列單片機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng) 89 系列單片機(jī)）是 ATMEL 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)系列。 89系列單片機(jī)是以 8031 為核心構(gòu)成的，它和 8051 系列單片機(jī)是兼容的，其最大特點(diǎn)是內(nèi)部含有 Flash 存儲(chǔ)器。其功能如下： （ 1） 內(nèi)部含有 Flash 存儲(chǔ)器 由于內(nèi)部含有 Flash 存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易的進(jìn)行程序的修改，大大地縮短了系統(tǒng)的 開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響信息的保存。 （ 2） 和 8051 系列單片機(jī)兼容 89 系列單片機(jī)的端子和 8051 系列是一樣的，因此，當(dāng) 89 系列單片機(jī)取代 8051單片機(jī)時(shí)，可以直接進(jìn)行代換。 （ 3） 靜態(tài)時(shí)鐘方式 89 系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，可以節(jié)省電能。 （ 4） 錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生 一般的 OTP產(chǎn)品，一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品。而 89系列單片機(jī)內(nèi)部采用了 Flash存儲(chǔ)器，所以，錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，因此不存在廢品。 （ 5） 可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 用 89 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的系 統(tǒng)，可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。每次試驗(yàn)可以編入不同的程序，這樣可以保證用戶(hù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)到最優(yōu)。而且隨著用戶(hù)的需求和發(fā)展，還可以進(jìn)行修改，使系統(tǒng)能不斷追隨用戶(hù)的最新要求。 因此，綜上所述在本設(shè)計(jì)中采用 ATMEL89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的智能控制器。 控制方案 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大致可分為直接數(shù)字控制系統(tǒng)，分布控制系統(tǒng)，操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，監(jiān)督控制系統(tǒng)。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 數(shù)字控制系統(tǒng)（ DDC 系統(tǒng)） 直接數(shù)字控制系統(tǒng) DDC（ Direct Digital Contral）是單片機(jī)在工業(yè)控制中應(yīng)用最普通的一種方式 。在這種方式中，單片機(jī)作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分或環(huán)節(jié)，直接參與控制過(guò)程。一臺(tái)單片機(jī)可以對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果和給定值進(jìn)行比較，再按事先約定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算處理，然后通過(guò) D/A 和反多路開(kāi)關(guān)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而產(chǎn)生過(guò)程始終處于最佳狀態(tài)。 DDC 系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)。 DDC 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是靈活性大。在常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)中，控制器一旦被選定，其控制方法也就確定了，要改變控制方法就必須改變硬件，這往往難度較大。而在 DDC 系統(tǒng)中由于微機(jī)代替了常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器，因此要改變控制方法，只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)了， 無(wú)須對(duì)硬件線路做任何改動(dòng)。另外，計(jì)算機(jī)計(jì)算能力強(qiáng)，可以有效地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制用來(lái)改善控制質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)控制回路較多時(shí)，采用 DDC 系統(tǒng)比采用常規(guī)控制器控制系統(tǒng)要經(jīng)濟(jì)合算，因?yàn)橐慌_(tái)微機(jī)可代替多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器。 分布式控制系統(tǒng)（ DCS 系統(tǒng)） 分布式控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Contral Systems）簡(jiǎn)稱(chēng) DCS 系統(tǒng)，它實(shí)際上是一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)主計(jì)算機(jī)和若干單片機(jī)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以也叫主從結(jié)構(gòu)或樹(shù)形結(jié)構(gòu)，單片機(jī)絕大部分時(shí)間都是在并行工作的只是必要時(shí) 才與主機(jī)通訊。該系統(tǒng)代替了原來(lái)的中小型計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)，它具有以下特點(diǎn)： 可靠性高 分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)地理上和功能上分散的控制，使每臺(tái)危機(jī)的任務(wù)相應(yīng)減少，功能更明確，組成也更簡(jiǎn)