【正文】 可避免存在跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，導(dǎo)致水壓不穩(wěn)定，所以需要采取措施來維持水壓恒定。供暖系統(tǒng)的常見定壓方式有以下幾種：；；；；。圖27是利用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)水定壓的結(jié)構(gòu)圖，它是通過安裝在系統(tǒng)管道上的壓力傳感器去檢測壓力信號P，并把此信號傳送給調(diào)節(jié)器與設(shè)定的固定壓力信號Po相比較，比較的結(jié)果作為調(diào)節(jié)參量送給變頻器以調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓的頻率，變頻器再將頻率輸出信號傳給補(bǔ)水泵，進(jìn)而改變補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)補(bǔ)水量，以維持系統(tǒng)壓力的恒定。圖27利用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)水定壓的結(jié)構(gòu)圖 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了換熱站的基本工作流程，以及換熱站的基本構(gòu)成。換熱站中重要的控制系統(tǒng)由換熱站溫度回路控制系統(tǒng)、供回水壓差控制系統(tǒng)、二次回水定壓控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)所組成[16]。及時(shí)檢測報(bào)告供熱系統(tǒng)故障，作到防微杜漸，防患未然，更好地進(jìn)行供熱系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)及管理。 溫度控制方式分類換熱站二次側(cè)供水溫度的控制至關(guān)重要，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱用戶生活舒適、按需供熱的關(guān)鍵，是本系統(tǒng)的溫度控制的主要控制目標(biāo)。各個(gè)控制器輸入二次供水溫度調(diào)節(jié)曲線，系統(tǒng)通過檢測二次網(wǎng)供水溫度和室外溫度，自動調(diào)節(jié)一次網(wǎng)的閥門開度從而達(dá)到二次網(wǎng)的設(shè)定供水溫度值，實(shí)現(xiàn)換熱站的質(zhì)調(diào)節(jié)。在不同的時(shí)間段設(shè)定不同的二次網(wǎng)供水溫度。如下圖33所示： 圖33 分時(shí)段調(diào)節(jié)曲線 本論文的控制方式為:根據(jù)室外溫度傳感器檢測到的實(shí)際室外溫度值，通過使用下面介紹的關(guān)系模型，計(jì)算出相應(yīng)的二次供水溫度的設(shè)定值，根據(jù)一次供水溫度情況，采用溫度智能PID控制器，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制一次管網(wǎng)的控制閥，以使實(shí)際的二次供水溫度與其設(shè)定值相符[18]。由于公式比較復(fù)雜,運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分段擬合，不利于自控系統(tǒng)的計(jì)算，因此將上述公式結(jié)合實(shí)際供熱確定二次供水溫度的控制模型，即: (312)式中， :二次網(wǎng)供水溫度: 室外氣溫A，b: 分段擬合參數(shù)基于供熱管理的需要，實(shí)際中采用的算法對室外溫度上下限加以限制，比如，當(dāng)室外氣溫低于?10℃ 時(shí)，按?10℃控制；當(dāng)室外氣溫高于4℃時(shí)，按4℃控制。這就形成了按偏差的PID 調(diào)節(jié)系統(tǒng)[19]。差分處理如下：設(shè)采樣周期為 T，則第k 次采樣的時(shí)刻tk=kT 。因?yàn)? (319) (320)所以， (321)式中，e（k）——第k 次（本次）采樣時(shí)的偏差；e（k1）——第k1 次（上一次）采樣時(shí)的偏差；e（k2）——第k2 次（再上一次）采樣時(shí)的偏差；Kp ——比例系數(shù)；Ki=Kp*T/Ti ——積分系數(shù)；KD=Kp*TD/T ——微分系數(shù)上式就是增量形式的 PID 采樣調(diào)節(jié)的控制方程。它采用先進(jìn)的PID 調(diào)節(jié)算法，PID 自整定及分段輸出功率限制功能，具備無超調(diào)及無欠調(diào)的優(yōu)良控制特性。 供回水壓差控制根據(jù)二次側(cè)供回水壓差控制循環(huán)泵，維持恒定壓差。再有，應(yīng)用變頻器還能提高系統(tǒng)的功率因數(shù), 減少電機(jī)的無功損耗, 并提高供電效率和供電質(zhì)量。由于熱用戶室內(nèi)采暖系統(tǒng)采用的都是上供下回式單管供熱系統(tǒng)，從供熱理論可知，單管供熱系統(tǒng)最佳調(diào)節(jié)工況應(yīng)為質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)。采用變頻調(diào)速的意義在于：供熱系統(tǒng)中大多按供熱面積的大小選擇循環(huán)水泵的大小，而且其中還會考慮擴(kuò)網(wǎng)增容的因素而使循環(huán)水泵的選擇往往偏大，當(dāng)運(yùn)行中部分曾列入規(guī)劃中的面積閑置不用時(shí)，如果循環(huán)水泵仍滿負(fù)荷運(yùn)行，必然出現(xiàn)“大馬拉小車“的工況，此時(shí)水泵的效率低，功率浪費(fèi)大，而且運(yùn)行電耗也高。2. 減少啟動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊由于循環(huán)泵或補(bǔ)水泵在供熱系統(tǒng)中承擔(dān)著補(bǔ)充失水和對系統(tǒng)進(jìn)行定壓的任務(wù)，具有啟動頻繁的特點(diǎn),對電網(wǎng)形成巨大的沖擊，容易造成管路止回閥的損失，而且還容易造成保護(hù)裝置的誤動作，影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行。改善了工作環(huán)境。 變頻調(diào)速的原理一，變頻調(diào)速技術(shù)，變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，異步電動機(jī)定子磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動機(jī)的磁極個(gè)數(shù)和電源頻率所決定[23]。由于變頻器能夠?qū)㈦娫搭l率調(diào)至較低，因此，異步電動機(jī)可在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，并隨電源頻率的升高逐漸運(yùn)行至額定轉(zhuǎn)速，即可以在額定電流下啟動電動機(jī)，這就減小了電動機(jī)啟動時(shí)大電流對電動機(jī)定子繞組電動力的作用[24]。如果達(dá)到了要求則第二臺泵停止運(yùn)行，第一臺泵變頻運(yùn)行。根據(jù)運(yùn)行時(shí)間自動切換各循環(huán)泵。自動時(shí)，變頻器和PLC 控制器進(jìn)行通訊，PLC 控制器根據(jù)室外溫度傳感器和二次供回水溫度傳感器傳上來的信號進(jìn)行處理，按照供熱要求給變頻器發(fā)出控制指令，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)循環(huán)泵輸出流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。 循環(huán)泵變頻硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的可編程控制器選用西門子 S7200，此系列單片機(jī)功能強(qiáng)大，既可獨(dú)立運(yùn)行又可連接到網(wǎng)絡(luò)，有很高的性價(jià)比。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。即補(bǔ)水泵采用一運(yùn)一備。FRFRFR3 分別為3 臺循環(huán)泵的過載保護(hù)，F(xiàn)A 為變頻器保護(hù)。S7 編程軟件設(shè)有在線監(jiān)測功能，用戶可很直觀地在線監(jiān)測輸入、輸出口及程序中各變量及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值，另外系統(tǒng)提供故障診斷功能，可以幫助用戶迅速查找程序運(yùn)行中產(chǎn)生故障的原因，便于及時(shí)處理和解決。最后故障自切換功能保證了在有備用泵的前提下，在運(yùn)行泵出現(xiàn)故障時(shí)可以自動切換到備用泵，從而防止出現(xiàn)停水事故和停泵水錘對管網(wǎng)及泵站造成破壞。循環(huán)泵變頻啟動過程的框圖如下圖38所示：圖38 循環(huán)泵PLC程序流程圖程序可以根據(jù)溫度的數(shù)值來確定是否需要啟動或者停止變頻泵工作，而且當(dāng)系統(tǒng)工作發(fā)生故障時(shí)，可以及時(shí)匯報(bào)給工作人員，傳遞信息。熱水供熱系統(tǒng)在運(yùn)行中管網(wǎng)失水是不可避免的，如果不及時(shí)補(bǔ)水，不僅會造成管網(wǎng)壓力降低，還會使管網(wǎng)及汽—水換熱器內(nèi)的水汽化，造成整個(gè)供熱系統(tǒng)不能正常運(yùn)行甚至停止運(yùn)行。此方法是依靠自力式壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)回水管的流量控制補(bǔ)水量，缺點(diǎn)是白白消耗大量能量，而且調(diào)節(jié)效果要依賴調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量和使用的好壞。由以上公式可知：水泵消耗的功率和水泵出口壓力，與輸出流量的乘積成正比，與其頻率比()成三次方關(guān)系，因此，當(dāng)管網(wǎng)失水量很小，壓力基本恒定時(shí)，水泵向管網(wǎng)的實(shí)際補(bǔ)水量就很小；此時(shí)水泵（電動機(jī))的實(shí)際轉(zhuǎn)速或供電頻率 便可以降低，而供電頻率越低，水泵實(shí)際消耗的功率便越小。如果單臺水泵的額定流量選擇的較小，在管網(wǎng)失水量較大時(shí)，變頻調(diào)速控制裝置還可再將第一臺水泵自動轉(zhuǎn)換為額定工作狀態(tài)的同時(shí)，使第一臺水泵在變頻調(diào)速控制裝置控制之下工作。盡管其一次性投資略高于電接點(diǎn)壓力表控制方式，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用定壓罐進(jìn)行定壓的費(fèi)用[26]。揚(yáng)程特性是反映用戶的用水需求狀況對全揚(yáng)程的影響。在這一點(diǎn)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性。 圖39 補(bǔ)水系統(tǒng)的基本特性 供水控制系統(tǒng) 供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(單片機(jī)系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。(3)電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。水壓信號反映的是管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。 補(bǔ)水泵變頻調(diào)節(jié)硬件設(shè)計(jì)利用恒壓供水的原理控制補(bǔ)水泵，如圖 310 所示。PLC 控制電路由1 臺S7200PLC、1 臺變頻器ABB ACS140（此類變頻器有其獨(dú)特的節(jié)能降耗、變頻調(diào)速、可編程多操作模式、保護(hù)功能完善等特點(diǎn)）、2 臺補(bǔ)水水泵、模擬量輸入/輸出單元等組成。其中，整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據(jù)檢測到的輸入信號的狀態(tài)、按照系統(tǒng)的控制流程、通過變頻調(diào)速器和執(zhí)行元件對水泵組進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)恒壓供水的目的[30]。同時(shí)切換另一臺泵作變頻啟動泵，以滿足用戶對用水量的需求。4. 當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)掉運(yùn)行的變頻水泵關(guān)掉，使最開始的那臺泵重新變頻運(yùn)行，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。第4章 上位機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì)第4章 上位機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì) 上位機(jī)系統(tǒng)介紹 上位機(jī)監(jiān)控過程上位機(jī)一般是指：在集中控制系統(tǒng)中的可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般是PC機(jī)，主要用來發(fā)出操作指令和在顯示器上輸出相應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)。換熱站的上位機(jī)監(jiān)控操作站是換熱站的自動控制中心，主要包括該系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控管理部分及操作站與就地站間的通信部分。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。 (3)提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構(gòu)造圖形界面。(7)支持OPC接口、DDE接口和OLE技術(shù)，可方便的與其他各種程序和設(shè)備互聯(lián)。 上位機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的換熱站操作站監(jiān)控管理系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件組成，采用了研華工控機(jī)IPC6100，國產(chǎn)組態(tài)軟件“MCGS”為平臺。各供熱區(qū)域采用不同的背景色區(qū)分。其中內(nèi)容包括控制回路參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置、報(bào)警及連鎖限設(shè)置、累計(jì)量清零、定時(shí)打印、報(bào)警切除、用戶管理和修改密碼等。以下面詳細(xì)加以說明。中間為系統(tǒng)的主體部分。 圖42 換熱站流程窗口2．主體部分功能設(shè)計(jì)主體部分功能設(shè)計(jì)包括運(yùn)行中一些重要窗口的設(shè)計(jì)，如系統(tǒng)總貌、流程圖、數(shù)據(jù)監(jiān)控、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警窗口、歷史報(bào)表等。點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入對應(yīng)控制對象的參數(shù)設(shè)置。自動記錄每日交接班情況，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，方便各類參數(shù)統(tǒng)計(jì)；日、月報(bào)表及報(bào)警記錄的打印。在參數(shù)設(shè)置過程中如果控制回路在自動狀態(tài)，則控制輸出保持以前的輸出不變，如果在手動狀態(tài)則控制輸出值等于閥位值。下面以循環(huán)泵操作控制為例，加以說明。 圖44 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面在控制菜單欄中點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，可以進(jìn)入循環(huán)泵屬性設(shè)置頁面。選擇手動控制時(shí)，如圖47右，可手動選擇循環(huán)泵或者補(bǔ)水泵的啟動或停止控制，同時(shí)通過滑塊或直接輸入數(shù)值設(shè)定循環(huán)泵閥的開度；當(dāng)選擇自動控制時(shí)，循環(huán)泵閥的開度由PID控制輸出，可以在線更改循環(huán)泵的壓差設(shè)定值(如圖47左)； 圖47 循環(huán)泵上位機(jī)控制界面 上位機(jī)與控制器間通訊設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)采用SIMATIC NET軟件作為通訊網(wǎng)絡(luò)，他是西門子在工業(yè)控制層面上提供的一個(gè)開放的、多元的通訊系統(tǒng)[34]。OPC是工業(yè)自動化過程中數(shù)據(jù)交換的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，是一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動程序。 本章小結(jié)本章主要介紹了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)HMI (Human Machine Interface)，及其通訊方式。實(shí)現(xiàn)了較為理想的節(jié)能效果。采用PID控制器對換熱站一次網(wǎng)旁通閥進(jìn)行控制。確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，保證供熱過程安全、正常和節(jié)能地運(yùn)行。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 徐偉，鄒瑜. 供熱系統(tǒng)溫控與熱計(jì)量技術(shù). 北京：中國計(jì)劃出版社，2006，56～602 賀平，孫剛. 供熱工程. 第三版. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008，29～303 江億. 集中供熱網(wǎng)控制調(diào)節(jié)策略的探討. 區(qū)域供熱，2003，12(3)：63～684 Christina G, Lynn P, Ernst W. 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