【正文】 的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)這一目的。無(wú)疑，采用變頻器對(duì)電源直接進(jìn)行變頻便可調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 (323)式中——同步頻率； ——電源頻率； ——極對(duì)數(shù)；異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式得出： (324) 式中 ——電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速 ——異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率由此可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，n基本上正比于，所以改變供電電源頻率，即可調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。5. 減少設(shè)備的維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用由于機(jī)械的磨損和沖擊大量減少，因此，設(shè)備的使用壽命相對(duì)延長(zhǎng)，維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用相對(duì)減少。4. 運(yùn)行方便、準(zhǔn)確，減少了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度工作時(shí)只需操作人員按電鈕即可。使用變頻調(diào)速裝置，由于轉(zhuǎn)速的降低，噪聲明顯降低。變頻調(diào)速控制，水泵的電機(jī)從零速以無(wú)級(jí)變速向使用轉(zhuǎn)速過渡，運(yùn)行較平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)不會(huì)造成沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。變頻調(diào)速具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 節(jié)約能源通過對(duì)水泵閥門控制，風(fēng)機(jī)風(fēng)門的調(diào)節(jié)和采用變頻調(diào)速控制的運(yùn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)負(fù)荷偏離設(shè)計(jì)負(fù)荷越遠(yuǎn)，節(jié)電率越高。采用變頻器控制循環(huán)水泵，則可節(jié)省這部分電能。根據(jù)熱力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)可知，用于推動(dòng)水循環(huán)的電能消耗約占系統(tǒng)總電能消耗的50％。隨著室外溫度的變化，不但要及時(shí)調(diào)整二次供水溫度，而且還應(yīng)相應(yīng)調(diào)整循環(huán)水流量，只有這樣熱用戶室內(nèi)采暖系統(tǒng)才不會(huì)產(chǎn)生垂直失調(diào)[21]。循環(huán)水流量減少太多時(shí)會(huì)使熱用戶產(chǎn)生垂直失調(diào)，因此循環(huán)泵流量變化應(yīng)遵循一定的規(guī)律，這一規(guī)律是由供熱系統(tǒng)的性質(zhì)和供熱質(zhì)量的要求決定的。綜上所述, 對(duì)原供暖換熱系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造能夠帶來巨大的節(jié)能效果、供熱效果和控制效果。根據(jù)室外溫度傳感器，加上PLC 控制器處理，通過變頻器適時(shí)適量地控制循環(huán)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)循環(huán)泵的輸出流量, 滿足供暖負(fù)荷要求，從而使電機(jī)在整個(gè)負(fù)荷和變化過程當(dāng)中的能量消耗降到最小程度。變頻、變流量供熱，降低熱網(wǎng)輸送成本。溫度檢測(cè)到的信號(hào)和設(shè)定值信號(hào)在AL809 調(diào)節(jié)器中通過PID 整定的輸出值控制一次水出口的控制閥，進(jìn)而調(diào)節(jié)二次水的溫度[20]。具有功能強(qiáng)大，組態(tài)靈活、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，適合溫度的精確控制。本論文采用溫度智能 PID 調(diào)節(jié)器AL809 智能PID 調(diào)節(jié)器。采用增量形式的控制方程時(shí)，控制量可按下式計(jì)算： (322)在增量形式的控制算式中，控制作用中的比例、積分、微分部分是相互獨(dú)立的。有了這個(gè)差分形式的控制方程，數(shù)字計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行控制計(jì)算了，因?yàn)檫@里只存在加減乘除的運(yùn)算，而不再存在微分和積分計(jì)算。若用T 表示dt，用tk表示t，用△e(t)表示de(t)，用累加和Σ表示積分∫。為描述PID 采樣調(diào)節(jié)規(guī)律，應(yīng)對(duì)PID 模擬調(diào)節(jié)器的控制算式(313)進(jìn)行差分處理，把這個(gè)描述連續(xù)系統(tǒng)的微分方程變換為描述離散系統(tǒng)的差分方程。圖 35 為單參數(shù)PID 控制回路，PID 模擬調(diào)節(jié)器（連續(xù)調(diào)節(jié)器）的理想算式為： (313)式中，偏差值是： ——給定值； ——被控量； ——比例系數(shù)；——積分時(shí)間常數(shù)； ——微分時(shí)間常數(shù)；圖35 單參數(shù)PID控制回路控制器以分時(shí)方式對(duì)多個(gè)回路進(jìn)行巡回檢測(cè)和巡回控制。為了改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，通常在系統(tǒng)引入偏差的積分調(diào)節(jié)以提高精度，引入偏差的微分調(diào)節(jié)來消除系統(tǒng)慣性的影響[22]。 溫度控制PID在工業(yè)系統(tǒng)中，大多有儲(chǔ)能元件存在，這就造成整體系統(tǒng)對(duì)外加作用的響應(yīng)有一定的慣性，另外，在能量和信息的傳遞過程中，由于管道和長(zhǎng)線等原因引入了一些時(shí)間上的滯后，這也會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)變差。修正后的公式: (37) (38) (39) (310) (311)m 是日照、風(fēng)速、風(fēng)向的修正系統(tǒng)，取m=1；n 反映了熱負(fù)荷設(shè)計(jì)上的偏差，相同類型的建筑物n值相同；與為室外實(shí)測(cè)氣溫的平均值及其修正值[18]。其控制原理如圖如下面的圖34所示： 圖34 二次供回水溫度自控系統(tǒng)檢測(cè)到的室外溫度，通過下列計(jì)算模型得到二次供水的溫度設(shè)定值。管理人員可以在現(xiàn)場(chǎng)通過液晶鍵盤或通過上位機(jī)軟件遠(yuǎn)程對(duì)此曲線進(jìn)行修改。本方式支持在不同的時(shí)間段修正固定的供水溫度設(shè)定值(經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)曲線或固定供水溫度)。管理人員可以在現(xiàn)場(chǎng)通過液晶鍵盤或通過上位機(jī)軟件遠(yuǎn)程對(duì)此設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。管理人員可以在現(xiàn)場(chǎng)通過液晶鍵盤或通過上位機(jī)軟件遠(yuǎn)程對(duì)此曲線進(jìn)行修改。即根據(jù)以往的供熱經(jīng)驗(yàn)，在不同的室外溫度條件下，保證不同的二次網(wǎng)供水溫度。要使用戶家里溫度更加舒適，必須保證換熱站供出的溫度(熱量)合適，這樣我們就根據(jù)不同情況對(duì)換熱站的二次出水溫度進(jìn)行控制。改造后的換熱站以節(jié)省總供熱量為目標(biāo)，在滿足熱網(wǎng)用戶基本采暖要求的前提下盡量減少總供熱量，從而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。通過記錄熱網(wǎng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，為熱網(wǎng)如何經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行提供分析基礎(chǔ)和分析依據(jù)。對(duì)熱網(wǎng)的水力工況和熱力工況進(jìn)行全自動(dòng)調(diào)節(jié)，解決各換熱站的耦合影響，消除熱網(wǎng)水平失調(diào)、平衡供熱效果。其結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與換熱器就地控制站通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作。敘述了換熱站正常運(yùn)行的流程，簡(jiǎn)要講解了換熱站控制系統(tǒng)的基本組成和其系統(tǒng)中采用的各種控制方式，原理及其特點(diǎn)。還有一種特殊情況，當(dāng)系統(tǒng)壓力高于設(shè)定的壓力上限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警并開啟閥門泄水，直至壓力恢復(fù)到正常值，閥門又自動(dòng)關(guān)閉，停止泄水，這樣系統(tǒng)運(yùn)行起來就更安全。由于補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速n與被檢測(cè)壓力P都與電源頻率f成正比，當(dāng)PPo時(shí)，通過變頻器來調(diào)節(jié)電源頻率f使其增加，那么補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速n就會(huì)加快，P就會(huì)增加直至Po附近；相反當(dāng)PPo時(shí)，通過變頻器來調(diào)節(jié)電源頻率f使其減少，補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速n就會(huì)減慢，P就會(huì)減少直至Po附近。相比較而言，供暖系統(tǒng)的定壓宜采用變頻調(diào)速技術(shù)定壓。用膨脹水箱定壓易加重系統(tǒng)腐蝕，而且膨脹水箱必須安裝在系統(tǒng)最高處，往往很不方便；間歇補(bǔ)水定壓比較節(jié)能，但系統(tǒng)壓力波動(dòng)大，運(yùn)行不穩(wěn)定。本論文是采用補(bǔ)水泵補(bǔ)水維持二次回水壓力來實(shí)現(xiàn)的，即通過控制變頻器來（改變速度頻率）控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變系統(tǒng)的補(bǔ)水量，維持供水系統(tǒng)的恒壓點(diǎn)壓力恒定。并且在供熱系統(tǒng)中，回水管的壓力水頭都必須高于用戶系統(tǒng)的充水高度，以防止系統(tǒng)倒吸入空氣，破壞正常運(yùn)行和腐蝕管道。供暖系統(tǒng)中的水加熱后經(jīng)循環(huán)泵加壓送到用戶，再回來加熱補(bǔ)充熱損失。)。變頻器最小轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的20%(10Hz)，控制偏差應(yīng)達(dá)到177。圖25溫度調(diào)節(jié)控制原理每個(gè)熱力站均安裝了室外溫度傳感器，預(yù)設(shè)定溫度根據(jù)室外溫度計(jì)算得出，通過公式計(jì)算出當(dāng)前的預(yù)設(shè)定溫度，這個(gè)設(shè)定溫度是隨著室外溫度的變化而改變的?？刂圃菗Q熱器一次水出口的控制閥，該閥門控制換熱器的一次供水流量。為了做到既經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又保證供熱質(zhì)量，采用了如圖25所示的二次供水溫度自控系統(tǒng)對(duì)供熱工況進(jìn)行分階段質(zhì)調(diào)節(jié)。將預(yù)設(shè)定溫度作為給定值，測(cè)量溫度值作為反饋值，閥門的開度圖 24 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖作為輸出值，保證二次供水溫度的恒定。分別是：換熱器二次供水溫度調(diào)節(jié)控制回路；二次供回水壓差調(diào)節(jié)控制回路即流量控制；二次回水定壓控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的各部分結(jié)構(gòu)相互間連接方法，如圖24所示。圖23 PLC信號(hào)傳輸圖三、通訊系統(tǒng)絞線(以太網(wǎng))為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控操作站與換熱站就地監(jiān)控系統(tǒng)的通訊，需要時(shí)可以設(shè)置遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制。二、現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括溫度、壓力、熱量、流量、液位等傳感器和變頻器、閥門執(zhí)行器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一、換熱站就地監(jiān)控系統(tǒng)以PLC可編程控制器為核心，該控制器在換熱站現(xiàn)場(chǎng)安裝，通過對(duì)傳感器信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，可以就地監(jiān)測(cè)一次網(wǎng)及二次網(wǎng)供水流量、供回水溫度、供回水壓力及循環(huán)泵轉(zhuǎn)速、補(bǔ)水狀態(tài)等；并可就地控制循環(huán)泵轉(zhuǎn)速及補(bǔ)水，設(shè)置在遠(yuǎn)程狀態(tài)則可由上位機(jī)操作站進(jìn)行操作。間歇調(diào)節(jié)是在室外溫度較高的供熱初期和末期采取的一種輔助調(diào)節(jié)措施[13]。間歇調(diào)節(jié)不同于國(guó)內(nèi)廣泛實(shí)行的間歇供熱。采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)可減少運(yùn)行電能損耗，但同量調(diào)節(jié)一樣，如果各階段間系統(tǒng)循環(huán)水量變化較大，也會(huì)引起系統(tǒng)水力失調(diào)或熱力失調(diào)。在每一階段內(nèi)保持系統(tǒng)的循環(huán)水量不變。采用量調(diào)節(jié)時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行中，循環(huán)水量隨熱負(fù)荷的變化而變化容易造成系統(tǒng)水力失調(diào)，因此，在集中供熱系統(tǒng)中不常采用純粹的量調(diào)節(jié)。由于在整個(gè)供熱期中網(wǎng)路的循環(huán)水量保持不變，采用質(zhì)調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)是消耗電能較多。一、質(zhì)調(diào)節(jié)在室外溫度變化而引起室內(nèi)溫度波動(dòng)時(shí)，采用系統(tǒng)循環(huán)水量不變，而調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水溫度來滿足保持室內(nèi)溫度不變的方法，稱為質(zhì)調(diào)節(jié)。其中集中調(diào)節(jié)和局部調(diào)節(jié)又是換熱站控制研究的重點(diǎn)。根據(jù)調(diào)節(jié)地點(diǎn)不同，供熱調(diào)節(jié)可分為集中調(diào)節(jié)、局部調(diào)節(jié)和單體調(diào)節(jié)三種調(diào)節(jié)方式。間接連接型式的缺點(diǎn)是與直接連接型式相比，間接連接型式的換熱站配管復(fù)雜，除換熱裝置外，局部系統(tǒng)還需配備循環(huán)水泵、定壓裝置和補(bǔ)給水裝置等，設(shè)備費(fèi)用較高。根據(jù)以上分析，可以看出從熱網(wǎng)和局部系統(tǒng)考慮，換熱站間接連接的優(yōu)點(diǎn)可概括為兩個(gè)方面：對(duì)熱網(wǎng)而言，水質(zhì)污染的影響較小，并且可改變熱網(wǎng)內(nèi)的流量和水溫，一次熱網(wǎng)可采用較高溫度的熱介質(zhì)，故可縮小熱網(wǎng)的管徑和降低輸送熱介質(zhì)的費(fèi)用。根據(jù)一些城市的經(jīng)驗(yàn)供熱系統(tǒng)采用間接連接，因?yàn)橐淮蜗到y(tǒng)的失水量小，可以保證一次系統(tǒng)有良好的水力工況，也便于查找二次系統(tǒng)失水的地點(diǎn)，必要時(shí)也便于把失水量大的二次系統(tǒng)切開。間接連接系統(tǒng)的水力工況不受熱網(wǎng)運(yùn)行工況的影響，故又稱為局部系統(tǒng)與供熱網(wǎng)的非關(guān)聯(lián)式連接。所謂間接連接是指熱網(wǎng)循環(huán)水與熱用戶內(nèi)部供熱系統(tǒng)循環(huán)水相互隔絕，而其間只限于熱量交換的連接形式。圖 22 換熱站工藝流程圖 熱網(wǎng)與熱用戶連接方式在換熱站中，局部供熱系統(tǒng)與熱網(wǎng)的連接可以分為：直接連接方式，間接連接方式。 換熱站運(yùn)行原理?yè)Q熱站的工作原理為：熱源提供的高溫水由一次熱網(wǎng)送至各換熱站，在換熱站中，一次熱網(wǎng)高溫水通過換熱器與循環(huán)水相混合，進(jìn)行熱量交換，將熱能傳遞給二次網(wǎng)循環(huán)水，再由二次網(wǎng)經(jīng)供熱管道輸送到用戶，冷卻的回水返回二次網(wǎng)回水管，一次網(wǎng)回水降溫后回到熱源。換熱站是指連接于一次網(wǎng)與二次網(wǎng)并裝有與用戶連接的相關(guān)設(shè)備、儀表和控制設(shè)備的機(jī)房。圖21 換熱站構(gòu)成圖熱水管網(wǎng)又分為一次網(wǎng)與二次網(wǎng)，一次網(wǎng)是指連接于城市管網(wǎng)與換熱站之間的管網(wǎng)。換熱站的主要設(shè)備有：水一水(汽一水)換熱器、離心式水泵、控制柜、熱水儲(chǔ)水箱、過濾器、補(bǔ)水箱、調(diào)節(jié)閥門、熱媒參數(shù)調(diào)節(jié)和檢測(cè)儀表、防止用戶熱水供應(yīng)裝置生銹和結(jié)垢的設(shè)備等。89 第2章 換熱站控制系統(tǒng)概述第2章 換熱站控制系統(tǒng)概述 換熱站工作過程 換熱站構(gòu)成 換熱站和熱水管網(wǎng)是連接熱源和熱用戶的重要環(huán)節(jié)，在整個(gè)供熱系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。本課題主要研究了以下內(nèi)容：1．根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量以及模擬量的具體點(diǎn)數(shù)，選擇PLC及其擴(kuò)展模塊的類型，確定各設(shè)備的分布情況和整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控方案；2．對(duì)換熱站節(jié)能潛力進(jìn)行分析，監(jiān)控各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行工況，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，并提出具體控制方案；3．根據(jù)選定的系統(tǒng)控制方案及PLC類型對(duì)PLC及其對(duì)應(yīng)擴(kuò)展模塊的具體型號(hào)和數(shù)量，確定所要用到的上位及下位軟件，并進(jìn)行相應(yīng)的上位機(jī)、下位機(jī)軟件編程。系統(tǒng)采取就地控制站與上位監(jiān)控機(jī)通信相結(jié)合的方法，對(duì)一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的供回水溫度，供回水壓力，供水流量，循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速，旁通閥開度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。隨著電氣控制技術(shù)飛速發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速普及、高度自動(dòng)化智能化的自動(dòng)控制系統(tǒng)越來越引起人們的重視，對(duì)于我國(guó)走節(jié)約型經(jīng)濟(jì)模式，可持續(xù)發(fā)展道路而言是十分必要的。通過實(shí)時(shí)監(jiān)控，可及時(shí)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)連接的換熱站運(yùn)行情況并可節(jié)省成本。通過軟件編程和軟硬件組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)換熱站的現(xiàn)代化監(jiān)控與管理[10]。 課題意義同時(shí)，技術(shù)的發(fā)展也對(duì)整個(gè)供熱監(jiān)控自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了新的要求：保證管道良好的通水工況、系統(tǒng)必須安全可靠、具有節(jié)能降耗功效、全自動(dòng)負(fù)荷調(diào)節(jié)、系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、歷史數(shù)據(jù)記憶、故障安全保護(hù)和報(bào)警、系統(tǒng)狀態(tài)在線分析、現(xiàn)場(chǎng)工況模擬、人機(jī)界面友好等。這一部分純屬無(wú)謂的耗能，需要盡量減少或消除。 圖11 需求與能耗間關(guān)系從圖中還可以看出，服務(wù)曲線的起點(diǎn)并不是原點(diǎn)，這一段能耗量稱作“固有能耗”。很明顯，需求越大，提供的服務(wù)越多，能耗量也就越大。下面的坐標(biāo)圖形象地說明了需求與能耗的關(guān)系，如圖11所示?？偠灾?，當(dāng)前我國(guó)集中供熱網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的好壞，對(duì)于一個(gè)供熱單位來說是有天壤之別的影響，也只有優(yōu)質(zhì)的監(jiān)控與管理才能最終達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。利用先進(jìn)的工業(yè)自控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)構(gòu)成的換熱站及遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)熱力系統(tǒng)實(shí)施更科學(xué)、更規(guī)范的監(jiān)控管理，提高中央調(diào)度室的監(jiān)控能力，具有非常巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的專用工業(yè)計(jì)算機(jī)程序控制技術(shù)基本上能滿足生產(chǎn)需要，也是當(dāng)今乃至今后研究發(fā)展的方向。由于繼電器邏輯電路存在眾多缺點(diǎn)，所以大多數(shù)采用繼電器邏輯控制的熱電廠輔機(jī)系統(tǒng)，尤其是較為重要的控制系統(tǒng)，往往不能正常運(yùn)行，或者運(yùn)行一段時(shí)間以后不得不改為就地操作，給生產(chǎn)和運(yùn)行帶來困難。雖然，這方面有所進(jìn)步，但調(diào)度人員，給調(diào)度的及時(shí)性、準(zhǔn)確性帶來很大的困難。用以保證安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面的要求。集中供熱得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。根據(jù)現(xiàn)有資料表明，這一階段的監(jiān)測(cè)僅僅是就地測(cè)量?jī)x表提供參數(shù)，供熱管線上的參數(shù)是靠巡線人員步行或騎自行車到就地抄表和記錄，只是運(yùn)行工作人員根據(jù)規(guī)定參數(shù)和工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)操作，機(jī)械勞動(dòng)強(qiáng)度大，已逐步淘汰。 供熱監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展 供熱系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展隨著國(guó)家集中供熱的發(fā)展而發(fā)展，大致分為3個(gè)階段。(3)缺乏有效的節(jié)能措施。(2)缺乏有效的檢測(cè)和控制手段。國(guó)內(nèi)供熱系統(tǒng)目前多處于低效