《工業(yè)控制計算機》2010年第23卷第10期換熱站節(jié)能改造Control of Energy Exchange Station嵇啟春李金(西安建筑科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院,陜西西安710055朱京衛(wèi)(陜西紫光自動化系統(tǒng)工程有限公司,陜西西安710056城市集中供暖已成為我國熱網(wǎng)節(jié)能改造的主要發(fā)展趨勢,采用合理的節(jié)能改措施,以延安城市供熱控制為研究背景,以實現(xiàn)各換熱站無人值守自動控制、數(shù)據(jù)傳輪、集中監(jiān)控為主要工作,并給出了系統(tǒng)改逵后取得的良好效果。關(guān)鍵詞:換熱站,自動控制,節(jié)能AbstractCity central heating has become a major energy saving heating network trends, this paper reasonable energy-savingmeasures to Yan an city heating control for the research background in order to achieve the heat exchange station auto-matic control, data transmission, centralized monitoring as the main work and transformation of the system is given after thegood results achievedKeywords heat exchange station, automatic control, energy saving城市熱網(wǎng)的熱交換樞紐是換熱站,它發(fā)揮著舉足輕重的作從控制的角度來講,集中供熱換熱站控制系統(tǒng)主要由3個用,要對整個熱網(wǎng)實現(xiàn)自動控制可以將熱網(wǎng)中的各個換熱站為控制回路。分別是:換熱器二次供水溫度調(diào)節(jié)控制回路;二次供控制小單元,以點及面,實現(xiàn)整個熱網(wǎng)的自動控制,最終達到節(jié)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)。要能的目的實現(xiàn)熱網(wǎng)的自動控制及未投入自控時存在的問題主要做到以下1換熱站基本的結(jié)構(gòu)與功能幾個方面。簡單地說,一個換熱站就是指熱能交換機組將熱量從主傳21管網(wǎng)水利平衡系統(tǒng)輸管網(wǎng)系統(tǒng)傳送至熱能用戶方設(shè)施,并聯(lián)結(jié)這兩個系統(tǒng)的樞紐。供暖系統(tǒng)能穩(wěn)定的運行,是系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制的前提所以未投入自控控制的換熱站一般有換熱器循環(huán)泵、補水泵、手動首先要解決水利失調(diào)的問題。使用平衡閥可以有效地保證管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥等簡單的設(shè)備組成,結(jié)構(gòu)如圖1所示。靜態(tài)水力及熱力平衡,它的工作原理是通過改變閥芯的行程來改變阻力系數(shù)達到調(diào)節(jié)流量的目的,對于每一環(huán)路只需安裝個平衡閥(安裝于回水管路的直管段上),不需要安裝截止閥,這樣就可以消除個別用戶室溫過低或過高的弊端,并同時達到節(jié)煤、節(jié)電各15%的目標(biāo);同時,當(dāng)檢測到管網(wǎng)的實際壓力大于設(shè)圖1未實現(xiàn)自動控制的換熱站結(jié)構(gòu)圖計壓力時,為保證整個系統(tǒng)仍可穩(wěn)定運行,則需要在供暖系統(tǒng)的圖1所示換熱站常存在以下缺點:①管網(wǎng)水力失調(diào)熱用戶二次回水管與補水箱之間安裝泄壓閥,更容易實現(xiàn)水力工況平受熱不均離換熱站近的用戶能達到甚至超過采暖標(biāo)準溫度,遠衡、滿足設(shè)計供水溫度的要求。離換熱站的用戶采暖溫度低不能滿足用戶供熱需求;②二次供22二級網(wǎng)供水溫度控制水溫度難以控制;③系統(tǒng)用電量大等當(dāng)換熱器的二次供水溫度偏離設(shè)定值時,控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)就2實現(xiàn)熱網(wǎng)自動控制的措施自動改變電動調(diào)節(jié)閥的開度,從而改變進入換熱器的一次熱媒初步設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。的流量,改變傳送到換熱器的熱能,使二次的供水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近,根據(jù)不同情況,常見的控制方式有經(jīng)驗調(diào)節(jié)、分時段調(diào)節(jié)、定溫調(diào)節(jié)。為了做到既經(jīng)濟運行又保證供熱質(zhì)量,可以采用經(jīng)驗調(diào)節(jié)方式控制二次供水溫度?？刂破鲀?nèi)部設(shè)有氣二次水通度候補償曲線(可由技術(shù)人員根據(jù)本地區(qū)的氣象情況經(jīng)驗曲中國煤化工示),分CNMHG溫與二次供水溫度、L次回水溫度與二次供直外品度圖2實現(xiàn)自動控制的換熱站結(jié)構(gòu)圖水溫度,傳給智能PD圖3溫度補償調(diào)節(jié)曲線換熱站節(jié)能改造控制器自動調(diào)節(jié)一次管網(wǎng)上電動調(diào)節(jié)閥,來改變一次網(wǎng)進換熱25數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(計量與統(tǒng)計)器的流量,保證二次網(wǎng)供水水溫與其設(shè)定值相符,從而保證初在熱網(wǎng)系統(tǒng)中, SCADA熱力調(diào)度實時監(jiān)控系統(tǒng)是應(yīng)用現(xiàn)代寒中寒和末寒的供暖溫度,為消費者提供高度舒適感。二次供先進計算機及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集換熱站保護測量監(jiān)視和遠傳控水溫度調(diào)節(jié)控制原理如圖4所示制于一體采用計算機遠程集中監(jiān)控替代常規(guī)的人工測控通過設(shè)備間相互交換信息和數(shù)據(jù)共享,實現(xiàn)對換熱站運行自動監(jiān)視管理,協(xié)調(diào)和控制,提高了換熱站的保護和控制性能,系統(tǒng)通信匚款u的示意圖如圖6。器圖4二次供水溫度控制原理圖23變頻技術(shù)的應(yīng)用交流異步電動機的節(jié)電措施,就是采用不同方式的調(diào)速節(jié)能,一般較為常用的調(diào)速方法有液力耦合器調(diào)速、串級調(diào)速、電路出磁調(diào)速和變額調(diào)速四種。相比而言,變頻調(diào)速節(jié)電效果顯著。近網(wǎng)絡(luò)年來,應(yīng)用較為廣泛,尤其對水泵運行時轉(zhuǎn)速的控制上,根據(jù)水泵所耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比的原理。P=Kn式中P-功率,wK_比例系數(shù);n-電機轉(zhuǎn)速,/min圖6通系統(tǒng)示意圖循環(huán)水泵是為了控制系統(tǒng)保持一定的壓差,保水的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的建立是實現(xiàn)整個熱網(wǎng)熱力平衡熱流量使熱量帶給用戶。假如系統(tǒng)的流量需要減少20%,相應(yīng)的力整體調(diào)度和換熱站內(nèi)無人職守自動控制的基礎(chǔ)電機轉(zhuǎn)速應(yīng)降低20%,實際轉(zhuǎn)速為80%,則08≈51%,以期節(jié)3工程實例電49%?；谶@一原理,采用變頻器調(diào)速控制方式來調(diào)節(jié)流量本文選用延安市熱網(wǎng)改造項目為研究背景,延安市政供暖這在節(jié)電上是行之有效的方法。主要有兩個熱源,一個是熱電廠供熱能力160萬m2,一個是三換熱站內(nèi)循環(huán)水泵以變頻方式工作時,由壓力傳感器檢測臺熱水鍋爐供熱能力是36萬m2,現(xiàn)有換熱站數(shù)量共31個,以供水與回水管網(wǎng)實際壓差,管網(wǎng)實際壓差與設(shè)定壓差經(jīng)過比較其中一個換熱站作為主要研究背景,此換熱站設(shè)計供熱面積為后輸出偏差信號,由偏差信號控制調(diào)整變頻器輸出的電源頻率,15萬m2,供熱容量1050MW,改造前是有人值守的非自動控制改變水泵轉(zhuǎn)速,使管網(wǎng)壓力不斷向設(shè)定壓差趨近。利用變頻調(diào)速系統(tǒng),為了維修方便系統(tǒng)內(nèi)原設(shè)有幾個簡單的手動閥門,結(jié)構(gòu)可控制管網(wǎng)壓力原理圖如圖5所示。參考如圖1所示。對該系統(tǒng)進行節(jié)能控制改造安裝溫度、壓力傳感器,對供回水的壓力溫度進行實時檢測將循環(huán)泵、補水泵是}}北營同俠圖壓力由工頻運行方式改為變頻PD運行,在換熱機組一次側(cè)安裝電動調(diào)節(jié)閥和熱量計量設(shè)備,通過氣候補償儀和二次供水溫度信壓力傳毒器號實現(xiàn)對電動調(diào)節(jié)閥的智能PD控制,并對換熱站整體的供熱日5變頻調(diào)速控制管網(wǎng)壓力原理圖效率進行監(jiān)測和統(tǒng)計,所有數(shù)據(jù)通過控制器上傳至監(jiān)控中心,進這個閉環(huán)控制系統(tǒng)通過不斷檢測、不斷調(diào)整的反復(fù)過程實行集中存儲和分析。系統(tǒng)改造前后運行情況對比如表1所示?，F(xiàn)管網(wǎng)壓差恒定,從而使水泵根據(jù)需水量自動調(diào)節(jié)供水量,達到表1系統(tǒng)改造前后運行情況對比節(jié)水的目的,采用這一技術(shù)還可獲得明顯的節(jié)電效益。由于人為因素以及管網(wǎng)不可避免存在跑、冒、滴、漏現(xiàn)象,導(dǎo)兩系晚定定流,變流早形式并青改水方及嚴一改判白度一致水壓不穩(wěn)定,所以需要采取措施來維持水壓恒定。常見的定壓水系人愿『水梨、次水系均文有安橢調(diào)的東來配白先遺方式有膨脹水箱定壓定壓罐定壓、間歇補水定壓、連續(xù)補水定匯憑透的調(diào)控設(shè)備壓、變頻調(diào)速補水定壓,相比較而言,供暖系統(tǒng)的定壓宜采用變典運調(diào)方村監(jiān)視現(xiàn)場地調(diào)節(jié)變打返蘊山規(guī)馬政地自了動調(diào)節(jié)并存頻調(diào)速技術(shù)定壓。根據(jù)恒壓點的實測壓力值與設(shè)定壓力值的比|式能建計系棒)是全種了下”方太行內(nèi)弁調(diào)吾控制較偏差,來通過變頻器改變補水泵的運行頻率,保證恒壓點的壓力恒定(1)水力平衡節(jié)約熱能24系統(tǒng)安全保護根據(jù)經(jīng)驗,通過換熱站自動調(diào)節(jié)各換熱站實際一次流量與為使系統(tǒng)無故障時安全運行,出現(xiàn)故障時能及時報警迅速理論流量計算值相比誤差范圍在5%以內(nèi)實際管網(wǎng)流量為改造采取措施補教,系統(tǒng)可設(shè)有手動/自動切換電路,當(dāng)切換至自動前同時期的85%供出的實際熱量是設(shè)計理論熱需求的90%。位置時,系統(tǒng)可根據(jù)供回水壓差的變化,自動調(diào)節(jié)變頻泵的轉(zhuǎn)速(2)人工費用的節(jié)省比較和自動啟動、停止備用泵,以維持管網(wǎng)供回水差壓恒定,當(dāng)變頻改造前是有人全天職守改造后成為無人職守,在整體人工控制電路出現(xiàn)故障時,可切換至手動位置,使循環(huán)水泵直接在工費用中國煤化工%頻下運行保證正常供暖。當(dāng)二次側(cè)壓力超過設(shè)定值時降低變頻器頻率,既補水泵轉(zhuǎn)速,當(dāng)二次側(cè)壓力超高時,停止補水泵運CNMHG吉-年當(dāng)中節(jié)約的費用,轉(zhuǎn)并發(fā)出報警信息,自動開啟泄壓閥。除了管網(wǎng)壓力的高限和低以此作為參照延安市31個換熱站,節(jié)約的電能達可到改造前限,系統(tǒng)還設(shè)有出水溫度的高限低限報警和連鎖。的20%左右(下轉(zhuǎn)第108頁)108基于TB6588FG的無傳感器BLDC電機控制器設(shè)計及實現(xiàn)如圖3所示,(a)階段是DC激活時間,DC激活時間的調(diào)整公式數(shù)字電位器。通過MSP430F2012的兩個O口來進行調(diào)節(jié)調(diào)為TFX=069Xc2XR1;(b)階段是強迫通訊時間,不同的電機通節(jié)方式是UP/DOWN。通過設(shè)置CAT5119可使阻值最大調(diào)整過改變C1和C2電容的值可用來調(diào)整電機的啟動。為100,最小為1000,這樣控制速度的范圍為500-2500轉(zhuǎn)/分鐘如當(dāng)需要調(diào)整轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分鐘時,通過動態(tài)調(diào)整數(shù)字電位器的阻值,來適應(yīng)負載的變化。使速度穩(wěn)定在設(shè)定的范圍上。模擬調(diào)壓電路如圖5。CSvt]·G5圖3電機啟動引腳電壓變化圖一DDGN4過電流保護電路閥門控制在實際應(yīng)用中經(jīng)常會發(fā)生電機堵轉(zhuǎn)的意外情況,電機堵轉(zhuǎn)可能會造成電源和電機的燒毀,TB6588FG的限流保圖5調(diào)速電路護是通過內(nèi)部的比較器來實現(xiàn)的,如圖4所示,驅(qū)動器內(nèi)部具有3)程序軟件流程:因為采用速度脈沖信號一個比較器,負輸入端固定電壓為0V,流過電機線圈的電流電機專用驅(qū)動芯片,所以對電機通過R1電阻的采樣送入驅(qū)動器內(nèi)部,通過驅(qū)動器內(nèi)部的濾波的控制軟件就很簡單,主要的工「上升沿插獲運時歌提n網(wǎng)絡(luò)接入比較器的正輸入端。如流過R1的電流大于設(shè)定值,則作就是設(shè)置MSP430F2012的此電壓會大于05V驅(qū)動器關(guān)閉內(nèi)部驅(qū)動電路。在此電路中R2內(nèi)部定時器的工作方式其具有下降沿捕獲定時器數(shù)2和C2是起RC濾波作用防止PWM切換時的噪聲引起的保護兩個捕獲定時器捕獲的觸發(fā)方誤動作。如當(dāng)R1=033時,最大限流電流為:式選擇上下沿捕獲,然后把兩次計算速度T-T2Tlou(yp)=0.5(v033=15A捕獲的定時器的數(shù)字想減,就可和設(shè)定值比較產(chǎn)生比較誤差數(shù)據(jù)得出其速度。如果跟設(shè)定有誤差通過調(diào)整模擬電壓來調(diào)整速「設(shè)調(diào)整機擬調(diào)整地壓TB6588FG度。軟件調(diào)速的中斷服務(wù)程序流程如圖6。6結(jié)束語圖6軟件調(diào)速中斷程序流程圖針對閥門的無傳感器三相Voc-D.5v無刷電機控制系統(tǒng)的特點,采用MSP430單片機結(jié)合88FG設(shè)計的電機調(diào)速控制系統(tǒng)。利用了TB6588FG的硬件電路,簡化了整體的電路設(shè)計,同時降低了軟件的編程難度,使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠圖4過流保護電路5速度檢測控制參考文獻1)速度檢測:TB6588FG具有速度輸出腳FGOUT,電機沒[1TB6588G_en_datasheet080425.http://www.semicon.toshiba有啟動或電機發(fā)生異常是此腳輸出為低電平。當(dāng)電機被正常啟com. cn/動,此腳輸出速度信號MSP430F2012定時器具有捕獲功能通[2MsP430F20xDatasheethttp:/www.tl.com過捕獲速度脈沖的上下沿來算出速度,然后去調(diào)整數(shù)字電位器3沈建華楊艷琴驍曙MSP430系列16位超低功耗單片機原理與的阻值來調(diào)整控制速度的電壓。應(yīng)用M]北京:清華大學(xué)出版社,20042)速度調(diào)節(jié)電路CAT5119具有32為節(jié)點阻值為10的收稿日期:2010.722(上接第110頁)參考文獻[1]唐衛(wèi)熱力站自動監(jiān)控系統(tǒng)基本思路與控制模式分析[J]區(qū)域供熱頻還行時費用鎖運行時費用老打式2001(5):9-13漏水/兩用·備席力/孟哲,劉應(yīng)宗,金字澄我國集中供熱的現(xiàn)狀與對策[J華東交通大補水12.6力/年學(xué)學(xué)報,2004(6):18-22結(jié)束語3]鄧雪榮莫敬一淺談供熱站節(jié)能降耗的技術(shù)和措施[]資源節(jié)約與本文設(shè)計了全天無人職守的自動控制換熱站,并在實現(xiàn)換熱站節(jié)能控制的同時,以換熱站作為城市熱網(wǎng)各個節(jié)能點,采中國煤化工連:大連海事大學(xué)2006SCADA系統(tǒng)最終達到整個城市熱網(wǎng)的節(jié)能控制。在實際工程應(yīng)CNMHG合肥工業(yè)大學(xué)205中的應(yīng)用分析[D]天津:天用中,通過對改造前后系統(tǒng)的用電量、熱能、人工管理成本上進津大學(xué),2008行比較確實達到了明顯的節(jié)能效果。[枚稿日期:201062]