一、簡介

隨著國家節(jié)能減排政策的出臺與環(huán)保意識的增強(qiáng)，集中供熱事業(yè)迅猛發(fā)展，管網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，能源供應(yīng)日趨緊張，成本不斷上升，從而使得技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造成為供熱部門面臨的緊迫問題。粗放型供熱方式必須向“高效、節(jié)能、環(huán)?！钡母咝录夹g(shù)型供熱方式轉(zhuǎn)變。實現(xiàn)全網(wǎng)計算機(jī)自動控制是一條理想的途徑。把計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于熱力網(wǎng)的運行管理，為供熱單位提供了具有時代特征的科學(xué)化管理平臺。在這個平臺上，既可實施總覽熱力網(wǎng)運行狀態(tài)與參數(shù)，又可利用采集數(shù)據(jù)、計算分析室外溫度及系統(tǒng)供熱量變化規(guī)律，定期做出整體運行方案，指導(dǎo)運行并實現(xiàn)自動控制，達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)要求。

二、熱力網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

1.熱網(wǎng)監(jiān)控目的與作用

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可適時、全面、準(zhǔn)確地掌握熱網(wǎng)運行情況，同時也是熱網(wǎng)安全、可靠、高效運行的保證，可起到五個方面作用：

①及時檢測熱網(wǎng)運行各項參數(shù)，掌握系統(tǒng)運行工況；

②按需均勻調(diào)節(jié)流量，消除用戶室溫冷熱不均現(xiàn)象；

③隨時合理匹配工況，保證按需供熱，熱盡其用，節(jié)約能耗；

④及時診斷系統(tǒng)故障，消除隱患，確保安全運行；

⑤健全運行檔案，實現(xiàn)量化管理。

2.熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)組成

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由調(diào)度監(jiān)控中心、現(xiàn)場控制器STEC2000、通訊網(wǎng)絡(luò)和與監(jiān)控有關(guān)的儀器儀表組成。橫向上，熱力網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由熱源（首站）監(jiān)控系統(tǒng)、熱力站監(jiān)控系統(tǒng)、中繼泵站監(jiān)控系統(tǒng)等組成。可在熱力網(wǎng)有關(guān)管道的某些重要部位設(shè)置節(jié)點，采集溫度、壓力和流量等參數(shù)，稱為節(jié)點監(jiān)測系統(tǒng)。調(diào)度監(jiān)控中心主要由上位機(jī)軟件、服務(wù)器、操作站等組成。

3.熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的功能

熱網(wǎng)的中央監(jiān)控系統(tǒng)軟件安裝在作為監(jiān)控中心的服務(wù)器上，該服務(wù)器將采集現(xiàn)場控制器的數(shù)據(jù)，監(jiān)測現(xiàn)場控制器的運行情況并指導(dǎo)操作員進(jìn)行操作。服務(wù)器定期從現(xiàn)場控制器采集數(shù)據(jù)，以保證其數(shù)據(jù)庫不斷更新。服務(wù)器還向現(xiàn)場控制器發(fā)送控制和參數(shù)設(shè)置指令，操作員從控制中心通過該系統(tǒng)能夠方便地得到各換熱站運行數(shù)據(jù)，并向子站下達(dá)指令。同時現(xiàn)場控制器能主動將站內(nèi)的異常事件或數(shù)據(jù)上傳至控制中心。

通訊網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個郵政系統(tǒng)，把每個人發(fā)送的信件及時準(zhǔn)確地傳送到目的地。對于用戶而言，通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是“透明”的，即用戶只需要關(guān)心自己要發(fā)送的信件，不必關(guān)心郵局是如何組織的。因此用戶應(yīng)盡量利用城市公共通訊網(wǎng)絡(luò)。目前，較為可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)有公用電話網(wǎng)、ADSL寬帶、工業(yè)以太網(wǎng)、無線數(shù)傳電臺、GSM/GPRS移動通訊網(wǎng)等。

智能化熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是在上述基礎(chǔ)上，加入集中供熱專業(yè)運行管理經(jīng)驗而得到的。實行按需供熱，運用變壓變流量專家控制系統(tǒng)，即換熱站的供熱量可隨用戶所需供熱量而變化，系統(tǒng)流量也隨用戶的供熱量而變化。

三、溫度控制與調(diào)節(jié)

1.直接設(shè)定控制法

換熱站的供熱量應(yīng)隨用戶所需供熱量而變化，但按熱量控制目前還沒有可遵循的具體方法。同時一個換熱站所擔(dān)負(fù)的供熱面積很大，用戶很多，且距離較遠(yuǎn)，不可能按所有室內(nèi)溫度進(jìn)行控制。因此，一般控制二次網(wǎng)的回水溫度，以達(dá)到控制用戶室溫的目的。

二次網(wǎng)供、回水溫度（或二次網(wǎng)的供、回水平均溫度，下同）控制有直接設(shè)定控制、室外溫度補(bǔ)償控制等多種控制模式。其中直接設(shè)定控制，系指在現(xiàn)場控制設(shè)備操作界面上，運行人員根據(jù)經(jīng)驗直接設(shè)定合適的二次網(wǎng)供水溫度，然后控制設(shè)備通過調(diào)節(jié)一次網(wǎng)電動閥，保證二次網(wǎng)供水溫度達(dá)到設(shè)定值。室外溫度補(bǔ)償控制系根據(jù)室外溫度的變化情況，隨時調(diào)整二次網(wǎng)供水溫度，既可通過對照查表法，也可以通過設(shè)定曲線的方式，達(dá)到控制目標(biāo)。

2.室外溫度補(bǔ)償控制法

室外溫度補(bǔ)償控制法，系隨室外溫度變化情況，改變二次網(wǎng)供水溫度的設(shè)定值，并以該設(shè)定值作為調(diào)節(jié)目標(biāo)，來調(diào)節(jié)一次網(wǎng)的回水溫度。這是一個經(jīng)驗調(diào)節(jié)方法，具體的數(shù)據(jù)可以由用戶自行依據(jù)本地區(qū)實際運行經(jīng)驗設(shè)定。但是這些數(shù)據(jù)必須是經(jīng)過至少一個采暖季節(jié)運行后，通過專家系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)。此表的設(shè)定數(shù)據(jù)是根據(jù)天津地區(qū)運行經(jīng)驗取得的，寒冷地區(qū)或其他地區(qū)可依據(jù)實際情況總結(jié)自己的運行經(jīng)驗。

當(dāng)室外溫度進(jìn)入模糊區(qū)時，二次供水溫度的設(shè)定值保持不變，也能滿足保持室內(nèi)溫度穩(wěn)定的要求，同時可減少閥門的動作，保護(hù)執(zhí)行器。

四、壓力（流量）控制與調(diào)節(jié)

系統(tǒng)流量應(yīng)隨用戶的供熱量而變化，主要是通過循環(huán)水泵加裝變頻器來實現(xiàn)。因此，如何控制變頻器的頻率，是一個非常關(guān)鍵的問題。當(dāng)變頻器的頻率變化時，必然會引起二次網(wǎng)的循環(huán)流量、供水溫度等發(fā)生一系列變化，且彼此相互影響。電動調(diào)節(jié)閥頻繁動作，會影響使用年限。所以必須正確控制變頻器的頻率，以達(dá)到控制循環(huán)泵的流量。常見的變頻器頻率控制方法有以下幾種。

1.直接給定頻率法

目前大部分供熱系統(tǒng)采用這種方法，雖然也可以節(jié)電，但基本上是定流量運行方式，不能實現(xiàn)最大化節(jié)能要求。

2.壓差或壓力定頻率法

根據(jù)二次網(wǎng)的供水壓力或供、回水壓差來控制二次網(wǎng)循環(huán)水泵的進(jìn)行頻率。取壓點的位置，可設(shè)在二次網(wǎng)的供、回水管上，有條件時，可將測壓點設(shè)在系統(tǒng)最不利用戶的供、回水干管上。該控制模式也可以稱為變流量運行控制，但對現(xiàn)行供熱模式不太合適。

3.室外溫度定頻率法

在室外溫度變化的同時，系統(tǒng)的循環(huán)流量也隨之變化，供回水壓力或壓差也將發(fā)生變化。既變壓，又變流量，方可達(dá)到系統(tǒng)最佳調(diào)節(jié)工況，同時也可實現(xiàn)最大限度地節(jié)能。

邏輯控制程序為：一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥門在系統(tǒng)發(fā)生故障和斷電時應(yīng)自動關(guān)閉；來電時啟動順序為：控制器上電→補(bǔ)水泵（如果需要）→二次網(wǎng)循環(huán)水泵→一次電動調(diào)節(jié)閥門緩慢開啟；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時的順序為：一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉→二次網(wǎng)循環(huán)水泵關(guān)閉→補(bǔ)水泵關(guān)閉；遠(yuǎn)程閥門直接關(guān)閉即可；遠(yuǎn)程開關(guān)二次網(wǎng)循環(huán)水泵：關(guān)泵先關(guān)一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥門，開泵后開啟一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥。無論以任何方式，只要二次網(wǎng)停止水流，一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥門都會自動關(guān)閉。

4.某熱電廠項目實例——PTSN電話通訊方式

某熱電聯(lián)產(chǎn)公司共有兩個熱電廠和一個熱水鍋爐房。下屬換熱站約80個，以及數(shù)十個蒸汽用戶。選用STEC2000嵌入式控制器，于2002年完成了全部20個蒸汽換熱站的監(jiān)控系統(tǒng)，并接入原有蒸汽抄表系統(tǒng)。

監(jiān)控中心采用兩臺通訊服務(wù)器，一臺負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、控制指令發(fā)送；一臺負(fù)責(zé)專門接受各熱力站的報警信息；一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，采用Oraclegi數(shù)據(jù)庫；一臺網(wǎng)絡(luò)發(fā)布服務(wù)器，運行網(wǎng)絡(luò)版監(jiān)控軟件HOMS2.0。

通訊網(wǎng)絡(luò)采用普通電話撥號，但監(jiān)控中心與各熱力站電話統(tǒng)一構(gòu)建一個內(nèi)部虛擬網(wǎng)，只需要撥打內(nèi)部5位號碼即可，大大降低了通訊費用。每個熱力站采用一套STEC2000嵌入式控制器，來完成熱力站的所有監(jiān)控功能。

（1）適時數(shù)據(jù)采集　測量蒸汽溫度、壓力，供水溫度、壓力，循環(huán)水泵及補(bǔ)水泵的運行狀態(tài)，補(bǔ)水水箱的液位等主要工藝參數(shù)。

（2）數(shù)據(jù)存儲　控制器設(shè)有16M的數(shù)據(jù)空間，根據(jù)各熱力站的需要，設(shè)定數(shù)據(jù)存儲間隔，最短1s，最長1h，將采集的數(shù)據(jù)全部存儲在現(xiàn)場控制器中，可以完成一個采暖季的所有數(shù)據(jù)存儲。

（3）現(xiàn)場控制　該控制器能夠靈活地完成室外溫度補(bǔ)償、自動補(bǔ)水、溫度調(diào)節(jié)、值班采暖、流量調(diào)節(jié)等自動控制環(huán)節(jié)。二次網(wǎng)供溫控制有直接設(shè)定控制、室外溫度補(bǔ)償控制等多種控制模式。其中直接設(shè)定控制指在現(xiàn)場控制設(shè)備操作界面上，運行人員根據(jù)經(jīng)驗直接設(shè)定合適的回水溫度，然后控制設(shè)備通過調(diào)節(jié)一次網(wǎng)電動閥，保證回水溫度達(dá)到設(shè)定值。室外溫度補(bǔ)償控制，則根據(jù)室外溫度的變化情況，隨時調(diào)整回水溫度，既可通過對照查表，也可以通過設(shè)定曲線的方式實現(xiàn)。當(dāng)班采暖則根據(jù)運行人員的經(jīng)驗設(shè)定各熱力站特殊時段的供水溫度。自動補(bǔ)水控制主要分為壓力開關(guān)自動補(bǔ)水、變頻定壓補(bǔ)水、啟停自動定壓補(bǔ)水等三種方式。

（4）安全保護(hù)　通過適時監(jiān)測主要工藝參數(shù)，當(dāng)參數(shù)異常超出范圍時，采取緊急措施，切斷調(diào)節(jié)閥電源，停止蒸汽供應(yīng)，防止出現(xiàn)汽化造成安全事故。

（5）報警　設(shè)有停電報警、水箱水位報警、超溫報警、超壓報警等多種報警信息。當(dāng)出現(xiàn)報警信號時，控制器立刻撥通控制中心報警專用電話，請求處理。

（6）現(xiàn)場顯示操作　采用5英寸（12.7cm）彩色液晶顯示操作屏，進(jìn)行熱力站運行過程的適時監(jiān)測，并通過鍵盤設(shè)定最優(yōu)的運行方案，瀏覽存儲的歷史數(shù)據(jù)和報警記錄等。

STEC2000控制系統(tǒng)投入運行后，為業(yè)主帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)現(xiàn)場實測評估，系統(tǒng)節(jié)能率高達(dá)20％，運行一個采暖季節(jié)便可收回全部投資。每個采暖季節(jié)每萬平方米供熱面積，平均每小時節(jié)省蒸汽0.06t，共計節(jié)約資金166.5萬元。