自动化控制换热系统分析与应用

　　摘要：某热电公司主要负责该地区企业及生活的居民提供能源服务，系统全部投运后可满足足1.8Km2范围内近200万m2各类建筑的生产﹑生活﹑供热﹑制冷用蒸气。文章介绍了自动化控制换热系统分析与应用，供大家参考。
　　
　　一、应用环境概述
　　
　　某热电公司主要负责该地区企业及生活的居民提供能源服务，系统全部投运后可满足1.8Km2范围内近200万m2各类建筑的生产﹑生活﹑供热﹑制冷用蒸气。采用0.6MPa的饱和蒸气为基本热力工作介质：冬季做为各用户暖气系统的热源，通过换热器（多数为板式换热器）的工作使暖气系统的循环水达到控制的温度；夏季以0.6MPa的饱和蒸气通过溴化锂制冷机（多数为蒸气型双效式）的工作循环满足用户的舒适性及冷气空调的要求。
　　
　　1、热源
　　
　　该公司供热场锅炉房包括4台35吨/时﹑1.57MPa饱和蒸气锅炉和3台10吨/时、1.25MPa饱和蒸气单层布置组装式饱和蒸气锅炉，总安装容量170吨/时。主辅锅炉房分别安装有鼓引风机﹑给水泵﹑除尘器以及水处理设备。
　　
　　2、区域热力管网
　　
　　该区域内环形布置了一套区域供热管网，全长5.2Km，由于两根蒸气管对供热（制冷）负荷变化的适应性还是对提高供气的可靠性方面都较为有利故蒸气采用双母管制。为节约能源确保蒸气凝结水的回收，在热力管网内同时布置了一根冷凝回水管，要求各蒸气用户采用闭式回水系统利用凝结水泵进行冷凝水的回打，并保证冷凝回水率不低于80%。
　　
　　3、换热制冷站
　　
　　蒸气进入换热制冷站点后经减压阀送入换热制冷设备，夏季由溴化锂吸收式制冷机组产生7～12℃冷水，用冷冻水泵通过管道供给空调机组或风机盘管及新风机组等末端装置，站点内配备凝水泵﹑补水泵﹑凝水水箱﹑补水水箱和软化水装置，在楼顶设置冷却塔；冬季由板式换热器制备55～70℃热水，用暖气循环水泵通过管道供给风机盘管及新风机组（部分系统末端采用散热器），换热站内配备软化水装置用以储备软化水供取暖系统循环水使用，在顶层设置膨胀水箱，出现各类原因造成系统出现水压不足（主要表现为膨胀水箱液位降低）需要启动补水泵自补水水箱（某些系统补水箱与凝水箱共享）进行补水，当凝水水箱水位达到一定值时，启动凝水泵向热网进行凝水回打。
　　
　　这样一来，整个基地只需一套单一热力介质的生产输送系统配合各冷暖气站的二次系统便可满足企业及生活区居民的多方面需求，根据冷暖气负荷在冬夏两季的不同而分别运行一种炉型，锅炉的利用率较高，同时也便于相互备用以确保安全运行。而各冷暖气站的设备型号﹑运作流程则各异，设计选用设备的不恰当会造成运行管理的困难，而运行管理的困难则直接影响到设备的使用寿命﹑运作的安全稳定等，在发现各冷暖气站的不完善情况下，予以分析﹑解决，在运行管理中提高设备的使用效能，使设备长期安全可靠﹑能的运行成为基地能源服务人员的重要课题。因此，该公司对系统进行自动化改造。
　　
　　二、系统原理
　　
　　本系统为现场实时测控系统与远程监控系统，，它对测量数据的处理以及控制算法都是以数字计算为基础，通过软件实现的。同大多数计算机化监控系统一样，主体部分传感器﹑现场采集模块﹑GPRS模块及工业平板电脑﹑主控计算机﹑远程监控中心等部分组成。
　　
　　1﹑工业平板电脑﹑主控计算机：是计算机监控系统的核心，它的主要特性如下：
　　
　　1）主控计算机的工作过程*由预先编制的软件决定，而常规仪表是由电子逻辑电路或其它机械硬件逻辑实现，控制管理功能是由软件还是由硬件实现是计算机控制与常规仪表控制的主要区别。
　　
　　2）本系统运行以VC编制的程序，将各种输入信号通过数据总线直接接到计算机输入端口，从而实现数据采集与控制管理保护功能，而不是像常规仪表控制器由各自独立的一对一的单回路控制或保护电路构成，如此主控计算机就有可能全面考虑控制对象的各种参数，对其进行统一的系统性的控制﹑保护及管理。
　　
　　3）工业平板电脑便携，简单，实用，多应用于工业现场附近。内置WinCE,Linux嵌入式操作系统，性能稳定，抗温，抗湿，抗*力强。带有触摸屏，触控式操作，自主运行，实时显示监控！
　　
　　2﹑传感器
　　
　　传感器感测出需要监测控制的各种物理量并将其变为电信号送至计算机，相当于主控计算机的眼睛。本系统将各类参数的状态以电压﹑开关信号等方式传送至现场模块，主要有温度传感器﹑压力传感器﹑液位传感器及电流传感器。
　　
　　3﹑现场模块
　　
　　由DAM-3046系列现场模块完成数据采集与控制信号向执行器的发送，再通过RS485通讯方式将信号传送至转换模块DAM-3210，转换成能与计算机串口连接的RS232通讯方式。
　　
　　4﹑执行器
　　
　　可由计算机直接控制的各种开关和阀门，计算机通过调整执行器来具体实现控制功能，相当于主控计算机的手和脚。控制器通过现场模块的两类输出通道与执行器连接：
　　
　　1）开关量输出通道（DO）。它可以由控制软件将输出通道设置成高电频或低电频，通过驱动电路即可带动继电器或其它开关组件，也可以驱动指示灯显示状态；
　　
　　2）仿真量输出信道（AO）。输出的信号是0～10V的电压，其值的大小是由控制软件决定的，由于计算机内部处理的信号都是开关量信号，因此这种可连续变化的仿真量信号是通过数字－仿真转换电路（D/A）产生的。
　　
　　5．GPRS模块
　　
　　1）简述：GPRS是通用分组无线业务（GeneralPacketRadioService）的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统（BSS）从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种、低成本的无线分组数据业务。基于GPRS网络组建的热网远程监控系统有如下特点：
　　
　　◇永远在线GPRSDTU一开机就能自动附着到GPRS网络上，并与数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据，具有很高的实时性；
　　
　　◇按流量计费GPRSDTU一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时不收费用；
　　
　　◇高速传输GPRS网络的传输速度zui快将达到160Kbps，速率的高低取决于移动运营商的网络设置，根据中国移动的网络情况，目前可提供20～40Kbps的稳定数据传输；
　　
　　◇组网简单、迅速、灵活GPRS无线系统可以通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信网络，为广大中小用户提供接入便利，节省接入投资；
　　
　　◇通信链路由专业运营商维护由于采用中国移动的GPRS数据业务，因此链路维护也由中国移动负责，免除通信链路维护的后顾之忧；
　　
　　◇防雷击由于采用中国移动的GPRS数据业务，所以在不影响上网的前提下，GPRSDTU的发射功率非常小，天线非常短，而且无需高架，克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击坏设备的缺点。
　　
　　2）GPRS模块通过串口与平板电脑或主控计算机相连。在对GPRS通信模块进行配置时预先输入数据中心的固定IP地址、采集数据命令，采集时间间隔等必要参数，同时，也可以远程设置相关参数。GPRS通信模块收到控制器发来的数据后，把这些数据送到前面设置的IP地址网络服务器中，通过端口映射转发到数据中心服务器。GPRS发送数据的过程为：数据送到中国移动GPRS网络中，然后再经过Internet，zui后在数据中心通过接入专线或宽带拨号网络的服务器接收，接收服务器完成数据处理，写库，转发等一系列工作。
　　
　　三﹑自动化控制系统的构成
　　
　　1﹑硬件主体：对各类传感器分述如下：
　　
　　（1）温度传感器
　　
　　选用热电阻温度传感器，热电阻是随温度变化的测温组件，其电阻值随温度上升而增大，其受热部分（感温组件）用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上，工业上用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻两大类，本系统使用的是铂热电阻，分度号为Pt100，适用温度范围－200～850℃，普通热电阻基本结构除感温组件外，还有保护套管﹑安装固定装置﹑接线盒等。
　　
　　（2）压力传感器
　　
　　4040PC型压力传感器为霍尼韦尔开发的*个采用单芯片的压力变送器，它的封装适合用于严酷环境，工作温度为－45～125℃，结构由不锈钢﹑玻璃﹑焊剂﹑硅和黄铜组成。采用全校整和温度补偿，提供线性放大的输出，基于阻特性的单芯片技术极大地提高了长期使用的可靠性。
　　
　　（3）液位传感器
　　
　　霍尼韦尔LL系列液位开关可提供非常准确的液位测量，1个LED和1个光电接收器被放入塑料的半圆球内，根据光的内部反射原理，当无液体时，绝大多数LED光都会被光电接收器接收到，当液体覆盖球表面时，圆球顶与液体界面的折射系数发生变化，光电接收器接收的LED光将会减少，因此输出将会发生变化，开/关输出信号与现场模块数字量输入端相连从而为计算机定时读取。
　　
　　2﹑硬件框架图如图所示：
　　
　　示图一：
　　
　　数据传输路径一：通过DAM-3000系列485模块对传感器过来的信号进行采集，并将采得的信号由485接口发送给平板电脑，进行实时监控。或输出外部信号调控执行器件的动作。具体流程请参照示图一。
　　
　　示图二
　　
　　数据传输路径二：通过DAM-3000系列485模块对传感器过来的信号进行采集，然后由DAM-3210模块将485信号变送成232信号，并发送给主控计算机。主控计算机再通过GPRS模块将信号传送给远程监控中心。具体流程请参照示图二。
　　
　　3.现场模块
　　
　　本系统选用DAM-3000系列现场模块，简述如下：
　　
　　（1）DAM-3046模块6路热电阻输入模块
　　
　　功能：通过温度传感器采集供回水温度
　　
　　地址：01-19
　　
　　Sense0-59：供水温度，共60路测温点，需10路DAM-3046模块
　　
　　Sense60-119：回水温度，共60路测温点，需10路DAM-3046模块
　　
　　（2）DAM-3058F模块8路模拟量输入
　　
　　功能：通过压力传感器采集各种压力信号
　　
　　地址：20
　　
　　Vin0：供水压力
　　
　　Vin1：补水泵出口压力
　　
　　Vin2：循环泵出口压力
　　
　　Vin3：凝水泵出口压力
　　
　　Vin5：除污器后回水压力
　　
　　Vin6：换热器入口蒸气压力
　　
　　Vin7：入户蒸气压力
　　
　　（3）DAM-3013
　　
　　16路隔离数字量输入模块
　　
　　功能：通过液位传感器采集凝结水箱的液位信号，根据液位状况在高液位有水时起凝水泵，低液位无水时停凝水泵
　　
　　地址：21
　　
　　In0-7：采集8路高液位信号
　　
　　In8-15：采集8路低液位信号
　　
　　（4）DAM-3014
　　
　　16路隔离集电极开路输出模块
　　
　　功能：通过液位高低控制冷凝水泵与补给水泵的开停
　　
　　地址：22
　　
　　Out0-7:控制8路冷凝水泵
　　
　　Out8-15：控制8路补给水泵
　　
　　（5）DAM-3210
　　
　　隔离RS-232转RS-485转换模块
　　
　　功能：将485信号转换成232信号
　　
　　四﹑实际运行效果
　　
　　本自动化控制系统自投入运行以来，运行状况良好，确保了换热系统安全稳定运行，没有出现故障，换热站内不再设置运行人员，提高了效率。通过平板电脑与GPRS模块实现了现场监测与远程监测的双重监控。