引言

集中供熱具有節約能源和改善城市環境等方面的積極作用，而且日益成為城市公用事業的一個重要組成部分。隨著國民經濟的飛速發展，城市集中供熱的壯大，科學管理熱力管網具有重大的經擠效益和社會效益。

換熱站是連接供熱站和用戶極為重要的環節，不僅其工作的安全性、可靠性直接影響鍋爐的安全性及供熱質量，而且對提高其工作效能還具有十分重大的節能意義。連接于熱源和熱用戶之間的供熱系統是整個集中供熱系統的重要組成部分。

1 熱水交換站介紹

換熱站又稱熱力站，其主要是將一次網的熱量通過換熱器進行熱交換后，將二次網熱水送到各個熱用戶，從而達到供暖的目的。利用先進的工業自控技術、計算機技術、通訊技術構成的換熱站及遠程監控管理系統，對熱力系統實施更科學、更規范的監控管理，提高中央調度室的監控能力，具有非常巨大的經濟效益和社會效益。

居民小區的供熱系統主要包括小區的熱水管網和熱力站，熱水管網又分為一次網與二次網，一次網是指連接于城市管網與熱力站之間的管網，二次網是指連接于熱力站與熱用戶之間的管網，熱力站是指連接于一次網與二次網并裝有相關設備、儀表和控制設備的機房，是熱量交換、熱量分配以及系統監控和調節的樞紐，它用于調整和保持熱媒參數（壓力、溫度和流量），使供熱、用熱達到安全經濟運行，也是計量供熱系統能夠正常運行的重要組成部分。

換熱站主要構成：熱水交換器、二次熱水循環泵、補水泵管、網中各種閥體、傳感器及儀表。

2 現狀及改造控制方式

目前換熱站大多采用人工測溫，現場儀表，人工手動控制調節閥，設備簡單，方式落后，這樣既浪費人力，又在出現事故隱患時難以發現，丟水、漏水不斷發生，易造成熱力失衡，影響供熱效果，從而造成能源的極大浪費。水力失調現象難以清除，使用戶冷熱不均，發生事故時不能及時報警，影響供熱系統的可靠運行，并且各站之間難以統一調度，容易造成熱力失衡，不能做到最大限度能源利用。

本系統是對我市某區的十個傳統換熱站進行的改造工程。使用一臺計算機作為上位機，通過無線通信。對十個換熱站的工作狀態進行遠程監控。換熱站現場采用北京研華公司的4000系列數據采集模塊進行數據采集、MCGS組態軟件實現工況監測、故障保護及事故報警。正常情況下，上位機的監控人員根據上傳數據可實時通過上位機對該站的水泵進行起?？刂疲瑢崿F換熱站的無人值守。

圖 1 換熱站管網系統圖

2．1 系統功能介紹

換熱站計算機監控系統按照功能可分為兩部分：上位機（監控中心）和下位機（本地現場控制）。

2．1．1 上位機主要功能

（1）巡回檢測各換熱站及泵房的實時參數，包括各站每臺泵的工作狀態、過載狀態、泵電流，各站二次側回水壓力、出水壓力、回水溫度、出水溫度、水位等。

（2）接收和記錄下位機傳來的報警信號，包括電源掉電，火警信號。

（3）遠程開、關泵操作。可分別對各站每臺泵單獨進行起、?？刂撇僮?。

（4）使用曲線圖、表格方式顯示實時數據和歷史數據以及表格打印。

2．1．2 下位機主要功能

（1）現場數據采集和處理，發出執行動作信號，與上位機交換信息。

（2）一次側回水溫度、出水溫度、回水壓力、出水壓力監測。

（3）二次側各泵電流的監測及電流超高、低限時自動停泵。

（4）二次側水位監測。超高、低限報警。

2．2 硬件實現

針對我市某換熱站項目改造，采用研華數據采集控制模塊，實現換熱站各個數據采集，通過MCGS組態軟件實現動態監控及控制。

2．2．1 研華模塊

目前基站控制，多采用PLC控制方式，小型PLC多為I／O口，通常無A／O口，通訊功能差。中型PLC通常為機架組合式，造價高，采用研華數據模塊4017，4022T可以最大性價比實現此要求：

（1）4017 8路模擬量輸入模塊

16位分辨率；8路差分輸入；輸入類型：mV，V，mA；隔離電壓：3 000 Vde；支持Modbua／RTU控制；支持4～20 mA。

數據采集如下：一、二次側的進出水溫度，一、二次側的進出水壓力，一、二次側的進出水流量等。

（2）4022串行雙回路PID控制器

通道數：4、輸入類型：熱電偶，mA，V，熱電阻、輸入范圍：0～20 mA，4～20 mA，O～10 V、內置看門狗定時器。

系統中采用二次網供水溫度作為反饋控制一次網調節閥的開度，二次網供水溫度可以在上位機的設定窗口中設置，在4022T模塊的控制下，實現PID控制進行換熱器網供水入口的調節閥開度控制。

2．2．2 MCGS觸摸屏組態軟件

在組態軟件的控制下，通過對室外溫度、二次回水溫度進行采集，計算出二次供水溫度，依此對循環泵的流量進行控制，從而實現穩定供熱。

采用變頻調速技術控制循環泵的流量，實現對供熱流量的調節，可達到節能的目的。供熱系統在運行中管網失水是不可避免的，如果不進行及時補水，不僅會造成管網壓力下降，還造成整個供熱系統不能正常運行。系統的補水部分由壓力傳感器對管網的水壓進行測量，并與給定的壓力值進行比較，根據二者的偏差對補水泵進行 PID控制，保證供水壓力恒定。

2．3 節能分析

在控制系統的穩定調節性能的配合下這些節能措施的功效得到了充分的發揮。具體比較分析如下：

從表l中看出隨著熱負荷的下降節能效果愈發明顯，這主要由于研華數據采集控制模塊準確采集管網數據，通過PID控制合理調整調節閥開度，在低熱負荷狀態下可以節約大量的熱能經濟效益顯著。

3 結論

本系統能夠實現換熱站現場運行工況的實時在線監控，研華數據采集控制模塊和觸摸屏的結合，幫助運行管理人員及時準確地了解現場運行工況、調整運行參數，實現按需供熱，提高供熱質量，節約能源，從而提高了整個系統運行的安全性，穩定性和經濟性，在城市集中供熱系統具有廣泛的推廣價值。