自動化控制換熱系統(tǒng)分析及應用

一、應用環(huán)境概述
某熱電公司主要負責該地區(qū)企業(yè)及生活的居民提供能源服務，系統(tǒng)全部投運后可滿足
1.8Km2 范圍內近200 萬m2 各類建筑的生產﹑生活﹑供熱﹑制冷用蒸氣。采用0.6MPa 的飽
和蒸氣為基本熱力工作介質：冬季做為各用戶暖氣系統(tǒng)的熱源，通過換熱器(多數為板式換熱
器)的工作使暖氣系統(tǒng)的循環(huán)水達到控制的溫度；夏季以0.6MPa 的飽和蒸氣通過溴化鋰制冷
機(多數為蒸氣型雙效式)的工作循環(huán)滿足用戶的舒適性及冷氣空調的要求。
1、熱源
該公司供熱場鍋爐房包括4臺35 噸/時﹑1.57MPa 飽和蒸氣鍋爐和3臺10 噸/時﹑
1.25MPa 飽和蒸氣單層布置組裝式飽和蒸氣鍋爐，總安裝容量170 噸/時。主輔鍋爐房分別
安裝有鼓引風機﹑給水泵﹑除塵器以及水處理設備。
2、區(qū)域熱力管網
該區(qū)域內環(huán)形布置了一套區(qū)域供熱管網，全長5.2Km，由于兩根蒸氣管對供熱(制冷)負
荷變化的適應性還是對提高供氣的可靠性方面都較為有利故蒸氣采用雙母管制。為節(jié)約能源
確保蒸氣凝結水的回收，在熱力管網內同時布置了一根冷凝回水管，要求各蒸氣用戶采用閉
式回水系統(tǒng)利用凝結水泵進行冷凝水的回打，并保證冷凝回水率不低于80%。
3、換熱制冷站
蒸氣進入換熱制冷站點后經減壓閥送入換熱制冷設備，夏季由溴化鋰吸收式制冷機組產
生7～12℃冷水，用冷凍水泵通過管道供給空調機組或風機盤管及新風機組等末端裝置，站
點內配備凝水泵﹑補水泵﹑凝水水箱﹑補水水箱和軟化水裝置，在樓頂設置冷卻塔；冬季由
板式換熱器制備55～70℃熱水，用暖氣循環(huán)水泵通過管道供給風機盤管及新風機組(部分系
統(tǒng)末端采用散熱器)，換熱站內配備軟化水裝置用以儲備軟化水供取暖系統(tǒng)循環(huán)水使用，在頂
層設置膨脹水箱，出現(xiàn)各類原因造成系統(tǒng)出現(xiàn)水壓不足(主要表現(xiàn)為膨脹水箱液位降低)需要
啟動補水泵自補水水箱(某些系統(tǒng)補水箱與凝水箱共享)進行補水，當凝水水箱水位達到一定
值時，啟動凝水泵向熱網進行凝水回打。
這樣一來，整個基地只需一套單一熱力介質的生產輸送系統(tǒng)配合各冷暖氣站的二次系統(tǒng)
便可滿足企業(yè)及生活區(qū)居民的多方面需求，根據冷暖氣負荷在冬夏兩季的不同而分別運行一
種爐型，鍋爐的利用率較高，同時也便于相互備用以確保安全運行。而各冷暖氣站的設備型
號﹑運作流程則各異，設計選用設備的不恰當會造成運行管理的困難，而運行管理的困難則
直接影響到設備的使用壽命﹑運作的安全穩(wěn)定等，在發(fā)現(xiàn)各冷暖氣站的不完善情況下，予以
分析﹑解決，在運行管理中提高設備的使用效能，使設備長期安全可靠﹑高效能的運行成為
基地能源服務人員的重要課題。因此，該公司對系統(tǒng)進行自動化改造。

二、系統(tǒng)原理
本系統(tǒng)為現(xiàn)場實時測控系統(tǒng)與遠程監(jiān)控系統(tǒng)，，它對測量數據的處理以及控制算法都是以數字計算為基礎，通過軟件實現(xiàn)的。同大多數計算機化監(jiān)控系統(tǒng)一樣，主體部分傳感器﹑現(xiàn)場采集模塊﹑GPRS模塊及工業(yè)平板電腦﹑主控計算機﹑遠程監(jiān)控中心等部分組成。
1﹑工業(yè)平板電腦﹑主控計算機：是計算機監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它的主要特性如下：
1)主控計算機的工作過程完全由預先編制的軟件決定，而常規(guī)儀表是由電子邏輯電路或其它
機械硬件邏輯實現(xiàn)，控制管理功能是由軟件還是由硬件實現(xiàn)是計算機控制與常規(guī)儀表控制的
主要區(qū)別。
2)本系統(tǒng)運行以VC 編制的程序，將各種輸入信號通過數據總線直接接到計算機輸入端口，
從而實現(xiàn)數據采集與控制管理保護功能，而不是像常規(guī)儀表控制器由各自獨立的一對一的單
回路控制或保護電路構成，如此主控計算機就有可能全面考慮控制對象的各種參數，對其進
行統(tǒng)一的系統(tǒng)性的控制﹑保護及管理。
3) 工業(yè)平板電腦便攜，簡單，實用，多應用于工業(yè)現(xiàn)場附近。內置WinCE ,Linux 嵌入式操作系統(tǒng)，性能穩(wěn)定，抗溫，抗?jié)?，抗干擾能力強。帶有觸摸屏，觸控式操作，自主運行，實時顯示監(jiān)控！
2﹑傳感器
傳感器感測出需要監(jiān)測控制的各種物理量并將其變?yōu)殡娦盘査椭劣嬎銠C，相當于主控計算機
的眼睛。本系統(tǒng)將各類參數的狀態(tài)以電壓﹑開關信號等方式傳送至現(xiàn)場模塊，主要有溫度傳
感器﹑壓力傳感器﹑液位傳感器及電流傳感器。
3﹑現(xiàn)場模塊
由DAM-3046系列現(xiàn)場模塊完成數據采集與控制信號向執(zhí)行器的發(fā)送，再通過RS485 通訊方式將
信號傳送至轉換模塊DAM-3210，轉換成能與計算機串口連接的RS232 通訊方式。
4﹑執(zhí)行器
可由計算機直接控制的各種開關和閥門，計算機通過調整執(zhí)行器來具體實現(xiàn)控制功能，相當
于主控計算機的手和腳?？刂破魍ㄟ^現(xiàn)場模塊的兩類輸出通道與執(zhí)行器連接：
1)開關量輸出通道(DO)。它可以由控制軟件將輸出通道設置成高電頻或低電頻，通過驅動電
路即可帶動繼電器或其它開關組件，也可以驅動指示燈顯示狀態(tài)；
2)仿真量輸出信道(AO)。輸出的信號是0～10V 的電壓，其值的大小是由控制軟件決定的，
由于計算機內部處理的信號都是開關量信號，因此這種可連續(xù)變化的仿真量信號是通過數字
－仿真轉換電路(D/A)產生的。
5．GPRS模塊
1)簡述：GPRS是通用分組無線業(yè)務（General Packet Radio Service）的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業(yè)務。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結構、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結構，這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話音業(yè)務信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)（BSS）從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業(yè)務?；贕PRS網絡組建的熱網遠程監(jiān)控系統(tǒng)有如下特點：
◇ 永遠在線 GPRS DTU一開機就能自動附著到GPRS網絡上，并與數據中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數據設備的數據，具有很高的實時性；
◇ 按流量計費 GPRS DTU一直在線，按照接收和發(fā)送數據包的數量來收取費用，沒有數據流量的傳遞時不收費用；
◇ 高速傳輸 GPRS網絡的傳輸速度最快將達到160Kbps，速率的高低取決于移動運營商的網絡設置，根據中國移動的網絡情況，目前可提供20～40Kbps的穩(wěn)定數據傳輸；
◇ 組網簡單、迅速、靈活 GPRS無線系統(tǒng)可以通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數據通信專用網絡，為廣大中小用戶提供接入便利，節(jié)省接入投資；
◇ 通信鏈路由專業(yè)運營商維護 由于采用中國移動的GPRS 數據業(yè)務，因此鏈路維護也由中國移動負責，免除通信鏈路維護的后顧之憂；
◇ 防雷擊 由于采用中國移動的GPRS 數據業(yè)務，所以在不影響上網的前提下，GPRS DTU的發(fā)射功率非常小，天線非常短，而且無需高架，克服了有線傳輸和無線電臺傳輸容易引雷擊壞設備的缺點。
2)GPRS模塊通過串口與平板電腦或主控計算機相連。在對GPRS通信模塊進行配置時預先輸入數據中心的固定IP地址、采集數據命令，采集時間間隔等必要參數，同時，也可以遠程設置相關參數。GPRS通信模塊收到控制器發(fā)來的數據后，把這些數據送到前面設置的IP地址網絡服務器中，通過端口映射轉發(fā)到數據中心服務器。GPRS發(fā)送數據的過程為：數據送到中國移動GPRS網絡中，然后再經過Internet，最后在數據中心通過接入專線或寬帶撥號網絡的服務器接收，接收服務器完成數據處理，寫庫，轉發(fā)等一系列工作。

三﹑自動化控制系統(tǒng)的構成
1﹑硬件主體：對各類傳感器分述如下：
(1)溫度傳感器
選用熱電阻溫度傳感器，熱電阻是隨溫度變化的測溫組件，其電阻值隨溫度上升而增大，其
受熱部分(感溫組件)用細金屬絲均勻地雙繞在絕緣材料制成的骨架上，工業(yè)上用的熱電阻有
鉑熱電阻和銅熱電阻兩大類，本系統(tǒng)使用的是鉑熱電阻，分度號為Pt100，適用溫度范圍－
200～850℃，普通熱電阻基本結構除感溫組件外，還有保護套管﹑安裝固定裝置﹑接線盒等。
(2)壓力傳感器
4040PC 型壓力傳感器為霍尼韋爾開發(fā)的第一個采用單芯片的壓力變送器，它的封裝適合用于
嚴酷環(huán)境，工作溫度為－45～125℃，結構由不銹鋼﹑玻璃﹑焊劑﹑硅和黃銅組成。采用全校
整和溫度補償，提供線性放大的輸出，基于阻特性的單芯片技術極大地提高了長期使用的可
靠性。
(3)液位傳感器
霍尼韋爾LL 系列液位開關可提供非常準確的液位測量，1 個LED 和1 個光電接收器被放入
塑料的半圓球內，根據光的內部反射原理，當無液體時，絕大多數LED 光都會被光電接收器
接收到，當液體覆蓋球表面時，圓球頂與液體界面的折射系數發(fā)生變化，光電接收器接收的
LED 光將會減少，因此輸出將會發(fā)生變化，開/關輸出信號與現(xiàn)場模塊數字量輸入端相連從而
為計算機定時讀取。
2﹑硬件框架圖如圖所示：
示圖一：



數據傳輸路徑一：通過DAM-3000系列485模塊對傳感器過來的信號進行采集，并將采得的信號
由485接口發(fā)送給平板電腦，進行實時監(jiān)控。或輸出外部信號調控執(zhí)行器件的動作。具體流程請參照示圖一。

示圖二

數據傳輸路徑二：通過DAM-3000系列485模塊對傳感器過來的信號進行采集，然后由DAM-3210模塊將485信號變送成232信號，并發(fā)送給主控計算機。主控計算機再通過GPRS
模塊將信號傳送給遠程監(jiān)控中心。具體流程請參照示圖二。

3.現(xiàn)場模塊
本系統(tǒng)選用DAM-3000系列現(xiàn)場模塊，簡述如下：
(1) DAM-3046模塊
6路熱電阻輸入模塊
功能：通過溫度傳感器采集供回水溫度
地址：01-19
Sense0-59：供水溫度，共60路測溫點，需10路DAM-3046模塊
Sense60-119：回水溫度，共60路測溫點，需10路DAM-3046模塊


(2) DAM-3058F模塊
8路模擬量輸入
功能：通過壓力傳感器采集各種壓力信號
地址：20
Vin0 ：供水壓力
Vin1 ：補水泵出口壓力
Vin2 ：循環(huán)泵出口壓力
Vin3 ：凝水泵出口壓力
Vin5 ：除污器后回水壓力
Vin6 ：換熱器入口蒸氣壓力
Vin7 ：入戶蒸氣壓力
（3）DAM-3013
16路隔離數字量輸入模塊
功能：通過液位傳感器采集凝結水箱的液位信號，根據液位狀況在高液位有水時起凝水泵，
低液位無水時停凝水泵
地址：21
In0-7：采集8路高液位信號
In8-15：采集8路低液位信號
（4）DAM-3014
16路隔離集電極開路輸出模塊
功能：通過液位高低控制冷凝水泵與補給水泵的開停
地址：22
Out0-7: 控制8路冷凝水泵
Out8-15：控制8路補給水泵
（5）DAM-3210
隔離RS-232轉RS-485轉換模塊
功能：將485信號轉換成232信號

四﹑實際運行效果
本自動化控制系統(tǒng)自投入運行以來，運行狀況良好，確保了換熱系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，沒有出現(xiàn)故障，換熱站內不再設置運行人員，提高了效率。通過平板電腦與GPRS模塊實現(xiàn)了現(xiàn)場監(jiān)測與遠程監(jiān)測的雙重監(jiān)控。