[摘 要] 本文介紹用PCC 可編程計算機控制器及計算機工作站組成的葦湖梁熱網(wǎng)調(diào)度監(jiān)
控系統(tǒng),對整個熱網(wǎng)根據(jù)室外溫度分段調(diào)度熱源廠的出口溫度和循環(huán)流量,采用綜合函數(shù)F 和
Smart - PID 對熱換站進行二次水溫及循環(huán)流量控制,實現(xiàn)二次網(wǎng)供熱量控制。
[關(guān)鍵詞] 熱網(wǎng);PCC 可編程計算機控制器;調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng);分段調(diào)度;F 函數(shù);Smart - PID
葦湖梁發(fā)電廠為我國第一個五年計劃期間蘇聯(lián)援建的中溫中壓發(fā)電廠, 1994 年改建為熱電廠。2000 年擴建供熱網(wǎng),總計劃建設(shè)43 個熱力站,一期共建設(shè)13 個熱力站,供熱網(wǎng)熱源由電廠及調(diào)峰鍋爐共同承擔完成,采用由PCC 可編程計算機控制系統(tǒng)及HP 工作站組成SCADA 計算機調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。
1 微機監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的組成
葦湖梁熱網(wǎng)微機監(jiān)視調(diào)度系統(tǒng)如圖1 -1 所示,由SCC 監(jiān)控中心及43 個LCM熱力站本地控制站組成。SCC 包括HP 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、操作員站、工程師站、通訊前端機,用以太網(wǎng)構(gòu)成局域網(wǎng)。各熱力站采用奧地利B&R PCC 可編程計算機控制器進行就地控制,通過市公用電話網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成地域分散的局域網(wǎng)。
設(shè)計系統(tǒng)時充分考慮了開放性(采用標準化總線、實時多任務(wù)系統(tǒng)及高級語言) 、易擴展性(硬、軟件模塊化結(jié)構(gòu)) 、易維護性(帶電插拔硬件、在線更新調(diào)試程序) 。
圖1 -1 葦湖梁熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)圖
2 微機監(jiān)控系統(tǒng)的功能
2.1 分控中心SCC
SCC 監(jiān)控中心依據(jù)各熱力站的壓差及溫度信號,控制主循環(huán)泵;并依據(jù)室外溫度的高低對各熱力站的換熱器進行溫度設(shè)定,從而保證熱力網(wǎng)用戶的室內(nèi)溫度達到規(guī)定要求。SCC 的計算機網(wǎng)絡(luò)基于"客戶機---服務(wù)器"的結(jié)構(gòu),服務(wù)器連續(xù)運行,主要完成數(shù)據(jù)接收、處理及指令發(fā)布工作,并及時響應(yīng)來自客戶機的服務(wù)請求。
監(jiān)控中心工作站用于數(shù)據(jù)管理、存儲和計算,并對計算機系統(tǒng)進行管理。操作員站用于監(jiān)視和管理整個熱網(wǎng)系統(tǒng),為操作員提供人機界面。工程師站主要用于系統(tǒng)的仿真,工況計算,控制參數(shù)的計算,故障分析和診斷及管道的堵、漏分析,并將分析和計算結(jié)果報告給操作員站,提示操作員進行正確的操作和判斷。投影儀用于顯示運行參數(shù)和畫面,使熱網(wǎng)工藝流程和參數(shù)顯示更加直觀。
在使用微機監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)后,各熱換站實現(xiàn)無人執(zhí)守,監(jiān)控中心設(shè)有專人24 小時值班,監(jiān)視各熱力站的運行狀況,監(jiān)控中心通過調(diào)制解調(diào)器(MODEM) 與各熱力站進行數(shù)據(jù)交換,及時收集各熱力站的運行數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行存儲、分析、打印等,監(jiān)控中心根據(jù)運行工礦進行優(yōu)化調(diào)度。在一段時間內(nèi),當主熱源不能滿足用戶需求的情況下,由監(jiān)控中心分配各熱力站所需熱量并確定運行方式,平衡全網(wǎng)供熱需求,保證區(qū)域內(nèi)供熱系統(tǒng)的安全、合理、經(jīng)濟地運行,操作站是人機對話的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它以其高可靠的硬件及優(yōu)良的軟件為優(yōu)化過程操作和避免誤操作提供了可能。
具體實現(xiàn)下列功能:
* 數(shù)據(jù)采集:按照操作員指定或系統(tǒng)默認巡檢方式,對各監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)采集。
* 系統(tǒng)組態(tài):對系統(tǒng)中LCM的測控參數(shù)的種類、數(shù)量、參數(shù)名稱、限值等內(nèi)容進行設(shè)置。
* 顯示:系統(tǒng)總體顯示、主要測點參數(shù)動態(tài)顯示、指定測點詳細工藝流程及狀態(tài)參數(shù)顯示。
* 打印: 各站指定或全部參數(shù)的日、月、年及一時間段報表,系統(tǒng)運行狀況表。
* 數(shù)據(jù)管理:各種數(shù)據(jù)按種類存入各數(shù)據(jù)庫,對數(shù)據(jù)進行查詢、檢索、統(tǒng)計、制表和繪圖。
* 報警及故障處理:對報警信號顯示、標示、打印、參數(shù)超限時,記錄于數(shù)據(jù)庫。
* 數(shù)據(jù)通訊:發(fā)送數(shù)據(jù)及發(fā)送控制指令、接收數(shù)據(jù)及接受控制指令、糾錯、檢錯。
2.2 就地監(jiān)控站LCM
由可編程控制器PCC 構(gòu)成的LCM 就地監(jiān)控站如圖2-1 所示,它負責獨立完成該供熱小區(qū)運行參數(shù)的采集、監(jiān)測及自動控制,通過自動調(diào)節(jié)來滿足該小區(qū)供熱需求,同時接受SCC 指令,向上傳送有關(guān)數(shù)據(jù),在正常運行狀態(tài)下,各熱力站自成系統(tǒng),即使監(jiān)控中心或通訊發(fā)生故障,各熱力站的PCC 仍可正常運行,并按照SCC 站預設(shè)的參數(shù)進行自動調(diào)節(jié),當主熱源不足時,SCC 向各熱力站發(fā)出限
制熱量的比例參數(shù),各熱力站通過該參數(shù)自動調(diào)節(jié),從而達到整個管網(wǎng)的熱力平衡,當室外溫度小于-10 ℃時,主熱源嚴重不足的情況下,入戶水溫已不能達到設(shè)計要求,此時監(jiān)控中心將通知啟動調(diào)峰鍋爐聯(lián)網(wǎng)運行。具體完成以下控制:
* 一次水進/ 出口監(jiān)控:差壓控制、流量控制、回水溫度限制、能量計量、監(jiān)測顯示及超限報警。
* 采暖系統(tǒng)監(jiān)控:
根據(jù)計算的設(shè)定點完成溫度控制。
其中； tn -室內(nèi)設(shè)計溫度； t′g -二次供水溫度給定計算值；tg -設(shè)計二次供水溫度； th -設(shè)計二次回水溫；t′h -二次回水溫度給定計算值； th -設(shè)計二次回水溫度；tw -冬季室外計算溫度； t′w -冬季室外平均溫度; B -放散系數(shù)。
---根據(jù)固定的溫度設(shè)定完成溫度控制。
---根據(jù)供、回水溫度曲線完成溫度控制。
---完成控制參數(shù)的設(shè)定計算,完成固定的設(shè)定點,完成曲線方式設(shè)置設(shè)定點。
---采暖二次系統(tǒng)變頻調(diào)速調(diào)壓控制。
---監(jiān)測顯示一次回水溫度,二次供水溫度,二次回水溫度,采暖系統(tǒng)循環(huán)泵吸入壓力,變頻泵狀態(tài)(起/ 停,泵速,故障報警) 。
圖2 -1 就地監(jiān)控站LCM圖
2.3 通訊機管理SCC 和LCM的有線通訊
中央監(jiān)控室配置B&R2005 可編程計算機控制器,具備高速以一個以太網(wǎng)接口和3 個RS232 接口作為前端通訊機。前端通訊機掛接在中央監(jiān)控室的局域網(wǎng)上,通過以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及監(jiān)控中心的其它設(shè)備交換信息,3 個RS232 接口配備3 個調(diào)制解調(diào)器,分別3 路連接市話網(wǎng)絡(luò)。各就地控制站LCM配備2 個RS232 接口,其中一路通過調(diào)制解調(diào)器接市話網(wǎng)絡(luò)。前端通訊機對系統(tǒng)全部就地控制站分3 組進行輪詢,發(fā)送操作員站和工程師站的命令,接收各站的運行參數(shù)。必要時,各就地控制站LCM也可以向前端通訊機發(fā)送通訊請求,傳送信息。
3 微機監(jiān)控系統(tǒng)的方案實施
目前國外流行的是根據(jù)二次網(wǎng)的供水溫度調(diào)節(jié)一次網(wǎng)流量,進而控制二次網(wǎng)供熱量。然而二次網(wǎng)的供熱量主要與循環(huán)流量和二次供水溫度相關(guān),是兩參量的調(diào)控系統(tǒng)。
3.1 熱網(wǎng)調(diào)度控制方案:
采用電廠出口溫度分段調(diào)度控制方案。一次管網(wǎng)采用不同溫度下的流量調(diào)節(jié),調(diào)度控制考慮3 個條件:電廠循環(huán)泵最大調(diào)節(jié)能力,保證熱力公司提供的管網(wǎng)最不利點的最小壓差,管網(wǎng)允許的最大供水壓力和回水壓力。電廠出口處的工況為一路DN900的供水及回水管線,輸送介質(zhì)為熱水,供水最高溫度為130 ℃, 工作壓力為2.5 MPa , 回水最高溫度為70 ℃。SCC 監(jiān)控中心接收LCM 的工況信息,協(xié)調(diào)中央控制系統(tǒng),調(diào)節(jié)電廠出口溫度和回水溫度。
3.2 熱換站控制方案:
室外溫度采集及計算暫按12 小時滾動平均值和室外溫度預測編制軟件, 二次水溫度給定按
100 %的定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)和分段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)兩種方法調(diào)節(jié),并可切換使用。
* 一次水的調(diào)節(jié)
熱力站基于對一次水的流量控制,調(diào)節(jié)二次水的水溫,熱力站一次入口處安裝自力式差壓調(diào)節(jié)閥PCV001 ,控制熱力站的入口差壓,以保證熱力站各一次分支系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
同樣,熱力站基于對一次水的流量控制,調(diào)節(jié)二次水的水溫。在一次水出口安裝自力式流量限制FCV001 ,使熱力站的流量運行在規(guī)定的范圍內(nèi),以提高整個管網(wǎng)平穩(wěn)運行。特別是對管網(wǎng)近端用戶的流量限制,使后端熱用戶流量得到提高。
自力式流量限制FCV001 同時具有溫度限制功能,當回水超限時,將回水溫度控制在規(guī)定的范圍
內(nèi)。這樣帶來的效果是節(jié)約了能源,提高了負荷開發(fā)能力。
* 二次水的調(diào)節(jié)
二次網(wǎng)的供熱量主要與循環(huán)流量和二次供水溫度相關(guān),首先計算出根據(jù)室外溫度分區(qū)段的階梯流量給定值,控制循環(huán)泵在各區(qū)段內(nèi)恒速。為此建立一個綜合函數(shù)F( t , f , p) ,根據(jù)室外溫度、一次供水溫度、一次回水溫度、一次供水壓力、一次回水壓力、二次供水溫度、二次回水溫度等參數(shù)計算二次水溫給定值和二次水循環(huán)泵階梯恒速。
在一個室外溫度區(qū)段內(nèi),基于二次水恒流控制,采用Smart-PID 調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)一次水流量,以控制二次水溫,達到控制二次網(wǎng)的供熱量。因此,在一個室外溫度區(qū)段內(nèi)對循環(huán)泵進行恒速控制,實現(xiàn)恒定的循環(huán)流量,如圖3 -1 所示。
圖3 -1 LCM控制框圖
變頻泵接收回水壓力PT201 的壓力信號,與設(shè)定的壓力值比較計算,控制變頻泵的轉(zhuǎn)速,以控制二次水達到恒壓的目的。同時將變頻泵的瞬時流量或轉(zhuǎn)速FI信號以及故障報警UA信號送入控制器
LCM,供顯示和故障處理。
控制電動閥NC -201、NC -301、NC -401 的開度,以控制進入熱力器組的一次水流量,達到控制二次水溫度。有3 種控制模式供選擇使用:
A. 控制器根據(jù)室內(nèi)設(shè)計溫度tn 、設(shè)計二次供水溫度tg 、設(shè)計二次回水溫度th 、冬季室外計算溫度tw 、冬季室外平均溫度t′w 進行多參量計算出V301、V401、V501 開度給定值,同時對3
個調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié),以控制進入熱力器組的一次水流量,達到調(diào)節(jié)二次水溫的目標。
B. 根據(jù)固定的溫度設(shè)定點對NC -201、NC -301、NC -401 開度進行控制,以完成溫度控
制。
C. 根據(jù)供、回水溫度曲線對NC -201、NC -301、NC -401 開度進行控制,以完成溫度控
制。
4 信息管理系統(tǒng)及地理系統(tǒng)
本系統(tǒng)還配備地理管理系統(tǒng)GIS ,實現(xiàn)了對矢量地理信息的管理,也實現(xiàn)了對用戶數(shù)據(jù)的管理。系統(tǒng)管理分兩部分:其一、矢量地理信息。由市區(qū)供熱管網(wǎng)檔案圖組成并矢量化,包括點、線段、區(qū)面,如熱力小室、節(jié)點、熱力站、熱網(wǎng)干線、對線、供熱小區(qū)等,用戶對上述矢量信息可以在屏幕上進行漫游、縮放等操作。其二、供熱數(shù)據(jù)信息。包括對熱網(wǎng)工程數(shù)據(jù)、縱斷圖、小室圖、工藝系統(tǒng)圖、各種材料表、運行數(shù)據(jù)等,以圖形、文檔數(shù)據(jù)庫形式存在,與地理信息實現(xiàn)掛接。對熱網(wǎng)進行計算機管理(包括管線的鋪設(shè)、各供熱網(wǎng)站的庭院平面圖、設(shè)備表、材料表等) 。供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)信息檔案管理、設(shè)備管理的地理信息系統(tǒng)為資產(chǎn)管理和供熱系統(tǒng)運行工況分析及技術(shù)改造提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
5 結(jié)束語
葦湖梁熱網(wǎng)微機監(jiān)控系統(tǒng)已投運了一個采暖期,運行良好,供熱質(zhì)量較為理想。該調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的成功運行,對于電廠擴建熱網(wǎng)的技術(shù)改造,提高發(fā)電經(jīng)濟性和改善城市環(huán)境污染狀況有一定的現(xiàn)實意義。
作者： 蔣 峰（1965，男，高級工程師；主管熱網(wǎng)自動化技術(shù)）1 ,袁 軍1 ,陽建宇2
(1. 烏魯木齊熱力總公司,烏魯木齊830002; 2. 西儀天正自控工程有限公司,西安710068)