供热系统的监测控制改造技术及应用

    孙文虎

    

    

    摘? 要：随着我国城市建设规模的不断扩大，城市居民数量不断增加，对城市供热系统的需求越来越高。在传统模式下，城市供热系统的监测大多数采用了人工调度与维护，极大地降低了城市供热的质量与效益。基于此，该文首先阐述了城市集中供热系统的发展，结合我国城市供热系统监测的发展现状，以某供热系统监测控制体系为研究对象，对其进行控制技术的改造。结果表明，改造后的供热系统监测控制技术具有良好的社会与经济效益。

    关键词：供热系统;监测控制;技术改造

    中图分类号：TU995? ? ? ? 文献标志码：A

    0 引言

    目前，我国城市供热系统的连接方式主要有直供、间供、混供3种，这3种连接方式所应用的供热控制方式也不相同。因此，结合城市供热系统，根据民众的需求，对城市供热系统的监测控制改造技术及应用进行探讨，具有重要的实用意义。

    1 城市集中供热系统发展过程

    自供热系统被引入国内后，城市集中供热已经在我国发展了近70年。资料显示，截至2015年，我国市政系统集中的供热面积已经超过60亿m2[1]。城市供热网路的连接方式也由最初的小范围内直连，发展到如今的大环网形式的间接连接，可以说随着城市供热系统的不断完善，我国的城市集中供热系统有了极大发展。现如今，城市居民室内温度大面积采集成为常态。城市居民数量不断增加，使得热能供应成为促进城市发展的助力，而集中供热显然成为当下城市供热手段的主流。目前，我国城市集中供热系统的应用依然存在巨大的进步空间，尤其是城市集中供热的效率与质量存在一系列亟待解决的问题，而自动化技术、智能人工技术、无线传感技术以及物联网技术的大发展，为城市集中供热系统的自动化、智能化发展提供了强有力的技术支撑。我国集中供热面积发展情况如图1所示。

    2 供热系统的监测控制改造技术

    2.1 整体结构

    优化后的城市供热网监控系统主要采用的是分布式监控系统，即设置为两级监控，其中一级监控为MCC，二级监控为LCM，采用LCM控制器[2]。整个供热网的监测系统均采用光纤通信，并将ADSL当做监测通信系统的备用通道。供热网监测系统主要包括MCC、LCM和蒸汽用户测量系统等，监测系统能够实现对200余座的热力站监控单元的连接，其中监控中心作为整个监测系统信息控制与交换的关键部分，使用的是800 xA工控系统，该系统能够将监测操作、工作组态以及信息管理充分集成化，便于管理者使用，可以对供热系统网进行动态监控，且该系统能够根据用户的需求，进行各种功能的擴展，具有独立工作、报警迅速等优点。

    2.2 智能监控系统方案设计

    2.2.1 硬件设计

    为了确保供热的准确性，在一次管网、二次管网中分别设置温度传感器、温度计和压力传感器等装置。这些装置主要通过现场控制柜中的PLC、数据采集器、变压器、UPS以及DTU等设备实现PLC与监测系统各模块的连接，触摸屏通过RS-232串口与现场传感器相连接，其中DTU主要与数据采集器、无线传感器相连，以此来实现各控制项目信息数据的传输与交换。同样，为了确保控制系统中循环泵、补水泵的高效运行，其均采用变频器控制，通过控制电磁调节阀门实现对二次供水温度的调节，并通过对变频器的控制确保二次回水压力与压差值不变。

    2.2.2 通信协议与程序设计

    城市供热组网的监控系统主要是通过PLC、MCC以及通信网络构成。对于通信网络来说，为确保其供网的稳定性，确定使用4G通信模块DTU，即用户通过拨号连接成功后，DTU将获得1个内部IP地址，该IP地址为移动随机分配，之后通过数据中心的IP地址与端口号，向数据中心发送TCP通信请求，确保监测系统具有较为稳定的通信连接[3]。同时，当DTU在接收到控制器串行数据信息之后，则会通过TCP/UDP将数据信息传输至监控系统的远程监控中心。而DTU接收器获取控制器所发出的数据信息后，监控系统中的RS-485串口将会把整理分析后的数据信息传输至供热现场PLC。图2为PLC控制流程示意图。

    2.2.3 供热系统控制技术

    在传统的城市集中供热系统控制技术中，存在着供热量大于需求热量时出现热量浪费的问题，针对这一问题，通过使用联合远程监控中心与现场PLC开发温度补偿控制的策略，根据得到的温度补偿反馈结果，对整个供热网的供热质量以及供热效率进行评估，得出整个供热网的热负荷，并基于实际供热面积构建实时供水流量模型，确保供热效率最高。

    该系统中的远程监控系统主要是基于kingview组态软件来完成的，其能够对供热网中的多个二级热力站进行实时监控。为了提升远程监控的效率，能够在系统主界面内对多个换热站的信息进行集中显示，在子界面中，则可以对各换热站的热网回路、供水温度、阀门开度、补水泵压力等参数指标进行显示。虽然各换热站的子控制界面之间内容相似，但其运行是相互独立的，只能通过主界面将各子界面集成起来，便于监控系统的结构化管理。

    3 经济与社会效益

    2006年开始建设换热站监测系统，2010年系统升级为换热站无人值守自动控制系统，2016年在原系统的基础上增加二次网平衡系统、室温监测系统，升级换热站自动控制系统。原软件平台由C/S架构升级为B/S架构，采用Java语言编写。应用该系统有3个优点。1） 节省热量。单位热耗由0.45 GL/m2降低到0.32 GL/m2（一个采暖季120 d，GL是英制液量单位，GL/m2表示单位面积耗热）。2）节省电力。单位电耗由2.5 kW·h/m2降低到1.6 kW·h/m2（一个采暖季120 d）。3）节省人力。系统建成后，冬季供暖不再招收临时人员。通过对比可以看出，在改造后，一个供暖季内的经济效益十分可观。另外，供热网监控系统改造后可以节约大量工资。总之，该系统在提高供热系统的安全性（可以在超温、超压、管网失水、烟感、水侵等情况下报警）的同时，也有效保障了人员的人身安全（避免由于值班人员年龄大、责任心小、安全认识性低造成严重后果）。

    4 结论

    城市集中供热系统的监测控制技术朝着自动化方向发展是供热行业发展的必然趋势，自动化供热系统的改造升级是确保实现对城市集中供热网可视化、远程控制管理的重要举措。当前，供热系统正逐渐朝着“智慧供热”的方向发展，这些供热系统的大量数据可以得到有效挖掘，对系统运行中的各种需求做出智能响应，为供热企业提供高效的管理手段，通过提高系统整体的运行效率，在保证热用户舒适的前提下，通过实现最佳容量、最佳状态、最佳运行来降低供热系统的运行费用。

    参考文献

    [1]范常浩，梁娟娟.基于智慧城市的供热系统余热利用优化研究[J].能源环境保护，2020，34（1）：77-81.

    [2]文红梅，李统中，胡小明.新疆地区E网智慧城市供热系统标准化工作现状的思考[J].机械工业标准化与质量，2020（2）：37-40.

    [3]邹刚.电采暖技术在新疆阿合奇县乡村基层阵地的应用分析[J].节能，2020，39（2）：108-110.