...UST PLC系统集中供热系统监控方案
王惠芳
【摘 要】针对目前城市集中供热系统中热用户可按照自己需要调整用热量的情况，为保证供热系统的可靠、节能与环保，对换热站采用变流量控制方案，利用模糊控制策略实现二次网供水温度控制，兼具良好的动态与静态性能。基于互联网构建监控系统，实现换热站数据的采集、无线传输和远程监控。
【关键词】变流量控制；模糊控制；监控系统
中图分类号： TU995 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）11-0102-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.043
随着我国城市集中供热事业的发展，采用集中供热的用户规模日益壮大。传统的供热系统采用定流量方式，用户无法根据自己的需求自主调节供热量和室内温度，造成能源的浪费，并且传统的系统按供热面积收费，造成热用户的节能意识淡薄。为满足用户按需调节供热量，设计换热站变流量控制系统，使得供热系统高效、节能、可靠运行。
1 换热站工艺流程[1]
城市集中供热系统由热源、热网和热用户三部分构成。热源是指供热热水或蒸汽的生产制备环节。热用户是指采用集中供热的城市居民用户，热网分为一次网和二次网，负责将热能从热源厂输送至热用户。一次网将热水和蒸汽从热源厂输送至换热站，通过热交换，由二次网送至热用户，供热系统流程示意图如图1所示。
2 换热站的控制要求与方案分析
2.1 换热站的控制要求[1]
自主调节的供热系统在每一个热用户加装了热量调节阀门和计量仪表，用户居民可以根据自己的需求，通过调整阀门开度调整用热量，从而调整室内温度。当用热量增加时，若供水流量保持不变，必然造成供热温度的下降，不能满足采暖需求。若用热量减小，还保持以前的供水流量，会造成能源浪费。为保证供热系统的高效节能，必须实现以下控制目标。
（1）二次网供水流量要根据热用户采暖量的变化而变化，做到供需匹配。
（2）室外温度一定时，二次网供水温度保持相对恒定。供、回水温差正比于传热量，因此二次网回水温度应保持相对恒定，以避免供回水温差过小，换热效率低的情况。
（3）为保证供热系统安全可靠运行，末端压差不能过低。水压过小，用户端压力不够，无法达到所需温度，还会有倒吸等安全隐患。压力过大会对采暖设备造成损坏。
2.2 变流量控制方案
2.2.1 二次网供水温度控制
（1）二次网供水温度控制方案
在二次网温度相对恒定的情况下，因供水流量在不断变化，故所携带热量在不断变化。为保证供热量，采用改变一次网供水量的方法来控制二次网供水温度，以适应热用户对热流量的随机调整。二次网流量减小，温度升高时，调节减小一次网供水流量，从而减少热量传递，降低二次网供水温度。反之，二次网流量增大时，温度降低，调节减小一次网供水流量，从而减少热量传递，降低二次网供水温度。
（2）非线性量化因子模糊控制策略[2]
二次网供水温度对象控制通道长，且具有非线性、强耦合的特性。利用传统的PID控制策略可以消除余差，控制精度高，但动态性能差，无法取得良好的控制效果。模糊控制实现简单，具有很强的鲁棒性，对复杂过程或对象的控制能获得良好的动态性能，但具有静态误差，精度差。
利用如式1所示的非线性量化因子替代基本控制器中的线性量化因子，等同于对模糊规则或隶属度函数进行调整，相当于在控制的不同误差阶段，采用不同的论域范围或不同分辨率的隶属度函数，误差较小时，提高隶属度函数的分辨率，从而有效消除静态误差，提高控制精度。二次网温度控制系统框图如图1所示。
2.2.2 二次网供、回水压力控制
为保证有足够的末端压差，对回水压力和供水压力进行控制。回水压力采用补水定压的控制方式，若回水压力低于给定值，则开启补水泵补压，压力达到要求时停止。供水压力通过改变循环泵转速进行PID调节，当热用户开大热量阀门，用热量增加时，必然造成管网压力降低，压力传感器采集到的压力值低于设定值，则控制器根据偏差的大小，向变频器发出信号，调整提高循环泵的转速，从而增加供水压力，保证末端压差，以保证末端用户正常采暖。
供、回水压差的设定值依据供、回水温差指标设定。压差设定过大，流量过大，温差减小，回水温度升高，造成热资源浪费。反之，压差设定过小，热流量不足，造成回水温度过低。
3 监控系统整体架构[3]
集中供热监控系统实现换热站数据的采集、无线传输和远程监控。利用可编程控制器PLC对换热站数据进行采集及控制。PLC通过串口和无线数传模块GPRS-DTE相连，在DTU模块中提前设置服务器地址，則由DTU模块通过无线网络将串口采集的数据透传至服务器，不受地域分布影响，兼具实时性和准确性。监控中心服务器接收换热站数据，并对数据进行可靠规范的存储、记录、显示、报警等处理，亦可向PLC发送指令、传送数据，进行控制系统等参数设置等。监控中心服务器接入互联网，在网络覆盖区域，客户端可随时通过互联网登录监控系统了解换热站运行情况，根据操作权限实施相应操作。监控系统整体架构图如图3所示。
4 结论
采用模糊控制策略的换热站变流量控制方案，可以在热用户用热量不断调整变化的情况下高效运行，保证供需平衡，避免能源浪费。在此基础上搭建的城市集中供热监控系统，通过互联网实现对换热站及热用户实时连续监控，可在不影响供热质量的前提下提高供热企业的生产效率，避免人力资源浪费。
【参考文献】
[1]李凯.变流量城市集中供热分布式控制系统[D].河北科技大学，2008.
[2]H.F.WANG，X.M.LIANG，Z.Y.LIU. Simulation Research of Fuzzy Controller with Sigmoid Scaling Factor，Advanced materials research.2013，9：264-267.
[3]余保付.基于物联网的智能供热系统控制技术研究[D].天津工业大学，2016.
