自動控制供熱系統(tǒng)計算機(jī)應(yīng)用論文

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一、問題的提出

自動化控制（automaticcontrol）是相對人工控制概念而言的，指的是在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預(yù)定規(guī)律運行。自動控制技術(shù)的研究和運用將人類從復(fù)雜、危險、繁瑣的勞動環(huán)境中解放出來并大大提高了控制效率，它涉及利用反饋原理的對動態(tài)系統(tǒng)的自動影響，以使得輸出值接近我們想要的值。作為工程科學(xué)的一個分支，自動控制領(lǐng)域的發(fā)展經(jīng)歷了幾個重大演進(jìn)過程，而第三代過程控制體系，則源于上個世紀(jì)70年代開始的數(shù)字計算機(jī)的應(yīng)用，由于計算機(jī)產(chǎn)生的巨大技術(shù)優(yōu)勢，從而產(chǎn)生了第三代過程控制體系。這個被稱為第三代過程控制體系是自動控制領(lǐng)域的一次革命，它充分發(fā)揮了計算機(jī)的特長，并由此產(chǎn)生了被稱為“集中控制”的中央控制計算機(jī)系統(tǒng)。目前，我國供熱行業(yè)正面臨著大的技術(shù)變革，對于供熱系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)控制而言，自動化控制應(yīng)滿足如下要求：應(yīng)該是最有利于實現(xiàn)節(jié)能的控制系統(tǒng)；應(yīng)該是可以實現(xiàn)無人值守的控制系統(tǒng)；應(yīng)該是壽命長、維修工作量少、維護(hù)簡單的控制系統(tǒng)；應(yīng)該是初投資小、運行費用低的控制系統(tǒng)。而實現(xiàn)計算機(jī)自動控制能夠滿足以上需求，無疑是供熱系統(tǒng)自動化控制的的必然發(fā)展趨勢。

二、計算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動化控制中的作用

在目前的供熱企業(yè)中，計算機(jī)的主要用途還僅限于打字、報表等比較初級工作，供熱企業(yè)的信息化水平與實現(xiàn)供熱企業(yè)生產(chǎn)過程的自動化、管理方式的網(wǎng)絡(luò)化、決策支持的智能化等的要求還不適應(yīng)，迫切要求在生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提升自動化控制水平。而計算機(jī)自動控制由于具備如下功能，其作用是非常明顯的。一是在數(shù)據(jù)采集及傳輸方面，能夠?qū)崟r采集公司所有換熱站（包括水一水站、汽一水站）的全部技術(shù)數(shù)據(jù)，包括壓力、溫度、流量、熱量、水電消耗及水泵狀態(tài)等各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過無線或有線方式將各個子站的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胝{(diào)度室，可以在調(diào)度室了解到各個換熱站的各項運行參數(shù)。由此，改變了以往手工操作下調(diào)度員很對運行工況“情況不明，心中無數(shù)”、致使調(diào)節(jié)處于盲目狀態(tài)的情況。例如，我們采用間連熱網(wǎng)全網(wǎng)平衡軟件，通過OPC方式從組態(tài)軟件中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括：室外溫度，熱源的供水流量、供水溫度、回水溫度等。此軟件動態(tài)的通過室外溫度的時間序列法進(jìn)行熱網(wǎng)所需負(fù)荷預(yù)測、熱源的供回水溫差的需求、熱源的供水流量的需求等。二是在冷熱控制方面，能夠均勻調(diào)節(jié)流量，消除冷熱不均。換熱站自動控制各個換熱站可以根據(jù)室外氣溫的變化通過調(diào)節(jié)一級管網(wǎng)電動閥門的開度來及時控制二級管網(wǎng)的供回水溫度，通過調(diào)度給定的控制曲線，各個換熱站可以獨立運行，保證運行參數(shù)始終在給定的范圍內(nèi)運行。同時調(diào)度在中央調(diào)度室可以根據(jù)需要隨時干預(yù)子站的運行，調(diào)度可以遙控子站的電動閥門，調(diào)整運行參數(shù)。三是在故障預(yù)測方面，能夠及時診斷故障確保安全運行。

計算機(jī)自動控制系統(tǒng)通過對供熱系統(tǒng)運行參數(shù)的分析，即可對熱源、熱力網(wǎng)和熱用戶中發(fā)生泄漏、堵塞等故障進(jìn)行及時診斷，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，同時指出故障位置，以便及時檢修，保證系統(tǒng)安全運行。四是在能源考核管理方面，能夠?qū)崿F(xiàn)量化管理。由于計算機(jī)自控系統(tǒng)可以建立各種信息數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)\行過程的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對各個換熱站的水、電、熱進(jìn)行各種統(tǒng)計、比較及計算，調(diào)度及公司領(lǐng)導(dǎo)可以隨時了解整個管網(wǎng)能源消耗情況手掌握熱同的經(jīng)濟(jì)技術(shù)狀態(tài)，計量能力的提高，為量化管理的實現(xiàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。例如，采用間連熱網(wǎng)全網(wǎng)平衡軟件，可以對二次網(wǎng)的供回平均溫度進(jìn)行排序，使用戶更好的了解熱網(wǎng)的運行情況。如果熱網(wǎng)存在支線的情況，排序可以應(yīng)用于每條支線。同時，軟件可以排出全網(wǎng)的最高的和最低的二十個熱力站。這些都為加強(qiáng)能源考核管理提供了科學(xué)依據(jù)。

三、計算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動化控制中的運用

供熱系統(tǒng)計算機(jī)自動控制是必然的發(fā)展趨勢。目前，根據(jù)供熱情況的區(qū)別，使用的有如下幾種計算機(jī)自動控制系統(tǒng)：（1）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（簡稱DDC）；（2）監(jiān)督控制系統(tǒng)（簡稱SCC）；（3）分級控制系統(tǒng)；（4）集散控制系統(tǒng)（簡稱DCS）。我們認(rèn)為，綜合考慮多種因素，采用集散控制系統(tǒng)（即DCS）更為安全經(jīng)濟(jì)。DCS是計算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是信息時代的控制技術(shù)。通常DCS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為三層：現(xiàn)場控制級、集中操作監(jiān)視級、綜合信息管理級。DCS是面向整體面向系統(tǒng)的控制技術(shù)，目標(biāo)是整個系統(tǒng)的最優(yōu)化控制，包括現(xiàn)場實時控制的最優(yōu)化和綜合信息管理的最優(yōu)化，其優(yōu)點在于人機(jī)界面好，便于操作管理；系統(tǒng)高度安全可靠，能達(dá)到最優(yōu)化管理；利用充分的數(shù)據(jù)信息，科學(xué)節(jié)能運行。推廣運用集散控制系統(tǒng)，要注意把握以下幾個關(guān)鍵問題。一是要完善中心DCS軟硬件系統(tǒng)以發(fā)揮出最大效力。二是完善DCS控制系統(tǒng)上位數(shù)據(jù)處理，發(fā)揮控制室的中央控制功能。三是完善DCS控制系統(tǒng)對各換熱站的分布式控制。四是完善人工智能控制，用人工的知識經(jīng)驗與自控系統(tǒng)相互配合共同搞好鍋爐控制。

四、計算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動化控制中的運用實證

實踐中，我們可考慮采用上述間連熱網(wǎng)全網(wǎng)平衡軟件。該軟件主要功能包括：全網(wǎng)平衡功能（一次網(wǎng)電動閥或一次網(wǎng)的分布式變頻泵）、一次網(wǎng)閥的時間表控制模式、二次網(wǎng)變頻循環(huán)泵的控制功能、控制效果的評價功能、負(fù)荷預(yù)測功能、閥位自動跟蹤功能等。一是全網(wǎng)平衡功。如上所述，通過OPC方式從組態(tài)軟件中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)及處理，能夠達(dá)到均勻供熱的目的。就一次網(wǎng)閥的時間表控制模式而言，此軟件對一次網(wǎng)的電動閥（分布式變頻泵）提供時間表的控制模式，如果其中的某一個熱力站需要采用時間表控制模式，可以將熱力站設(shè)定為某一時間表模式，在時間表模式中，主要規(guī)定設(shè)備的不參加全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)的時間段及此時間段內(nèi)的二次網(wǎng)供回水平均溫度的設(shè)定值。二是二次網(wǎng)變頻循環(huán)泵的控制功能。間連熱網(wǎng)全網(wǎng)平衡軟件通過OPC方式從組態(tài)軟件中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括熱力站內(nèi)的二次網(wǎng)供水溫度、二次網(wǎng)回水溫度、二次網(wǎng)變頻循環(huán)泵頻率的反饋值和設(shè)定值等參數(shù)。同時用戶通過配置文件“后臺配置文件.MDB”輸入熱網(wǎng)的其它信息。軟件根據(jù)獲得的參數(shù)信息，采用一定的控制算法，控制二次網(wǎng)變頻循環(huán)泵的動作，從而是二次網(wǎng)的供回水溫差基本達(dá)到控制目標(biāo)。三是控制效果的評價功能。間連熱網(wǎng)全網(wǎng)平衡軟件通過OPC方式從組態(tài)軟件中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，軟件根據(jù)獲得的參數(shù)信息，采用一定的算法，可以得出熱網(wǎng)每條支路及整個熱網(wǎng)的均方差和失調(diào)度等評價指標(biāo)，同時可以得出每條支路的二次網(wǎng)供回水平均溫度的排行榜，整個熱網(wǎng)二次網(wǎng)供回水平均溫度最高和最低的熱力站及熱力站所屬的支線編等。四是負(fù)荷預(yù)測功能。間連熱網(wǎng)全網(wǎng)平衡軟件通過OPC方式從組態(tài)軟件中獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括：室外溫度，熱源的供水流量、供水溫度、回水溫度等。此軟件動態(tài)的通過室外溫度的時間序列法進(jìn)行熱網(wǎng)所需負(fù)荷預(yù)測、熱源的供回水溫差的需求、熱源的供水流量的需求等。五是閥位自動跟蹤功能。在軟件運行的過程中，操作員可以通過組態(tài)軟件對一次網(wǎng)電動閥門（一次網(wǎng)分布式變頻泵、二次網(wǎng)變頻循環(huán)泵）進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，此軟件能夠記憶手動調(diào)節(jié)的閥門（變頻器的頻率輸出）位置，在下次進(jìn)行全網(wǎng)（設(shè)備）的調(diào)控時在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣在自控不太理想或有工況變化的情況下，能夠進(jìn)行手動干預(yù)，縮短系統(tǒng)的反應(yīng)時間，提高系統(tǒng)的控制效果。

五、結(jié)語

總之，供熱系統(tǒng)的自動控制是目前供熱行業(yè)里的最好的項目之一。近年來隨著節(jié)能和環(huán)保意識的加強(qiáng)，供熱技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及自控技術(shù)的發(fā)展使得供熱領(lǐng)域里的計算機(jī)過程控制成為我國供熱行業(yè)里的熱點技術(shù)問題。若要實現(xiàn)節(jié)能的目的，必須要實現(xiàn)自動控制，只監(jiān)測不控制的系統(tǒng)對節(jié)能的意義是不大的。若要實現(xiàn)最節(jié)能的目的，必須突出計算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動化控制中的作用，廣泛普及和提升計算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動化控制中的運用和水平。