自動(dòng)控制供熱系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用論文

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一、問(wèn)題的提出

自動(dòng)化控制（automaticcontrol）是相對(duì)人工控制概念而言的，指的是在沒(méi)人參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制技術(shù)的研究和運(yùn)用將人類從復(fù)雜、危險(xiǎn)、繁瑣的勞動(dòng)環(huán)境中解放出來(lái)并大大提高了控制效率，它涉及利用反饋原理的對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自動(dòng)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(gè)分支，自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)重大演進(jìn)過(guò)程，而第三代過(guò)程控制體系，則源于上個(gè)世紀(jì)70年代開始的數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，由于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從而產(chǎn)生了第三代過(guò)程控制體系。這個(gè)被稱為第三代過(guò)程控制體系是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一次革命，它充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的特長(zhǎng)，并由此產(chǎn)生了被稱為“集中控制”的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前，我國(guó)供熱行業(yè)正面臨著大的技術(shù)變革，對(duì)于供熱系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)控制而言，自動(dòng)化控制應(yīng)滿足如下要求：應(yīng)該是最有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能的控制系統(tǒng)；應(yīng)該是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的控制系統(tǒng)；應(yīng)該是壽命長(zhǎng)、維修工作量少、維護(hù)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)；應(yīng)該是初投資小、運(yùn)行費(fèi)用低的控制系統(tǒng)。而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制能夠滿足以上需求，無(wú)疑是供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制的的必然發(fā)展趨勢(shì)。

二、計(jì)算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制中的作用

在目前的供熱企業(yè)中，計(jì)算機(jī)的主要用途還僅限于打字、報(bào)表等比較初級(jí)工作，供熱企業(yè)的信息化水平與實(shí)現(xiàn)供熱企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)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(dòng)化控制水平。而計(jì)算機(jī)自動(dòng)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(shí)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(guò)無(wú)線或有線方式將各個(gè)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(gè)換熱站的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。由此，改變了以往手工操作下調(diào)度員很對(duì)運(yùn)行工況“情況不明，心中無(wú)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(guò)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(dòng)態(tài)的通過(guò)室外溫度的時(shí)間序列法進(jìn)行熱網(wǎng)所需負(fù)荷預(yù)測(cè)、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(dòng)控制各個(gè)換熱站可以根據(jù)室外氣溫的變化通過(guò)調(diào)節(jié)一級(jí)管網(wǎng)電動(dòng)閥門的開度來(lái)及時(shí)控制二級(jí)管網(wǎng)的供回水溫度，通過(guò)調(diào)度給定的控制曲線，各個(gè)換熱站可以獨(dú)立運(yùn)行，保證運(yùn)行參數(shù)始終在給定的范圍內(nèi)運(yùn)行。同時(shí)調(diào)度在中央調(diào)度室可以根據(jù)需要隨時(shí)干預(yù)子站的運(yùn)行，調(diào)度可以遙控子站的電動(dòng)閥門，調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。三是在故障預(yù)測(cè)方面，能夠及時(shí)診斷故障確保安全運(yùn)行。

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的分析，即可對(duì)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(shí)診斷，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，同時(shí)指出故障位置，以便及時(shí)檢修，保證系統(tǒng)安全運(yùn)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(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)可以建立各種信息數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)\(yùn)行過(guò)程的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)各個(gè)換熱站的水、電、熱進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)、比較及計(jì)算，調(diào)度及公司領(lǐng)導(dǎo)可以隨時(shí)了解整個(gè)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(jì)量能力的提高，為量化管理的實(shí)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(duì)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(yùn)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(shí)，軟件可以排出全網(wǎng)的最高的和最低的二十個(gè)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(jì)算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制中的運(yùn)用

供熱系統(tǒng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制是必然的發(fā)展趨勢(shì)。目前，根據(jù)供熱情況的區(qū)別，使用的有如下幾種計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)：（1）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DDC）；（2）監(jiān)督控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SCC）；（3）分級(jí)控制系統(tǒng)；（4）集散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)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(jì)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(shí)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(chǎng)控制級(jí)、集中操作監(jiān)視級(jí)、綜合信息管理級(jí)。DCS是面向整體面向系統(tǒng)的控制技術(shù)，目標(biāo)是整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化控制，包括現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制的最優(yōu)化和綜合信息管理的最優(yōu)化，其優(yōu)點(diǎn)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(yùn)行。推廣運(yùn)用集散控制系統(tǒng)，要注意把握以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(duì)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(shí)經(jīng)驗(yàn)與自控系統(tǒng)相互配合共同搞好鍋爐控制。

四、計(jì)算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制中的運(yùn)用實(shí)證

實(shí)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(dòng)閥或一次網(wǎng)的分布式變頻泵）、一次網(wǎng)閥的時(shí)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(píng)價(jià)功能、負(fù)荷預(yù)測(cè)功能、閥位自動(dòng)跟蹤功能等。一是全網(wǎng)平衡功。如上所述，通過(guò)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(shí)間表控制模式而言，此軟件對(duì)一次網(wǎng)的電動(dòng)閥（分布式變頻泵）提供時(shí)間表的控制模式，如果其中的某一個(gè)熱力站需要采用時(shí)間表控制模式，可以將熱力站設(shè)定為某一時(shí)間表模式，在時(shí)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(shí)間段及此時(shí)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(guò)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(shí)用戶通過(guò)配置文件“后臺(tái)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(dòng)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(píng)價(jià)功能。間連熱網(wǎng)全網(wǎng)平衡軟件通過(guò)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(gè)熱網(wǎng)的均方差和失調(diào)度等評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)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(gè)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(cè)功能。間連熱網(wǎng)全網(wǎng)平衡軟件通過(guò)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(dòng)態(tài)的通過(guò)室外溫度的時(shí)間序列法進(jìn)行熱網(wǎng)所需負(fù)荷預(yù)測(cè)、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(dòng)跟蹤功能。在軟件運(yùn)行的過(guò)程中，操作員可以通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)一次網(wǎng)電動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)，此軟件能夠記憶手動(dòng)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(shí)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(dòng)干預(yù)，縮短系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)的控制效果。

五、結(jié)語(yǔ)

總之，供熱系統(tǒng)的自動(dòng)控制是目前供熱行業(yè)里的最好的項(xiàng)目之一。近年來(lái)隨著節(jié)能和環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，供熱技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。計(jì)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(jì)算機(jī)過(guò)程控制成為我國(guó)供熱行業(yè)里的熱點(diǎn)技術(shù)問(wèn)題。若要實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，必須要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，只監(jiān)測(cè)不控制的系統(tǒng)對(duì)節(jié)能的意義是不大的。若要實(shí)現(xiàn)最節(jié)能的目的，必須突出計(jì)算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制中的作用，廣泛普及和提升計(jì)算機(jī)在供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制中的運(yùn)用和水平。