无人值守换热站设计专项方案.doc

太原邦意无人值守换热站设计方案
一、 引言
集中供热因含有节省能源和改善城市环境等方面主动作用，而日益成为城市公用事业一个关键组成部分，是国家大力推广节能和环境保护方法。伴随中国城市集中供热规模也不停扩大，科学管理热力管网含有很重大经济和社会效益。
依据用户具体要求，对于该供热自控系统，既要依据室外温度改变调整二次侧供水温度，确保终端热用户室内改变不超出某一范围（18±2℃，最低不低于16℃），这么既确保终端热用户有一个舒适生活、工作环境，也能够最大程度地节省能源，同时也要实现在换热站无人值守情况下中控室能够远程调度每个热力站参数，确保整个热网热力平衡，供热系统能够安全可靠地运行。并初步实现热网热量计量。

二、 系统组成
本系统由换热站自动控制系统、各个换热站和监控中心之间通讯系统、监控中心管理系统三个部分组成。（见系统组成示意图）
换热站PLC控制系统可独立完成当地控制。各个换热站利用通讯系统将现场监测数据、运行状态数据传给监控中心管理系统，同时接收监控管理软件进行运行参数调整。各个换热站和监控中心采取GPRS通讯方法。
系统组成示意图
监控中心管理系统安装在中央调度室工控机上，经过GPRS网络和下位换热站通讯模块相连，完成换热站运行
和管理系统数据之间数据交换，既能够监视各换热站运行情况，也能够调整换热站运行状态。

三、 无人职守换热站自动控制系统
换热站由水-水换热器组成换热系统、循环水泵组成循环水系统、补水泵组成补水系统来组成。在控制过程中，需要采集大量物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数，经过PLC控制器对这些参数进行实时采集和处理。换热站PLC控制系统对一次网电动调整阀、二次网循环系统、补水系统等控制对象实施自动控制，即实现换热站系统全自动控制。
无人值守换热站自动控制系统关键完成数据采集、自动控制、参数存放、实时通讯、故障报警等功效。可独立完成当地控制，也可受控于监控中心。

1、 换热站数据采集
将站内温度、压力、流量、水箱水位、电动调整阀状态、补水泵启停状态、循环泵电流、电压、报警等参数采集、显示并上传监控中心。
换热站监控参数包含：
l 室外温度
l 一次网供/回水压力、温度
l 一次网流量、热量、累积流量、累积热量
l 一次网除污器差压
l 二次网供/回水温度、压力
l 补水流量、累计流量
l 水箱液位
l 循环泵电压、 电流、功率、频率；
l 补水泵电压、 电流、功率、频率；
l 一次网电动调整阀阀门开度；
l 二次网回水泄压电磁阀状态；
l 补水电磁阀状态；
l 补水流量
l 自来水压力
l 自来水流量
l 循环水泵和补水泵启停及运行状态等；
l 运行参数越限报警；
a二次侧供水压力过高
b二次侧供水温度过高
c二次侧回水压力过低
d二次侧回水压力过高
e水箱水位超高、超低
f循环泵电流高报警
g循环泵缺相报警
h停电报警
i 自来水停水报警

2、 换热站系统控制
换热站调整系统采取PID调整控制，经过设定运行参数，控制一次网电动调整阀开度，实现调整过程，确保用户室内温度达成要求；完成循环水泵进行自动控制，补水泵进行自动控制；水箱水位自动控制；系统停电控制；停水控制。对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。
具体调整控制单元以下：
l 换热器二次供水温度调整控制回路
依据当地气候条件和供热对象特征，给出一条室外温度和二次供水、回平均温度之间对应曲线。控制器经过这条曲线依据室外温度传感器测量室外温度，经过控制换热器一次高温水管网出口电动调整阀，实现换热器二次侧热水出口温度自动控制。满足用户室温要求。
l 除污器控制
依据除污器前后压力差，自动调整控制除污阀门，确保正常工作。
l 循环泵控制
原设计为循环泵+调整阀控制二次测进出口压差设计方案，我们认为不利于节能目标，所以最好采取变频控制方案。变频循环泵控制二次网可实现：
(1) 在自动状态下，依据实际供热情况是实现循环泵开太台数；
(2) 变频循环泵变频调速使二次侧进出口压差处于恒定；
(3) 若二次侧回水压力低于预设回水压力下限值，循环泵自动减速运行；若二次侧回水压力高于预设回水压力上限值，循环泵将自动提速运行；
(4) 控制回路在手动状态下，操作员能够经过控制柜上按钮进行启/停、加/减速控制。

l 补水调整控制回路
经过二次管网回水压力控制变频补水泵开启、调整和停止。实现二次回水压力定压自动控制。
(1) 控制系统在自动状态下，变频补水泵要使二次侧回水压力处于恒定；
(2) 当二次侧回水压力低于回水压力下限值时，补水泵自动开启，当二次侧回水压力高于回水压力上限值时，补水泵停止（补水箱水位条件要满足）；
(3) 控制回路在手动状态下，操作员能够经过控制柜上按钮进行启/停、加/减速控制。

当二次网因为意外原因造成回水压力过高时，则开启回水压力电磁阀。

l 补水水箱控制
补水水箱底部侧面安装一台液位变送器，用于测量水箱水位。水箱进水管道上安装一台电磁阀，用于水箱补水。当水箱水位低于设定值时开启电磁阀，当水箱水位高于设定值时关闭电磁阀。
当水箱水位超高时向中心站报警。
当水箱水位超低向中心站报警。
l 自来水停水控制
当自来水停水时，系统停运。其控制方法为首先回水压力低时，起动补水泵，当水箱水位超低时，同时自来水无压力，即判定为自来水停水。此时，停补水泵。当回水压力过低时，停一次网电动调整阀、随即停循环泵。
l 系统停电控制
PLC控制系统柜内安装一台UPS备用电源。当PLC检测到系统忽然停电时，关闭一次网电动调整阀、补水电动调整阀。
l 循环泵异常控制
循环泵异常停运时，PLC控制系统关闭一次网电动调整阀。同时，维持补水系统自动运行。
l 一次网停水控制
当中心接到热力企业停止供水命令后，对于短时停水由中心站控制关闭一次网电动调整阀；对于长时间停汽时，除关闭一次网电动调整阀外，同时关闭循环泵，但不停补水系统，维持管网压力。
l 控制切换
无人值守换热站设计运行方法是全自动运行，当控制系统或设备或需要时，其控制方法可切换为手动运行方法。
（1） 手动调整一次管网电动调整阀和补水箱电动调整阀；
（2） 手动控制循环泵和补水泵启、停，增、减泵转速；
（3） 除污器手动控制。

3、 换热站设备组成
换热站设备由PLC控制柜、现场仪表、实施机构、二次显示仪表及GPRS DTU等组成。
a) PLC控制器
西门子PLC控制器含有高可靠性和高稳定性。该系统由CPU模块、模拟量输入模块、显示模块、+24V电源和控制箱等组成。

b) 温度变送器
温度变送器分室外温度变送器、工艺管道温度变送器。
室外温度变送器：测量范围-50℃ 至 +50 ℃；感温元件Pt100；电源电压24VDC输出信号4-20mA。
工艺管道温度变送器：测量范围0℃ 至 +500 ℃；感温元件Pt100；电源电压24VDC输出信号4-20mA。
c) 压力变送器
压力量程1.0 MPa（1.6 MPa）、精度等级优于0.5级；工作电压24VDC输出信号4-20mA。
d) 液位变送器
量程2米、精度等级优于0.2级；工作电压24VDC输出信号4-20mA。
e) 电动调整阀
换热站作为量调（或质调）用电动调整阀其关键性毋庸置疑，能否达成用户满意调整效果及节能降耗效果，电动调整阀选择至关关键。
选择电子式电动调整阀，供电电压为220VAC，输入4~20mA，反馈4~20mA。同时电动调整阀应含有以下多个特点：
l 精度高：调整阀电动实施机构能够含有定位精度在1%以上。
l 可靠性高：电动调整阀长久无故障运行是确保供热系统可靠运行关键。
l 抗压差能力强：不能出现前后压差较大时会出现无法开启或会出现较大振动。
l 调整性能好：调整阀可调量程比为1∶50以上，方能满足用户供热需求。
l 泄露量小：泄漏量应满足10-5~10-6。
l 体积小
l 性价比高
l 引进国外优异技术，性能优越，价格适宜，性价比高。
f）变频器
输入电压：380VAC 50Hz/60Hz
输出频率0.1~600 Hz
输出容量：依据具体情况而定
控制方法：为无感矢量控制技术/VF控制/输出功率（转矩）控制
调速范围：1：100
模拟输入：0~5/10V，4~20mA
模拟输出：pwm信号经滤波后输出，可设定pwm脉冲输出（10V）
另外，应含有保护功效，显示功效，RS-485串口等功效。
g）流量热量计
流量计选择电磁流量计，测量热量配对铂电阻。
流量计要求：测量介质导电率＞20uS/cm，精度1.0级以上，工作温度-25~150℃，220VAC50 Hz供电，RS-485接口，4~20 Ma输出功效。
h）GPRS DTU
GPRS DTU用于传输信号无线通讯模块。

四、 换热站监控中心管理系统
在中央控制室安装了监控中心远程监控管理系统，该系统关键用于监控和调整各个换热站运行，包含以下多个方面内容：
l 工艺步骤总图显示
在画面中经过编程实现模拟显示整个换热站现场进汽供水全过程，而且在换热器本体上实时显示各工艺段运行情况，包含该工艺步骤图、全部设备状态、全部工艺参数和各控制回路具体参数等。方便于操作者能立即正确掌握换热站具体运行情况，能够对现场设备故障进行实时诊疗。
l 调整回路显示
包含全部调整回路，可修改设定值、控制方法、调整参数等。
l 设定值显示、报警统计
包含全部调整回路及顺控回路等设定值、控制方法、调整参数及报警值等。
对于如进汽流量、供水压力、回水压力、供水温度、循环泵三相电流、电压等部分关键模拟量输入参数进行实时报警，当处于监控下任何一个变量超出预先设定安全值时，立即进行声光报警，经过报警一览表对话框能够检验报警超出范围和错误起源，并对此采取对应方法。
l 标准功效画面显示
包含实时报警显示、历史报警显示、趋势曲线显示、操作统计显示等。
l 报表显示和打印
用户能够随心所欲地编制多种多样报表。
l 历史数据存放和检索
对关键数据进行在线存放。能够经过历史报表或历史趋势曲线方法来检索历史数据。
l 历史趋势
在此画面中除了实时显示变量改变趋势，操作员还能够检验过去过程数据统计，经过对过去历史趋势比较进而能够对变量未来发展趋势做深入估计。
l 远程组态
在监控计算机上能够对换热站运行方法进行远程组态，必需时直接远程操作换热站设备，如停泵、调整调整阀开度等工作。此项功效需要较高工程师权限，通常工作人员不能使用。
l 系统安全管理
对关键设备操作、关键参数修改均会自动统计，包含登录操作员、对设备进行操作、时间和修改前参数值、修改后参数等，以利于进行管理及事故分析；
另外，系统设置为多用户方法，各类用户全部有自己用户名和密码，对应不一样安全等级，决定了操作员可观察范围、可使用功效、可修改参数等。
序号
设备名称
型号
单位
数量
生产厂家
备注
1
室外温度变送器

台
1

注：
就地控制系统含控制柜、内部PLC控制系统、直流电源、UPS(长320；厚95；高160)、通讯模块、继电器、手/自动切换、调整、报警指示等。
2
涡街流量计

台
1

3
压力变送器

台
1

4
铂电阻

支
1

5
流量计算仪

台
1

6
温度变送器

台
2

7
压力变送器

台
2

8
差压变送器

台
1

9
旋翼流量传感器

套
1

19
电力参数采集

台
2

20
电动调整阀

台
1

21
电动调整阀

台
1

22
电磁阀

台
1

24
电接点压力表

台
1

25
就地控制系统

26
小计

27

28
中心站路由器

个
1

29
JX-远程数据采集系统软件

套
1

30
小计

31

32
累计

33
安装调试费

34
税金

35
总计

无人值守换热站设备

设备一览表 热力站标准系统图一
序号
名称
安装位置
规格型号
台数
1
温度变送器
一次管网供水管
0-150℃
1
2
压力变送器
一次管网供水管
1.6Mpa,0.5级
1
3
电磁流量计
一次管网供水管
1级
1
4
温度变送器
一次管网回水管
0-100℃
1
5
压力变送器
一次管网回水管
1.6Mpa,0.5级
1
6
电动调整阀
一次管网回水管

1
7
电磁阀
一次管网供水管除污器

1
8
压力变送器
一次管网供水管除污器
(20Kpa)
1
9
温度变送器
二次网总供、回水管
0-100℃
1
10
压力变送器
二次网总供、回水管
1.0Mpa,0.5级
1
11
电接点压力表
二次网总回水管
YX-150
1
12
变频器
二次网循环泵

3
13
电磁阀
二次网回水管

1
14
变频器
补水泵

2
15
冷水表
补水管

1
16
液位变送器
补水水箱
2.5米
1
17
电磁阀
补水箱供水管

1
18
压力变送器
自来水供水管
1.0Mpa,0.5级
1
19
冷水表
自来水供水管

1
20
电力参数采集
循环泵
ZT-2
3
21
电力参数采集
补水泵
ZT-2
2
22
室外温度变送器
室外墙壁上
SWC
1
23
就地控制柜
换热站控制室

1

设备一览表 热力站标准系统图二
序号
名称
安装位置
规格型号
台数
1
温度变送器
一次管网供水管
0-150℃
1
2
压力变送器
一次管网供水管
1.6Mpa,0.5级
1
3
电磁流量计
一次管网供水管
1级
1
4
温度变送器
一次管网回水管
0-100℃
1
5
压力变送器
一次管网回水管
1.6Mpa,0.5级
1
6
电动调整阀
一次管网回水管

1
7
电磁阀
一次管网供水管除污器

1
8
压力变送器
一次管网供水管除污器
(20Kpa)
1
9
温度变送器
二次网1、2总供、回水管
0-100℃
2
10
压力变送器
二次网1、2总供、回水管
1.0Mpa,0.5级
2
11
电接点压力表
二次网1、2总回水管
YX-150
2
12
变频器
二次网1、2循环泵

6
13
电磁阀
二次网1、2回水管

2
14
变频器
1、2补水泵

4
15
冷水表
1、2补水管

2
16
液位变送器
补水水箱
2.5米
1
17
电磁阀
补水箱供水管

1
18
压力变送器
自来水供水管
1.0Mpa,0.5级
1
19
冷水表
自来水供水管

1
20
电力参数采集
1、2循环泵
ZT-2
6
21
电力参数采集
1、2补水泵
ZT-2
4
22
室外温度变送器
室外墙壁上
SWC
2
23
就地控制柜
换热站控制室

2