换热站及其自动控制系统的调试-初稿.doc

换热站及其自动控制系统-暖通工程师应了解自控系统天津海河教育园区投资开发有限公司 王昊 周文涛摘要换热站如今已广泛使用自动控制系统。然而，良好的供暖系统，完善的自动控制系统，有时却不能很好的结合，发挥不出理想的作用。究其原因，主要是暖通工程师不懂自控，自控技术人员不懂暖通，个自顾个自，结果两者都不能达到最佳状态。在供热工程中，暖通工程与其自控比较而言，暖通是主导的部分，而自控只是它的辅助。因此，作为一名暖通技术人员，有必要对自控系统有起码的了解。同时，应以自身的暖通知识和对自控的了解去配合和指导自控人员做好调试工作。AbstractThe heat exchange station is now widely used in automatic control system. However, good heating system and good automatic control system, sometimes can not be combination well. Investigate its reason, is mainly the HVAC engineers do not understand automatic control, automatic control technology personnel do not understand the HVAC, neither can achieve the best results. In the heating project, comparing HVAC engineering and automation, HVAC is the leading part, and automatic control is its auxiliary. Therefore, as a heating technology personnel, it is necessary to have a rudimentary understanding of automatic control system. At the same time, should be based on their knowledge of automation and HVAC understanding to coordination and guidance control personnel to do the debugging work.关键词 集中供热系统；换热站控制系统；PID调节Key WordsCentral Heating Supply System; Control system of heat exchanger; PID Regulation换热站如今已广泛使用自动控制系统。然而，良好的供暖系统，完善的自动控制系统，有时却不能很好的结合，发挥不出理想的作用。究其原因，主要是暖通工程师不懂自控，自控技术人员不懂暖通，个顾个，结果两者都不能达到最佳状态。在工程中，暖通工程与其自控比较而言，暖通是主导的部分，而自控只是它的辅助。因此，作为一名暖通技术人员，有必要对自控系统有起码的了解。同时，应以自身的暖通知识和对自控的了解去配合和指导自控人员做好调试工作，使二者融为一体，协同工作。1、换热站的工作原理集中供热是以热水或蒸汽为热能载体，通过管网为一个区域的所有热用户供热。集中供热系统是由热源、热用户和热网三部分组成。由于供热系统中的热用户的热负荷并不是恒定的，如供暖通风热负荷随室外气象条件变化、热水供应和门窗开启频率等因素变化。要保证供热质量，满足各热用户要求，并使热能的配置合理，就要对供热系统进行运行调节一一也就是供热调节。根据供热调节地点不同，供热调节可分为集中调节、局部调节和个体调节三种调节方式。集中调节在热源处或供热网处进行。局部调节在换热站或热用户引入口进行，个体调节直接在散热设备处进行调节。集中供热调节容易实施，运行管理方便，是最主要的供热调节方法。集中供热系统的换热站是供热网路与热用户的连接场所，在其内安装与用户连接的有关设备、管道、阀门、仪表和控制装置。它的作用是根据热网工况和不同的条件，采用不同的连接方式，将热网输送的热媒加以调节、转换，向热用户系统分配热量以满足用户的需求;同时还应根据需要，进行集中计量、检测供热热媒的参数和数量。热力输配网络控制的重点是换热站的控制。换热站主要完成从供热一次网到二次网的热量交换，置换出的二次网的热水温度一般在4060之间。换热站自控系统可对热网的温度、压力、流量、开关量等进行信号采集、测量、计算和控制，实时监控一次网、二次网温度、压力、流量，循环泵、补水泵运行状态，及水箱液位等各个参数信息，进而对供热过程进行有效的监测和控制。在供热期间可按室外温度调节二次网供回水温度，达到按需供热，实现气候补偿节能控制。2、换热站控制系统换热站自控设备主要由液晶显示操作终端和控制系统两部分组成。液晶显示屏主要完成各种监控画面、采集参数的显示，同时接受参数的设定。控制系统主要功能是对各换热站系统运行参数（一、二次网温度、压力、流量等）、各种设备运行状态进行实时监控及采集，并根据气温和负荷的变化按预先设定的控制策略对换热站循环泵、补水泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组的完全自动控制。3、换热站控制系统的主要功能3.1一次网电动调节阀控制换热站控制系统具有气候补偿和恒温供水功能，即根据气候的变化自动调节供热量。自动控制器根据室外温度的变化，决定二级网侧的供热量，实测供热量和设定值相比较后，进行PID闭环调节，控制器输出信号至电动调节阀，调节电动调节阀的开度，从而改变一级网侧的流量，实现二级网侧供热量调节。3.2二次网循环泵变频控制实现二次网供/回水压力差值PID控制，从而保证最不利点正常供暖。压差设定值可根据经验参数或经验曲线进行设定。4、PID调节的基本原理及调试方法4.1 PID是由比例、微分、积分三个部分组成的，基本公式为u(t) = Kp*e(t) + Kie(t) + Kde(t) e(t-1)+u0u(t)输出值Kp比例放大系数 Ki积分放大系数 Kd微分放大系数e(t)误差 u0控制量基准值（基础偏差） 比例控制是最常用的控制手段，比如我们控制二次供水的温度60度，当开始加热时，离目标温度相差比较远，这时会加大加热，使温度快速上升，当温度超过60度时，我们则停止加热。当温度降低到60度以下时，再开始加热。但由于供热系统庞大，系统响应的滞后性，单独采用比例控制，无法满足集中供热系统的调节要求。还必须引入积分项和微分项。积分项是一个历史误差的累积值，如果光用比例控制时，要不就是达不到设定值要不就是振荡，在使用了积分项后就可以解决达不到设定值的静态误差问题，比方说一个控制中使用了PI控制后，如果存在静态误差，输出始终达不到设定值，这时积分项的误差累积值会越来越大，这个累积值乘上Ki后会在输出的比重中越占越多，使输出u(t)越来越大，最终达到消除静态误差的目的。 因为PI系统中的I的存在会使整个控制系统的响应速度受到影响，为了解决这个问题，控制中还要加上D微分项，微分项主要用来解决系统的响应速度问题。4.2 PID的调试过程： (1) 关闭I和D，也就是设为0.加大P，使其产生振荡；(2) 减小P，找到临界振荡点； (3) 加大I，使其达到目标值；(4) 针对超调和振荡的情况适当的增加一些微分项；(5) 整个调试过程是一个反复试验的过程，要认真观察记录每次参数调整后的运转情况，不能敷衍了事。一直到震荡逐步收敛，主要参数与设定值基本一致，且满足供热效果要求。 5、某高职院校换热站的调试问题该校采用“山东宏达科技集团”的换热设备和控制系统，设备在投入使用时，厂家来人调试，Kp、Ki、Kd全部调成一个可设值中间值的状态（如0-10，就设为5），系统根本不稳定，一直在大幅度震荡的情况下工作。虽然供热效果也能达到，但设备一直在“疯狂的”运转。电动阀开度不断的在0-100%之间往复，供水温度持续的在45-65度之间波动。经笔者按照以上PID调节方式调整后，电动阀开度变化维持在5%之内，供水温度维持在55-60度之间，系统工作方才稳定。可是，这么明显的问题，现场的暖通工程师却发现不了。因为其关注点只在水泵、管道系统是否工作正常，最在意的是散热器是够热，室内温度是否满足要求，而且其对自控一窍不通。厂家人员技术水平有高低，除调试又不来现场，如果现场暖通人员对自控没有起码的了解，就无法判断系统是否在正常工作，也无法根据外界因素的变化自行做时时调节，设备就很难正常工作。生活供热这种精度要求不高的系统还可以，要是精度要求高的生产系统，也许还会出大问题。6、结论换热站如今已广泛使用自动控制系统。做为暖通工程师既要懂暖通系统，又必须对自控有起码的了解。这样，才能在系统调试时给自控人员配合和指导；也只有这样，才能对调试结果做出正确的判断。参考文献：刘学来，城市供热工程，中国电力出版社 ，2009-08-01 胡寿松主编，自动控制原理，科学出版社，2002