換熱站聯(lián)動控制系統(tǒng)方案

       供熱事業(yè)是民生工程，同時又是國家節(jié)能減排的重要組成部分。換熱站作為供熱系統(tǒng)中重要的分配單元，其工作性能和輸配效率決定著供熱質(zhì)量高低和市民用熱舒適度和滿意度，以及節(jié)能效果。因此，優(yōu)化和提成換熱站自控系統(tǒng)的智能化水平是供熱企業(yè)整改措施的重要環(huán)節(jié)。

1、   換熱站系統(tǒng)現(xiàn)存問題

1.1軟硬件標準化問題

       換熱站通常有1-4套換熱機組，供應商在換熱站系統(tǒng)配置時，為節(jié)約成本盡可能降低配置（如多機組共用熱表、水表、電表、PLC），這樣造成每個換熱站的軟件、硬件設計方案不一致、數(shù)據(jù)協(xié)議標準不一致、工業(yè)組態(tài)軟件地址不一致，一旦出現(xiàn)問題根本無從查起。

1.2數(shù)據(jù)準確性問題

       PLC系統(tǒng)構(gòu)建換熱站控制系統(tǒng)時，傳感器多數(shù)采用的是4-20mA的信號，如壓力、溫度、液位、變頻器頻率等，這些信號在傳輸過程受到干擾、線路損耗、PLC進行A/D轉(zhuǎn)換的第個過程都容易造成失真，嚴重情況溫度的偏差值±1℃以上，目前多數(shù)企業(yè)僅解決了數(shù)據(jù)有沒有的問題，數(shù)據(jù)的準確性需要進一步的完善。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析不精準

       多數(shù)熱力企業(yè)的統(tǒng)計分析也僅僅換熱站級的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，很難做到機組級的統(tǒng)計分析，主要原因是缺少單個機組的計量裝置（熱表、補水表、電能表），只有做到機組級別的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，才能進一步的優(yōu)化未來的控制參數(shù)。

1.4多系統(tǒng)共存問題

       熱力企業(yè)不僅有可能存在多套供熱平臺、收費系統(tǒng)、客服系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無法互通，系統(tǒng)聯(lián)動難，同時也造成系統(tǒng)維護的工作量增大。

 

2、   換熱站自控系統(tǒng)改造目標

2.1軟硬件標準化、模塊化

2.1.1換熱機組硬件標準化設計，每個換熱機組均設置單獨計量裝置（熱、電、水），PLC硬件標準化設計，統(tǒng)一硬件標準。

2.1.2通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)格式標準化，針對換熱機組、二網(wǎng)閥、用戶室溫、用戶熱表定義其數(shù)據(jù)格式、地址，其中包括壓力、溫度、流量、熱量、電量、液位、頻率、電流等。

2.2數(shù)據(jù)更新、存儲周期標準化

      依據(jù)換熱機組、熱源、二網(wǎng)平衡系統(tǒng)、用戶室溫監(jiān)控系統(tǒng)、用戶熱計量系統(tǒng)特性，有針對性的對各子系統(tǒng)制定數(shù)據(jù)更新周期及數(shù)據(jù)存儲周期。

	更新周期	存儲周期	備注
熱源	≤1秒	1次/分鐘
換熱機組	≤1秒	1次/分鐘
二網(wǎng)平衡閥	≤2分鐘	≤2分鐘	設備更新數(shù)據(jù)同時進行數(shù)據(jù)存儲
用戶室溫	≤30分鐘	≤30分鐘
用戶熱表	≤1天	≤1天

2.3系統(tǒng)計量精度標準化

       設定溫度、壓力、流量、熱量、電量、補水量等數(shù)據(jù)的計量標準，依據(jù)各種傳感器及PLC自動化的特性制定各種類型傳感器的系統(tǒng)計量精度。

名稱	單位	顯示小數(shù)位	系統(tǒng)測量精度
溫度	攝氏度（℃）	0.01℃	±0.1℃
壓力	公斤（Bar）	0.01Bar	±0.03Bar
熱量	吉焦(GJ)	0.1GJ	±1%（一級表）
瞬時熱量	吉焦/小時（GJ/h）	0.1GJ/h	±1%（一級表）
水流量	立方米(m3)	0.1m3	±2%（二級表）
瞬時水流量	立方米/小時（m3/h）	0.1m3/h	±2%（二級表）
電量	度（KWH）	0.1KWH	有功1級、無功2級
功率	千瓦（KW）	0.1KW	1級
電壓	伏特（V）	0.1V	±0.1V
電流	安培（A）	0.1A	±0.1A
電機頻率	頻率（Hz）	0.01Hz	±0.01Hz

2.4 換熱機組及二網(wǎng)平衡系統(tǒng)依據(jù)用戶室溫監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋，自動調(diào)節(jié)機組的及樓棟的供給量。

2.5 以實現(xiàn)大網(wǎng)平衡為目標，同時兼顧換熱機組運行安全：管網(wǎng)壓力安全、系統(tǒng)安全、設備安全。

 

3、   換熱站自控系統(tǒng)改造方案

3.1 以利舊為主，盡可能使用現(xiàn)有的自控產(chǎn)品：PLC、觸摸屏、低壓電器等，降低改造成本。

3.2 以機組為單元，每套換熱機組對應一套自控系統(tǒng)，PLC程序、觸摸屏、通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)格式標準一致。

3.3 每個機組分別安裝計量裝置：一網(wǎng)熱能表、二網(wǎng)流量計、補水表、電計量表。

3.4 通Modbus過通訊采集變頻器的輸出頻率、輸出電流、運行、故障等信息。

 

4、   換熱機組自控系統(tǒng)硬件組成

 換熱機組的自控系統(tǒng)包括：PLC、觸摸屏、Modbus路由、傳感器、儀表，主要采集數(shù)據(jù)如下：

序號	數(shù)據(jù)	來源	信號類型	序號	數(shù)據(jù)	來源	信號類型
1	一次網(wǎng)供水溫度	溫度傳感器	RS485-Modbus	22	二次備循環(huán)泵頻率	循環(huán)泵變頻器	RS485-Modbus
2	一次網(wǎng)回水溫度	溫度傳感器	RS485-Modbus	23	二次備循環(huán)泵功率		RS485-Modbus
3	一次網(wǎng)供水壓力	壓力傳感器	RS485-Modbus	24	二次備循環(huán)泵電流		RS485-Modbus
4	一次網(wǎng)回水壓力	壓力傳感器	RS485-Modbus	25	補水泵累計流量	補水表	RS485-Modbus
5	一次過濾器后壓力	壓力傳感器	RS485-Modbus	26	主補水泵頻率	主補水泵變頻器	RS485-Modbus
6	一次網(wǎng)瞬時流量	熱能表	RS485-Modbus	27	主補水泵功率		RS485-Modbus
7	一次網(wǎng)累計流量		RS485-Modbus	28	主補水泵電流		RS485-Modbus
8	一次網(wǎng)瞬時熱量		RS485-Modbus	29	備補水泵頻率	備補水泵變頻器	RS485-Modbus
9	一次網(wǎng)累計熱量		RS485-Modbus	30	備補水泵功率		RS485-Modbus
10	一次電動閥開口度	電動調(diào)節(jié)閥	4-20mA	31	備補水泵電流		RS485-Modbus
11	二次網(wǎng)供水溫度	溫度傳感器	RS485-Modbus	32	水箱水位	液位傳感器	4-20mA
12	二次網(wǎng)回水溫度	溫度傳感器	RS485-Modbus	33	有功功率	電能表	RS485-Modbus
13	二次網(wǎng)供水壓力	壓力傳感器	RS485-Modbus	34	無功功率		RS485-Modbus
14	二次網(wǎng)回水壓力	壓力傳感器	RS485-Modbus	35	視在功率		RS485-Modbus
15	二次過濾器后壓力	壓力傳感器	RS485-Modbus	36	總功率因數(shù)		RS485-Modbus
16	二次網(wǎng)泵出口壓力	壓力傳感器	RS485-Modbus	37	U相電壓		RS485-Modbus
17	二次網(wǎng)瞬時流量	流量計	RS485-Modbus	38	V相電壓		RS485-Modbus
18	二次網(wǎng)累計流量		RS485-Modbus	39	W相電壓		RS485-Modbus
19	二次網(wǎng)主循環(huán)泵頻率	主循環(huán)泵變頻器	RS485-Modbus	40	U相電流		RS485-Modbus
20	二次網(wǎng)主循環(huán)泵功率		RS485-Modbus	41	V相電流		RS485-Modbus
21	二次網(wǎng)主循環(huán)泵電流		RS485-Modbus	42	I相電流		RS485-Modbus
				43	水浸報警	浸水傳感器	開關信號

 

       通過觸摸屏HMI顯示上表所有參數(shù)，根據(jù)用戶需求可自行配置：就地遠程操作、水泵起停、一網(wǎng)閥手自動控制、上下限液位、補水壓力上下限等各種功能。

PLC系統(tǒng)可依據(jù)設定的參數(shù)自動運行：二次網(wǎng)溫度與一次網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的PID調(diào)節(jié)；補水泵自動補壓；水箱自動補水；管網(wǎng)自動泄壓等功能。

系統(tǒng)硬件配置方案：

 

4.1電氣控制柜

柜體上需配有鎖，所有鎖用同一把鑰匙。柜體外殼采用不小于2.0mm厚的鋼板，配件采用電焊或螺栓組裝。柜體裝配后先進行除銹酸洗、磷化處理、清洗，然后噴塑。依照加工要求，柜子應整潔布局合理，在制造設備之前應畫出圖紙并提供給買方。

防護等級應不低于IP54；控制柜配備巡檢按鈕，記錄巡檢時間及次數(shù)。

控制柜為成套供貨，除前述已有的設備外，全部配件均須全套配齊。并且應提供控制柜的外形圖、內(nèi)部布置圖、設備及元器件清單等資料。

控制柜為單面前開門式，柜內(nèi)設備、器件、配件等不允許采用背面緊固的方式安裝。

按電源種類分別設電源總開關，各用電回路分開關根據(jù)負荷情況選配。電源開關采用優(yōu)質(zhì)的小型空氣斷路器。

柜內(nèi)繼電器采用優(yōu)質(zhì)的小型功率電磁繼電器，形式為插件式，接線插座采用螺栓壓接式。

24V直流電源采用高品質(zhì)產(chǎn)品，紋波電壓小于50mV，正常使用容量小于其額定值的70%，輸出與輸入必須完全電隔離。

柜內(nèi)配線應采用匯線槽方式，線芯截面積應根據(jù)通過的電流大小進行選配，配線顏色按信號種類，根據(jù)國家標準配置。接線端子應采用壓接式接線端子，接線時須按順序排號，并貼有端子標鑒，標簽不可擦除。AI回路必須配保險端子進行保護。

信號、屏蔽接地均應采用與柜體完全接地的銅排連接方式。

柜內(nèi)應設有電源工作指示燈、控制器運行指示燈、門控照明燈、門控排風扇、門鎖等。

每個控制器柜對轄區(qū)的在線檢測儀表提供220VAC或24VDC工作電源。

柜內(nèi)來自于室外的進線需有防雷設備（包括通訊線路，電源進線，儀表信號輸入，儀表供電線路）。

 

4.2 PLC技術(shù)資料

PLC采用西門子SMART200系列SR30，配置1ⅹ模擬量EM-AM03模塊、1ⅹSB-CM01/485擴展卡。

SMART200 SR30基本技術(shù)參數(shù)
外形尺寸（mm）		110 x 100 x 81
用戶	程序存儲區(qū)	18K字節(jié)
存儲區(qū)	數(shù)據(jù)存儲區(qū)	12K字節(jié)
	保持存儲區(qū)	10K字節(jié)
本機數(shù)字量I/O		18輸入/12輸出
信號板擴展		1
信號模塊擴展		6
高速計數(shù)器		6（全部）
脈沖捕捉輸入		14 （加信號板 16）
存儲卡		microSD卡（可選）
實時時鐘精度		± 120 秒 / 月
實時時鐘保持時間		7天 典型值 / 6天 最小
PID 回路
供電能力（mA）		最大 1400 mA(5 V DC)

 

4.3 觸摸屏HMI

 TPC1031Ni，是以Cortex-A7多核CPU為核心、主頻1GHz的智能物聯(lián)網(wǎng)觸摸屏，該產(chǎn)品設計采用10.1英寸TFT液晶顯示屏，分辨率1024*600，四線電阻式觸摸屏。

4.4 ModbusRouter資料

2   MODBUS-ROUTER的SLAVE端配置有1路RJ45接口和一個RS485接口，支持TCP/IP及RS485-MODBSU RTU從站協(xié)議，主要用于與PLC（或上位機）連接。

2  MODBUS-ROUTER每個端口都采用電源隔離、光耦隔離，保護現(xiàn)場各類設備發(fā)生時也不會相互影響。

2  MODOUS-ROUTER每個COM端口均可配置不同的參數(shù)，支持多種MODBUS配置參數(shù)，支持MODBUS主站協(xié)議與各類儀表設備連接。

2  MODBUS-ROUTER可根據(jù)配置的參數(shù)自動完成數(shù)據(jù)讀寫，并將現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)信息映像至內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)域。

2  MODBUS-ROUTER配置的通訊故障寄存器，針對每條通訊指令的狀態(tài)都存有記錄，PLC(或上位機)可一次性的讀取每條指令的通訊狀態(tài)。

 

4.5 壓力傳感器

壓力傳感器采用電阻橋式壓力傳感器和24位ADC，完全校準壓力，主要用于高分辨率和精確的壓力測量。

 

4.6 溫度傳感器

溫度傳感器采用高精度測溫芯片，測溫范圍為-55°C 到+125°C，測量精度±0.1°C。

基本參數(shù)
供電電壓	DC24V
測量范圍	-20~125℃
測量精度	-20℃~125℃	±0.5℃
	10℃~85℃	±0.1℃
電氣聯(lián)接方式	赫斯曼接頭
通訊協(xié)議	RS485-ModbusRTU（從站協(xié)議）
IP防護	IP66
安裝方式	G1/2螺紋

 

4.7超聲熱量表

?  熱量表主要用于測量一次網(wǎng)管道內(nèi)熱量，主要由流量計、能量積算儀、溫度傳感器及溫度傳感器安裝護套組成。

?  *熱量表需具有《中華人民共和國計量器具型式批準證書》；

?  管道材質(zhì)：鑄鐵

?  溫度范圍：4-130℃

?  溫差范圍：3-70℃

?  公稱壓力：PN16

?  準確度：2級

?  防護等級：IP68

?  溫度傳感器類型：PT1000

?  工作電源：220VAC、24VDC或3.6V鋰電池

?  功耗:<0.4mW

?  顯示：液晶顯示器，8位數(shù)字+提示符

?  通訊方式：RS485-ModbusRTU

?  聲道數(shù)量：*流量計部分采用四聲道

?  數(shù)據(jù)存儲：按月存儲熱量、累積流量和相對應的時間及當月最大熱功率，可存儲最近24個月的數(shù)據(jù)

 

4.8 二網(wǎng)流量計

二網(wǎng)流量計用于測量二次網(wǎng)的流量，對于測量精度要求低于熱能表，使用外夾式流量計即可。

4.9電動調(diào)節(jié)閥

主要用于一級網(wǎng)流量調(diào)控，一般安裝于一級網(wǎng)回水管線。主要包括執(zhí)行器及閥體兩部分。

閥體技術(shù)要求

1)材質(zhì)

?  ?閥體：灰鑄鐵GJL-250（HT250）或  球墨鑄鐵GJL-400-18（QT400-15）

?  ?閥蓋：Q235-B或灰鑄鐵EN-GJL-250（HT250）

?  ?閥桿：不銹鋼

?  ?法蘭連接

?  ?壓力等級PN16，其流通能力（Kvs值）及口徑必須滿足工藝流量的要求。

?  ?符合2014/68/EU標準要求

2)性能

?  ?流量特性為等百分比特性

?  ?閥桿向下動作為開閥，向上動作為關閥

?  ?閥體高控制比，可調(diào)范圍須≥50：1

?  ?泄漏率要求：泄漏率＜Kvs值的0.05％

?  ?壓力平衡型閥芯設計；

?  ?最大關閉壓差達到1.6 MPa

?  ?閥桿處為可更換的填料盒式密封，密封材料為EPDM

?  ?介質(zhì)溫度范圍2~130℃

?  ?符合2014/68/EU標準要求

3）驅(qū)動器要求：

?  驅(qū)動器須水平或垂直安裝；

?  ?驅(qū)動器電源為24V ±10%，50/60Hz；

?  ?驅(qū)動器由雙向同速電機驅(qū)動，齒輪傳動；

?  ?防護等級IP54；

?  ?工作環(huán)境溫度0~55℃，儲存和運輸環(huán)境溫度-40~70℃

?  ?驅(qū)動器斷電時應保持在原位；

?  ?為避免驅(qū)動器及閥體破壞，電機具有過載保護功能；

?  ?可機械手動操作且操作時

?  ?驅(qū)動器上具有行程位置指示功能；

?  ?動作速度：8s/mm；

?  ?通過標準工具進行手動操作；

?  ?可將信號分割控制，確保兩個調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時，用同一信號實現(xiàn)兩個閥門順序開啟；

?  ?控制信號為標準的模擬量信號，0(2)-10V或0(4)-20mA可選；

?  ?反饋信號為0(2)-10V或0(4)-20mA；

?  ?驅(qū)動器開與關兩個方向的運行速度相同，以便溫度控制的穩(wěn)定；

?  ?控制方式為模擬量控制和三點控制方式可選；

?  ?可正/反向選擇控制；

?  ?具有閥門行程自檢功能，以減少調(diào)試時間

?  ?驅(qū)動器動作與信號響應特性：出廠默認為LOG特性，可現(xiàn)場調(diào)試時切換成線性特性；

?  ?CE認證標識：符合低電壓指令（LVD）20014/35/EU： EN 60730-1, EN 60730-2-14 電磁兼容指令（EMC） 2014/30/EU： EN 61000-6-2, EN 61000-6-3

 

4.10 補水水表

補水水表主要用于計量單個機組的補水累計量，沒有瞬時流量測量的需要。使用旋翼式水表具有成本低廉、計量精度高的特點。

 

基本參數(shù)
材質(zhì)	鑄鐵
精度等級	2級
工作溫度	0-30℃
工作壓力	1.0Mpa
通訊接口	RS485-ModbusRTU
波特率	9600kbit/s
工作電源	DC12V~DC24V
防護等級	IP65

 

4.11多功能電表

?  多功能電表主要用于單套機組的用電量統(tǒng)計，遵循ModbusRTU協(xié)議規(guī)約，采用的數(shù)據(jù)包括電壓、電流、功率、有功電能、無功電能等數(shù)據(jù)

?  導軌式安裝

?  輸入電壓：三相四線，3*380V

?  精度等級：誤差±0.2%

?  可采集電壓、電流、有功功率、無功功率、電量等；

?  環(huán)境溫度：-25℃~+55℃

?  相對濕度：≤95%（無凝露）

?  支持標準MODBUS協(xié)議、RS485接口；

?  有功電能精度：0.5S級

?  顯示功能：具有8段位式LCD顯示、背光顯示

?  LED報警指示：具有失壓、過壓報警

?  輸出信號：1路開關量輸出

?  外置互感器

 

4.12 液位變送器

?  推薦品牌：安徽天康、冠誠儀表、四川儀表廠

?  精度等級：0.5%FS；

?  輸出信號：4-20mA；

?  顯示：帶液晶顯示

?  供電電源：24V·DC

?  環(huán)境溫度：-40℃～80℃

?  介質(zhì)溫度：-40℃～80℃

?  相對濕度：0～95%

?  量程：0～4m

?  穩(wěn)定性：最大量程的±0.1%（1年）

 

4.13 泄壓及補水電磁閥

?  閥體材質(zhì)：黃銅

?  閥芯材質(zhì)：不銹鋼

?  閥芯套筒：不銹鋼

?  彈簧材質(zhì)：不銹鋼

?  密封材料：EPDM

?  連接方式：螺紋連接

?  閉合形式：電開常閉

?  承壓能力：PN16

?  供電電源：AC220V

?  介質(zhì)溫度：-30-140℃

?  環(huán)境溫度：最高80℃

?  防護等級：IP67

?  結(jié)構(gòu)形式：先導式，內(nèi)置先導過濾器，用于保護先導系統(tǒng)