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摘要：在供熱系統中，換熱站利用集中供應的熱源（熱水或蒸汽）作為熱媒，利用循環熱水管網向對應目標區域進行供熱。通過不同類型傳感器采集換熱站內系統運行數據，將信號傳遞到藍普鋒PLC進行采集控制，通過觸摸屏顯示和設定PLC運行參數，PLC根據采集數據自動運行，以及結合智能算法實現對執行機構的控制調節，進而實現對二次網供、回水溫度、壓力等參數的自動控制，提高換熱站運行穩定可靠性，最終實現無人值守。換熱站內PLC控制系統，通過以太網、4G、串口、無線射頻等通訊方式，將運行數據上傳至區域熱網調度中心。藍普鋒上位機組態軟件通過大量數據分析，可以輔助管理員遠程對區域熱網進行調度和換熱站運行管理，實現無人值守換熱站遠程監控維護。
行業關鍵字：無人值守、換熱站、供熱、熱網
技術關鍵字：多個擴展、多個通訊接口、多路模擬量、環境潮濕、高溫
資料提供：本文涉及方案已在用戶現場實施，技術方案先進，運行穩定。歡迎聯系藍普鋒深入探討、交流。
一、行業背景
隨著國民經濟的不斷進步和居民生活水平逐步提高，集中供熱因其節能、環保等顯著優勢日漸成為眾多小區供熱發展的主要趨勢。在傳統供熱模式下，為滿足供熱需求，二次換熱站內設備運行參數多為人工調節。由于室外溫度和供熱需求的不斷變化，需要頻繁的進行人工調節才能保障二次供水溫度滿足基本需求。人工調節只能夠根據經驗值進行控制和參數設定，進而達到粗調節，不能很好的保證用戶室內溫度維持穩定，并且熱網運營成本高、能效低。
隨著熱網建設成本和運行成本的增加，供熱行業一直在探索開發能充分適應熱負荷不斷變化的換熱站自動高效的調節運行方式，同時能夠實現換熱站穩定可靠運行和無人值守，達到較好的供熱效果和經濟運行的目的。隨著自動化技術的不斷發展，近幾年新建及改造換熱站都采用較先進的無人值守換熱站自動控制技術，在換熱站的管理、維護、節能、安全性等方面有了很大的提升，實現換熱站自動化、智能化、信息化，成為換熱站控制發展的必然趨勢。
基于藍普鋒PLC的無人值守換熱站監控系統，既可以實現換熱站穩定可靠運行和無人值守，同時可以遠程監控換熱站實時工況數據，實現換熱站遠程維護、調度管理。藍普鋒PLC單CPU本體自帶多個通訊接口，擴展模塊帶載能力強，特別是擴展模擬量可達200點，模擬量采集控制精度高，廣泛應用于無人值守換熱站自動控制系統。
二、系統介紹
換熱站，又稱二次換熱站，是熱網系統的核心環節，它將一次側蒸汽或高溫水中的熱量，傳遞給可以直接進入用戶末端的采暖熱水。換熱站一般是由換熱器組成的換熱系統，循環水泵組成的循環系統，補水泵組成的補水系統以及PLC和控制柜組成的控制系統四部分組成。區域熱網調度中心負責監控管理區域熱源（如鍋爐房）和換熱站等，通過上位機監控系統對區域內熱源和換熱站進行遠程監控和管理。無人值守換熱站在控制過程中，一般是由PLC對換熱站內運行參數進行采集，如一次側、二次側的供回水溫度、壓力，以及室外溫度、累計熱量、瞬時流量、三相電參數等，對循環泵、補水泵等進行變頻、工頻控制，通過以太網、4G、串口、無線射頻等將運行狀態和參數上傳至熱網調度中心，用于調度分析。
2.1 控制系統總體方案設計：
無人值守換熱站監控系統是一個多層次的復雜控制系統，首先需要實現換熱站的自動控制和無人值守，其次是將換熱站的運行參數和狀態上傳至區域調度中心，進行統一管理和調度。
PLC必須保證換熱站內系統穩定可靠運行，可以根據室外溫度傳感器測量的室外溫度或者用戶設定溫度對一次側流量進行控制，以達到對二次供水溫度進行控制，提高供熱質量的目的。PLC通過供水壓力傳感器和循環水泵變頻器來實現對二次供水壓力的控制，通過回水壓力傳感器和補水泵變頻器來實現對二次回水壓力的控制。
換熱站的運行程序獨立存在于其控制系統PLC內，能夠脫離上位機監控管理軟件而獨立運行，其運行可以通過中央控制室上位機監控管理系統來觀察并實施調整。換熱站實現無人值守的同時，利用通訊方式將運行狀態數據傳給監控管理系統供參考，同時接受監控管理軟件遠程進行參數調整。
系統控制方案設計如下圖1所示。
圖1 區域供熱控制系統圖
2.2 某無人值守換熱站PLC典型配置表
2.3 自動控制主要功能
（1）二次網供水溫度控制：PLC通過采集一次側管網供回水壓力、溫度，與環境溫度、一次側供回水目標溫度、壓力建立數學模型，如恒溫模型、動態溫度模型等，采用智能PID算法控制一次側調節閥開度，控制二次側供水溫度。
（2）二次網供水壓力控制：PLC通過采集二次側管網供回水壓力、溫度，與環境溫度、二次側供回水目標溫度、壓力建立數學模型，如定壓模型、壓差模型等，采用智能PID算法控制二次側循環泵頻率和工變頻切換，調節二次側供水壓力或供回水壓差。
（3）二次網回水壓力控制：二次網回水壓力的大小通過補水泵控制。當壓力的實際值與設定值不同，PLC通過PID運算調節變頻器調節補水泵的工作頻率，改變二次網回水壓力的實際值，使其與設定值相同。
（4）根據本地的氣候條件以及供熱對象的特征，設定多條室外溫度與二次供水溫度之間的對應曲線。PLC可以依據該條曲線，根據室外溫度傳感器測量的室外溫度對一次供水流量進行控制，進行室外溫度補償控制，以達到對二次供水溫度進行控制、節省能源、提高供熱質量的目的。
（5）在系統中增加晚間節能的設置，根據需要設置晚間供熱溫度。自控系統通過加入時間日程表的控制，實現一天當中不同時刻對應不同的溫度。
（6）PLC通過多路通訊接口，采集現場智能儀表數據，如三項多功能電表、熱表、水表等，自動計量每個換熱站的補水量、用電量，以及系統的產熱量，用于評估系統的效率；了解系統的損耗、運行成本等數據。上位機系統統計運行能耗，并通過曲線、報表等，輔助管理者進行節能調度。
（7）PLC控制系統通過GPRS DTU進行數據遠傳，通過公網，能將現場運行狀態、數據、智能儀表數據通過GPRS上傳至集中管理中心進行運維管理調度。平臺采用先進的信息化、自動化、物聯網等技術實現能源消耗的可視化、可量化和智能化分析；實現對各個熱力站內各類用能的分項、分區、分戶及關鍵設備的數據采集、監測，能耗診斷、設備能效分析、指標管理等功能，通過平臺提供的數據開展精細化的能耗管控，優化設備運行，降低能耗。
（8）輔助保護功能：當系統壓力低于設定下限值時，循環水泵自動停止，以避免循環泵空載運行；當循環泵停止運行時，一次側熱媒溫控閥自動關閉。系統將對運行狀態超限、設備運行故障和欠壓漏水等故障進聲光報警。
（9）其他控制策略：如泄壓閥控制，根據系統回水壓力控制。當回水壓力大于設定回水壓力泄壓上限值時，打開電磁泄壓閥對循環水系統進行泄壓，當系統回水壓力低于設定回水壓力泄壓下限值時，關閉電磁閥。
基于藍普鋒PLC的無人值守換熱站監控系統使用簡單方便，大量應用于換熱站現場，能夠在環境潮濕、密閉高溫的換熱站現場長時間穩定可靠運行。
圖3 監控界面1
圖4 監控界面2
圖5 監控界面3
三、PLC典型應用現場
（1）北京熱力
（2）天津熱力
（3）長春熱力
四、現場圖片
圖5 某現場PLC控制柜內圖
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