基於PLC的直供混輸轉熱站自控策略的實踐

   時間:2014-03-12 01:48:58
基於PLC的直供混輸轉熱站自控策略的實踐簡介
     1 引言由於節能減排的需要,集中供熱已成為我國城市供熱主流。隨著城市住房面積的不斷增加,集中供熱的面積也越來越大。集中供熱一個顯著特點是一個熱網需要……
基於PLC的直供混輸轉熱站自控策略的實踐正文
  

1 引言
由於節能減排的需要,集中供熱已成為我國城市供熱主流。隨著城市住房面積的不斷增加,集中供熱的面積也越來越大。集中供熱一個顯著特點是一個熱網需要許多一級和二級泵站以滿足幾十萬甚至上百萬平方米的採暖面積的需要。目前從泵站的運行方式上看大體可分為間接換熱式和直供混輸式兩種。與間接換熱式比較,以前直供混輸式由於工藝複雜、全面的自動控制很難實現,在集中供熱中所佔比例不大。但近十幾年來隨著變頻技術、計算機技術、自控技術、網路技術的發展,泵站的控制策略日臻完善,自動化水平不斷提高。泵站的監控系統也在多數供熱企業也建立並投入使用。一次投資少,運行費用低的直供混輸供熱系統發展較快。下面結合吉林石化礦區供熱系統就直供混輸轉熱站自動控制策略進行論述、剖析。

2 壓力自動控制策略
2.1 工藝流程
依照下圖,控制的壓力參數是供水壓力P1和回水壓力P2。
2.2 壓力自控系統組成
通過下圖可以看出:壓力控制系統由壓力測量、PLC控制器[1]、變頻器、電機水泵、工藝對象等組成。 隨著變頻技術的成熟,現在供熱系統已廣泛使用變頻器參與壓力自動控制。除PLC控制器外這幾個環節,機泵環節因為頻率f、轉數N、揚程H的關係為:f∝N,N2∝H,即f2∝H。是一個二階非線性函數,而其他環節都可視為一階線性函數。由於測量環節無滯后,故在PLC控制器上選取P(比例)、I(積分)、D(微分)參數時,一般只選取P、I而不選D。根據經驗比例度一般20%~80%,積分時間一般選擇2~5。
2.3 壓力控制動態過程:

P1的控制過程(變頻泵控)當某一干擾致使P1升高時, 壓力測量儀錶實時檢測並把信號傳至PLC,PLC是控制的核心部件,它把此信號與給定信號壓力信號PS相比較??此時P1-PS?0,PLC經過P、I運算一定輸出一個負值(反作用),疊加在原來的信號上,致使PLC輸出減少(一般以mA電流方式輸出),變頻器接收到減少的信號也立即使供電迴路頻率F減少,隨之電機的轉數N下降,水泵的輸出壓力P0降低,測量點處的壓力P1相應降低,如果仍P1?PS,則繼續重複上述過程。此時如果P1<PS,則反饋到PLC進行與上述相反的調節,直至達到新的平衡。
P2的控制過程(變頻泵控)當某一干擾致使P2升高時,壓力測量儀錶實時檢測並把信號傳至PLC,PLC是控制的核心部件,它把此信號與給定信號壓力信號PS相比較??此時P2-PS?0,PLC經過P、I運算一定輸出一個正值(正作用),疊加在原來的信號上,致使PLC輸出增加(一般以mA電流方式輸出),變頻器接收到增加的信號也立即使供電迴路頻率F增加,隨之電機的轉數N上升,測量點處的壓力P2相應減小,如果仍P2?PS,則繼續重複上述過程。此時如果P2<PS,則反饋到PLC進行與上述相反的調節,直至才達到新的平衡。
2.4 回水壓力P2用調節閥2控制(適合設有兩級級泵站)
當二級有多個轉熱站時,為了節能需要,在管網上專設中繼一級泵站或利用換熱一級泵站實現回水加壓功能。這時二級泵站(轉熱站)P2的控制就由調節閥2來完成。由調節閥控制的動態過程與用泵控制類似,只是由於閥的傳遞函數特性與機泵不同,PLC的P、I需要調整

3 溫度自動控制策略
3.1 溫度系統的組成及控制模式
參看圖1,轉熱站里從泵到測溫點有一定距離,溫度測量自身也帶有滯后,所以從流量Q的變化到T1的變化曲線實際是帶純滯后的非線性一階特性曲線,反應滯后且緩慢。對這種情況實際操作時一般選用模糊控制,在PLC中調用標準控制模塊 。對每個轉熱站要選好模糊控制周期TM(cycle time),模塊程序回根據偏差值計算輸出的隸屬補償,偏差越小輸出的隸屬步長越小,反之則隸屬步長越大。調節閥一般選用等百分比特性和線性特性[3] 。對於調節閥安在供水的情況,在PLC選擇反作用,對於調節閥安在回水(混水)的情況,在PLC選擇正作用。如二者都有,則同時考慮。溫度測量選用A級pt電阻。
3.2 溫度給定值的確定
直供混輸轉熱站的特點之一是來自電廠的一次水與來自用戶的回水混合后供出。根據「標準供熱曲線」(即室外氣溫與街區供水溫度T1及街區回水溫度T2對應曲線)來確定需要的TG,TG即是PLC控制器(或其他控制器)溫度控制的給定值,具體實施一般有以下兩種":
一是在「標準供熱曲線」上人工查對TG,根據氣溫每天制定出幾個TG,下發或在現場設定(類似定值調節)。二是把曲線的對應關係編程??即把室外氣溫分成10段左右,再確定每段對應的TG,運行時自動按此執行(類似隨動調節),如-18℃-22℃對應65℃,同時兼顧靈活,還設計了修正曲線(時間段與修正值的對應曲線)如14時-17時加2℃,按此修正則上述的65℃就變成了67℃。
針對管網每個轉熱站所帶樓房的具體情況,如結構、年限、傳統散熱還是地熱等,每個轉熱站的TG也不同,
3.3 溫度控制動態過程:(以調節水1閥安在電廠來水側為例
當某干擾使供水溫度T1升高時,通過溫度測量環節傳遞到PLC,PLC比較后一定輸出一個負(步長)疊加在原有的信號上,使輸出值降低(反作用)。此信號控制調節閥關小,從而減少電廠供水流量,使供水溫度朝降低方向發展,由於TM一般設置2-8秒,反應要一定時間。等TM秒后,PLC在繼續輸出,此時偏差方嚮應不變(參數選取時應避免過調)但值減小,PLC輸出一個比上次小的負值(步長)疊加在原有的信號上,使輸出值進一步降低。進而通過關閥使溫度繼續朝降低方向發展。如此循環,直致實測溫度與TG相差在1℃之內,系統認為調整合格。處於平衡狀態。當某干擾使供水溫度減低時,動作過程與上述正好相反。
為了防止調節閥機械故障,一般在PLC設定輸出上限和下線。

4 溫度控制與壓力控制相互作用與平衡
在一個轉熱站中,既有溫度控制系統,也有壓力控制系統。這兩個單閉環的系統是相互影響的,也就是說一個系統處於調節時另一個平衡也被打破也要重新平衡。下面以調節閥安在一次供水上的溫度系統與供水壓力P1為例,去分析兩者如何相互作用和重建平衡。
1) 當供水溫度TG升高時,供水調節閥勢必關小,供水泵入口壓力勢必減少,(參見圖1圖2圖3)那麼泵出口壓力減小,P1也減小。此時壓力控制迴路啟動。由於壓力迴路調節周期短,不到1秒很快就建立了新的平衡,隨著閥關N次,這樣的平衡建立N次。直到溫控系統平衡。當溫度減低則相反。
2) 當供水壓力P1升高時,壓力系統啟動,泵轉速下降以求達到新的平衡。與此同時隨著泵入口一次供水和二次回水的混合比例很可能發生變化,造成TG偏高或偏低。此時將啟動溫度控制系統,過程如「1)」所述。

5 結束語
如上所述,目前直供混輸供熱系統的溫度控制,調節閥可以安在供水上,也可以安在混水水上。當然也選用兩個閥,一個安在供水一個安在回水。壓力控制主要以變頻泵為主,同時還有調節閥控制方式。根據具體情況採取不同的控制策略,使直供混輸系統自動化水平成熟與完善。也使直供混輸方式自身的優勢發揮出來,發展前景看好!
泵站的出口溫度控制只是手段,我們的控制的終極目標是用戶的室溫,但由於用戶離泵站較遠,就系統而言,是一個大滯后的控制系統。我們期待用戶室溫的直接控制成熟策略早日到來!


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