CN102494365A - 供热二次管网分布式平衡控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供热二次管网分布式平衡控制系统及其控制方法，系统包括前端控制系统和末端控制系统，设置有总控机和微控制器，其特征在于：总控机通过无线通信与多个微控制器连接，在总控机上分别连接有第一压力变送器、第二压力变送器、总管流量计、变频泵、电动调节阀以及GPRS模块，在微控制器上分别连接有第三压力变送器、第四压力变送器、支管流量计、平衡调节阀以及GPRS模块。其显著效果是：能对每个楼栋管网的压差和流量进行检测，既保证每个楼栋管网输入端和输出端之间的压差，又保证供热总管和回流总管之间的压差，同时监测供热总管和供热支管的流量平衡，使得二次管网运行稳定，避免管道出现振动现象，提高管道使用寿命。

Description

供热二次管网分布式平衡控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种供热系统，具体地说，是一种供热二次管网分布式平衡控制系统及其控制方法。

背景技术

在比较寒冷的地区，居民住房、教室以及办公楼等建筑中均设置有采暖供热系统。中国专利CN2816635就公开了一种锅炉节能供热系统，对供热管网的分布及工作原理作了详尽介绍，同时采用温度传感器和智能控制器对各个用户的供热时间进行控制，达到节能的目的。

而为了实现管道的平衡控制，有人提出了前端差压控制技术，即在二次管网的前端，通过检测二次管网供热总管和回流总管之间的压差来控制总管的流速，从而实现管道内部流量平衡。也有人提出了最不利末端差压控制技术，即以一个最差的楼栋管网为检测点，通过调节供热总管的流速使得最差楼栋管网的压差满足要求，从而实现管道内部流量平衡。

但是，现有各种供热系统中，不管是采用前端差压控制还是最不利差压控制，管网平衡控制还不够理想，在部分端点压差满足的情况下，供热总管的流量与多条供热支管的流量并没有完全平衡，在某些管道内产生压力波动甚至引起管道振动，不但对用户造成不良影响，而且缩短了管道的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种供热二次管网分布式平衡控制系统，该系统能使供热总管的压差与每个供热支管之间的压差都能相互平衡，从而避免管道振动，提高用户的满意度。

为了实现上述目的，本发明所采用的方案是：

一种供热二次管网分布式平衡控制系统，包括设置在换热站处的前端控制系统和设置在每个楼栋管网处的末端控制系统，其中前端控制系统设置有总控机，末端控制系统设置有微控制器，其关键在于：所述总控机通过无线通信与多个微控制器连接，在总控机的输入端组上分别连接有第一压力变送器、第二压力变送器以及总管流量计，在总控机的输出端组上分别连接有变频泵和电动调节阀，在总控机的通信端组上还连接有用于实现无线通信的GPRS模块，在所述微控制器的输入端组上分别连接有第三压力变送器、第四压力变送器以及支管流量计，在微控制器的输出端组上连接有平衡调节阀，在微控制器的通信端组上也连接有用于实现无线通信的GPRS模块。

通过微控制器上的支管流量计可以检测每个楼栋管网所提供的热水/热气流量，各个微控制器将检测的流量值通过GPRS模块上传到总控机中，总控机通过各个楼栋管网的流量与总管流量计所检测的流量可以判断二次管网中流量是否平衡，从而判断管路是否完善，是否出现管道漏水现象等。

作为进一步描述，所述第一压力变送器安装在换热站供水端相连的供热总管上，所述第二压力变送器安装在换热站回水端相连的回流总管上，所述第三压力变送器安装在每个楼栋管网输入端相连的供热支管上，所述第四压力变送器安装在每个楼栋管网输出端相连的回流支管上。

所述变频泵、电动调节阀以及总管流量计依次安装在换热站供水端相连的供热总管上，所述平衡调节阀和支管流量计依次安装在每个楼栋管网输入端相连的供热支管上。

在末端控制系统中，微控制器通过第三压力变送器和第四压力变送器所检测的值可以判断出楼栋管网输入端与输出端之间的压差，通过改变平衡调节阀的阀门开度可以保证每个楼栋管网输入端与输出端之间的压差维持在某一平衡范围内。各个微控制器将其平衡调节阀的阀门改变量传送到前端控制系统中，总控机根据供热总管与供热支管之间的供水关系可以确定前端平衡调节阀所需的阀门改变量。

在前端控制系统中，总控机首先改变平衡调节阀的阀门，然后通过第一压力变送器和第二压力变送器所检测的值可以判断换热站处供热总管和回流总管之间的压差，通过改变变频泵的工作频率可以保证供热总管和回流总管之间的压差维持在某一平衡范围内。

根据具体的应用场景，所述楼栋管网为一整栋楼的供热管网、一个楼栋单元的供热管网或者几个楼栋的供热管网。

本发明的目的之二是提出了所述供热二次管网分布式平衡控制系统的具体控制方法，按照如下步骤进行：

第一步：前端初始化：

前端控制系统中的总控机按预设频率f0控制变频泵工作，同时按预设阀门开度K控制电动调节阀工作；

第二步：末端差压控制：

末端控制系统中的每个微控制器通过第三压力变送器和第四压力变送器检测楼栋管网输入端与输出端之间的压差，通过改变平衡调节阀的开度使得楼栋管网输入端与输出端之间的压差维持在末端预设压差范围内，每个所述平衡调节阀的阀门改变量分别记为ΔK₁，ΔK₂，…，ΔK_n；

第三步：前端衡流控制：

末端控制系统中的每个微控制器通过GPRS模块将其平衡调节阀的阀门改变量ΔK₁，ΔK₂，…，ΔK_n传给前端控制系统中的总控机，总控机按照ΔK＝m₁ΔK₁+m₂ΔK₂+，…，+m_nΔK_n计算前端电动调节阀所需的阀门改变量ΔK，其中m₁，m₂，…，m_n分别为每个楼栋管网所对应的供水系数；

第四步：前端稳压控制：

总控机通过改变电动调节阀将引起前端压力变化，通过所述第一压力变送器和第二压力变送器检测所述供热总管和回流总管之间的压差，通过设置变频泵的工作频率为f’使得所述供热总管和回流总管之间的压差维持在设计压差范围内；

第五步：返回第二步，循环控制，实现供热二次管网动态平衡。

本发明的显著效果是：可以对每个楼栋管网的压差和流量进行检测，通过分布式的控制，既保证每个楼栋管网输入端和输出端之间的压差，又保证供热总管和回流总管之间的压差，同时监测供热总管和多条供热支管之间的流量，使得二次管网运行稳定，避免管道出现振动现象，提高管道使用寿命，提高供热效率。

附图说明

图1是本发明的网络拓扑图；

图2是本发明中前端控制系统的电路原理框图；

图3是本发明中末端控制系统的电路原理框图；

图4是本发明的安装结构示意图；

图5是本发明的控制流程图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的具体实施例进行详细的描述。

如图1所示，一种供热二次管网分布式平衡控制系统，包括设置在换热站b处的前端控制系统和设置在每个楼栋管网c处的末端控制系统，其中前端控制系统设置有总控机1，末端控制系统设置有微控制器11，所述总控机1通过无线通信与多个微控制器11连接。

如图2所示，在总控机1的输入端组上分别连接有第一压力变送器6、第二压力变送器7以及总管流量计5，在总控机1的输出端组上分别连接有变频泵3和电动调节阀4，在总控机1的通信端组上还连接有用于实现无线通信的GPRS模块2。

如图3所示，在所述微控制器11的输入端组上分别连接有第三压力变送器10、第四压力变送器12以及支管流量计9，在微控制器11的输出端组上连接有平衡调节阀8，在微控制器11的通信端组上也连接有用于实现无线通信的GPRS模块2。

如图4所示，在实施过程中，换热站b通过一次管网与热源厂a连接，热源厂a可以是钢铁加工厂、发电厂或者是专门的供热厂，用于提供热源，并在换热站b处实现热交换。换热站b与各个楼栋管网c之间通过二次管网连接，楼栋管网c可以为一整栋楼的供热管网、一个楼栋单元的供热管网或者是一个楼层的供热管网。在本实施例中，我们以一整栋楼的供热管网作为楼栋管网，对于换热站b的供热总管和回流总管来说，将整个楼栋的输入端和输出端分别看着供热支管和回流支管，楼栋内各个用户之间的管网设置不再赘述。

在本例中，所述第一压力变送器6安装在换热站b供水端相连的供热总管上，所述第二压力变送器7安装在换热站b回水端相连的回流总管上，所述第三压力变送器10安装在每个楼栋管网c输入端相连的供热支管上，所述第四压力变送器12安装在每个楼栋管网c输出端相连的回流支管上。

所述变频泵3、电动调节阀4以及总管流量计5依次安装在换热站b供水端相连的供热总管上，所述平衡调节阀8和支管流量计9依次安装在每个楼栋管网c输入端相连的供热支管上。

如图5所示，上述系统的具体控制按照如下步骤进行：

第一步：前端初始化：

前端控制系统中的总控机1按预设频率f₀控制变频泵3工作，同时按预设阀门开度K控制电动调节阀4工作，其中预设频率f₀以及预设阀门开度K是根据变频泵3和电动调节阀4的具体型号以及二次管网中管道直径和管道长度来决定的，在施工过程中，工程师可以通过经验值来调试从而获得最佳值。

第二步：末端差压控制：

末端控制系统中的每个微控制器11通过第三压力变送器10和第四压力变送器12检测楼栋管网11输入端与输出端之间的压差，通过改变平衡调节阀8的开度使得楼栋管网11输入端与输出端之间的压差维持在末端预设压差范围内，每个所述平衡调节阀(8)的阀门改变量分别记为ΔK₁，ΔK₂，…，ΔK_n，以每栋楼都为6层高为例，所述末端预设压差范围设置为100Kpa±5kpa，ΔK₁，ΔK₂，…，ΔK_n是微控制器11内部程序设计中的一个变量，具体取值可以根据编程技术做改变。

第三步：前端衡流控制：

末端控制系统中的每个微控制器11通过GPRS模块2将其平衡调节阀8的阀门改变量ΔK₁，ΔK₂，…，ΔK_n传给前端控制系统中的总控机1，总控机1按照ΔK＝m₁ΔK₁+m₂ΔK₂+，…，+m_nΔK_n计算前端电动调节阀4所需的阀门改变量ΔK，其中m₁，m₂，…，m_n分别为每个楼栋管网11所对应的供水系数，其具体取值根据供热总管与供热支管的管道直径以及管路长度来确定，工程应用中是通过工程师的经验值调试而得的。以一个理想环境为例，如果1条供热总管是为10条相同的供热支管供水，且每条供热支管的管道横截面积为供热总管管道横截面积的十分之一，则m₁＝m₂＝…＝m₁₀＝0.1。

第四步：前端稳压控制：

总控机1通过改变电动调节阀4将引起前端压力变化，通过第一压力变送器6和第二压力变送器7检测供热总管和回流总管之间的压差，通过设置变频泵3的工作频率为f’使得所述供热总管和回流总管之间的压差维持在前端预设压差范围内，以上述例子中每个楼栋管网具有6个楼层，供热总管上连接了10栋这样的建筑，则可以将前端预设压差范围设置为150Kpa±5kpa，而变频泵3的工作频率为f’也是根据检测到的差压值动态调整的，如果压差偏低，则增加工作频率为f’，如果压差偏高，则减小工作频率为f’。

第五步：返回第二步，循环控制，实现供热二次管网动态平衡。

Claims (5)

1.一种供热二次管网分布式平衡控制系统，包括设置在换热站(b)处的前端控制系统和设置在每个楼栋管网(c)处的末端控制系统，其中前端控制系统设置有总控机(1)，末端控制系统设置有微控制器(11)，其特征在于：所述总控机(1)通过无线通信与多个微控制器(11)连接，在总控机(1)的输入端组上分别连接有第一压力变送器(6)、第二压力变送器(7)以及总管流量计(5)，在总控机(1)的输出端组上分别连接有变频泵(3)和电动调节阀(4)，在总控机(1)的通信端组上还连接有用于实现无线通信的GPRS模块(2)，在所述微控制器(11)的输入端组上分别连接有第三压力变送器(10)、第四压力变送器(12)以及支管流量计(9)，在微控制器(11)的输出端组上连接有平衡调节阀(8)，在微控制器(11)的通信端组上也连接有用于实现无线通信的GPRS模块(2)。

2.根据权利要求1所述的供热二次管网分布式平衡控制系统，其特征在于：所述第一压力变送器(6)安装在换热站(b)供水端相连的供热总管上，所述第二压力变送器(7)安装在换热站(b)回水端相连的回流总管上，所述第三压力变送器(10)安装在每个楼栋管网(c)输入端相连的供热支管上，所述第四压力变送器(12)安装在每个楼栋管网(c)输出端相连的回流支管上。

3.根据权利要求1所述的供热二次管网分布式平衡控制系统，其特征在于：所述变频泵(3)、电动调节阀(4)以及总管流量计(5)依次安装在换热站(b)供水端相连的供热总管上，所述平衡调节阀(8)和支管流量计(9)依次安装在每个楼栋管网(c)输入端相连的供热支管上。

4.根据权利要求1所述的供热二次管网分布式平衡控制系统，其特征在于：所述楼栋管网(c)为一整栋楼的供热管网、一个楼栋单元的供热管网或者几个楼栋的供热管网。

5.一种如权利要求1所述的供热二次管网分布式平衡控制系统的控制方法，其特征在于按照如下步骤进行：

第一步：前端初始化：

前端控制系统中的总控机(1)按预设频率f₀控制变频泵(3)工作，同时按预设阀门开度K控制电动调节阀(4)工作；

第二步：末端差压控制：

末端控制系统中的每个微控制器(11)通过第三压力变送器(10)和第四压力变送器(12)检测楼栋管网(11)输入端与输出端之间的压差，通过改变平衡调节阀(8)的开度使得楼栋管网(11)输入端与输出端之间的压差维持在末端预设压差范围内，每个所述平衡调节阀(8)的阀门改变量分别记为ΔK₁，ΔK₂，…，ΔK_n；

第三步：前端衡流控制：

末端控制系统中的每个微控制器(11)通过GPRS模块(2)将其平衡调节阀(8)的阀门改变量ΔK₁，ΔK₂，…，ΔK_n传给前端控制系统中的总控机(1)，总控机(1)按照ΔK＝m₁ΔK₁+m₂ΔK₂+，…，+m_nΔK_n计算前端电动调节阀(4)所需的阀门改变量ΔK，其中m₁，m₂，…，m_n分别为每个楼栋管网(11)所对应的供水系数；

第四步：前端稳压控制：

总控机(1)通过改变电动调节阀(4)将引起前端压力变化，通过所述第一压力变送器(6)和第二压力变送器(7)检测所述供热总管和回流总管之间的压差，通过设置变频泵(3)的工作频率为f’使得所述供热总管和回流总管之间的压差维持在设计压差范围内；

第五步：返回第二步，循环控制，实现供热二次管网动态平衡。

Images