CN103438503A - 一种换热站无人值守的智能控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人值守智能控制技术领域，公开一种换热站无人值守的智能控制方法及控制系统，所述智能控制系统的可编程控制器PLC输出端与两个变频器相连组成，可编程控制器PLC的输入端与室外温度补偿器、板式换热器一次侧高温水进出口的温度压力传感器、板式换热器二次侧回水进出口的温度压力传感器、补水水箱内的液位传感器相连；对应的输出端与板式换热器一次侧高温水上的电动调节阀、连通自来水管道上的电磁阀、管路并联的电磁阀相连；通过第一变频器的输出端与循环泵相连；通过第二变频器的输出端与补水泵相连；本发明能够自动的恒温恒压供暖、补水、报警及停电重启，能够实时将现场数据发送到控制终端，使用户在千里之外访问实时数据。

Description

一种换热站无人值守的智能控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及无人值守智能控制系统技术领域，广泛适用于热力行业热交换站中的一种换热站无人值守的智能控制方法及控制系统。

背景技术

目前大多数的供暖用热交换站还采用有人值守的方式，人工操作控制循环泵、补水泵等的启动，还要定期检查板式换热器1一次侧高温水的温度、压力和二次侧供暖用水的的温度、压力及补水水箱水位，并且遇到停电时，供暖用换热站系统的关闭，及来电时，还要恢复换热站系统的正常供暖，工人操作劳动强度大，长期在换热站房值班，噪音和蒸汽或高温水，会对人的伤害极大。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种换热站无人值守的智能控制方法及控制系统，具有高效、便捷、实用的特性，能够将值班人员从换站房中解脱出来，保证换热站安全、自动、稳定运行。

为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案如下：

一种换热站无人值守的智能控制系统，包括：控制柜4，所述控制柜4由可编程控制器PLC输出端与两个变频器5相连组成，所述可编程控制器PLC的第一输入端与室外温度补偿器3相连，可编程控制器PLC的第二输入端与板式换热器1一次侧高温水进出口的温度传感器T、压力传感器P相连，对应的输出端与板式换热器1一次侧高温水进口的电动调节阀2相连；可编程控制器PLC的第三输入端与板式换热器1二次侧回水进出口的温度传感器T、压力传感器P相连；对应的输出端通过第一变频器5的输出端与板式换热器1二次侧回水进口的循环泵8相连；可编程控制器PLC的第四输入端与补水水箱17内的液位传感器16相连；对应的第一输出端与补水水箱17连通自来水管道上的电磁阀相连；对应的第二输出端通过第二变频器5的输出端与补水水箱17至二次侧回水间的补水泵15相连；对应的第三输出端与补水水箱17至二次侧回水间补水泵15管路并联的电磁阀14相连。

一种换热站无人值守的智能控制系统，所述可编程控制器PLC的数据端设置有触摸屏，触摸屏另一端与GPRS设备相连。

一种换热站无人值守的智能控制系统：所述可编程控制器PLC的数据端设置有触摸屏，触摸屏另一端与GPRS设备相连。

一种换热站无人值守的智能控制方法，采用智能控制系统控制柜4内的可编程控制器PLC的触摸屏或GPRS设备，实现二次管网的恒温恒压供暖，实现换热站的智能工作，其步骤如下： 

1）、恒温供暖：可编程控制器PLC通过根据二次测供水温度传感器及室外温度补偿器采集的二次侧供水温度及室外温度， 

当室外温度高于正常情况时，可编程控制器PLC会自动对一次侧蒸汽或高温水管路上的电动调节阀进行调节，调节一次侧热源的流量，达到二次侧供水温度根据实际热负荷自动调节供热，节约能源；

2）、恒压供暖：二次侧供回水管路上装有压力变送器，可编程控制器PLC根据压力变送器实时采集的二次侧供回水压差的现场压力参数，变频调节循环泵运行，达到最经济的运行方式，节约能源；

当二次侧回水压力过低时，循环泵自动关闭，补水泵自动启动进行补水，从水箱补水进入二次管网系统，水压达到额定值时，补水泵自动关闭，循环泵自动启动；

当二次侧回水压力过高时，自动泄压功能启动，可编程控制器PLC给二次侧回水分路上的电磁阀信号，电磁阀启动打开，超压回水泄压至补水水箱；

3）、自动补水：可编程控制器PLC根据采集二次侧回水压力，判断补水泵自动启动或者关闭，变频调节补水泵运行，节约能源； 

当补水水箱水位低于警戒值时，电磁阀打开，自来水经过全自动软水器软化后进入补水水箱，当液位传感器检测到水箱水位达到预定值时，电磁阀关闭，软化水停止补水；

4）、失压自动保护： 当二次侧回水压力低于0.05MPa时，可编程控制器PLC启动试压保护功能，电动调节阀自动关闭，循环泵自动关闭，补水泵启动进行补水，当压力达到0.2MPa时，循环泵再次启动，电动调节阀打开，系统继续正常工作；

5)、来电自启：当突然停电后，系统会关闭电动调节阀，以免对板式换热器1造成伤害，当来电后，补水泵首先自行启动，对管网进行补水，压力稳定正常后，系统依次启动循环泵、打开电动调节阀，系统恢复工作；保证换热站恢复供暖；

6）、数据远传功能：可编程控制器PLC中设有数据远传模块GPRS，能够将实时现场数据发送到控制终端，用户能够在千里之外访问实时数据；

7）、人机界面模块：采用人机界面的触摸屏，显示供回水压力、供回水温度、一次侧热源压力及温度、水箱水位、水泵的工作状态、电磁阀的工作状态及常量参数，并且触摸屏上具有修改控制水泵及电磁阀设备的运行变量参数和查询常量参数的触摸键，用于更改设备运行工况；查询常量参数的历史记录并支持拷贝功能。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该发明的有益效果是：采用该无人值守智能控制系统后，循环水泵根据实时采集的二次侧供回水压差变频运行，保证已稳定的压差进行循环；根据采集的二次侧供水温度，电动调节阀自动对一次侧（蒸汽或高温水）进行调节，节约了能源；同时，通过采集二次侧回水压力，通过PLC判断补水泵自动启动或者关闭，变频运行补水泵也可以解决大量不必要的电能。当二次侧压力超过警戒值时，PLC给二次侧回水分路上的电磁阀信号，电磁阀启动，超压部分自动泄压至补水水箱。当室外温度较高时，RWD68控制器对电动调节阀进行自动补偿，节约热源。当回水压力过低时，循环泵自动关闭，补水泵进行补水，水压达到额定值时，循环泵自动启动。当突然停电后，系统会关闭电动调节阀，以免对板式换热器造成伤害，重新来电后，补水泵首先启动，对管网补水，压力稳定后，系统重新启动，循环泵开始工作，保证换热站可以最快时间恢复供暖。

本发明克服了现有专利和文献中控制系统不够全面，具有高效、便捷实用的特性，能够将值班人员从换站房中解脱出来，保证换热站安全、自动、稳定运行。本发明专利对换热站的控制系统进行更加完善的补充，真正实现无人值守的智能控制。

【附图说明】

图1是换热站用无人值守智能控制系统的系统方框图；

图2是恒温供暖原理的方框图；

图3是恒压供暖原理的方框图；

图4是变频供水控制原理的方框图；

图中：1.板式换热器，2.电动调节阀 3.室外温度补偿器，4.控制柜，5.变频器，6.压力变送器，7.温度传感器，8.循环泵，9.软接头，10.止回阀，11.蝶阀，12.二次侧供水,13.二次侧回水，14.电磁阀，15.补水泵，16.液位传感器，17.补水水箱，18.全自动软水器，19.一次侧回水，20.一次侧热源（蒸汽或高温水）；

【具体实施方式】

如图1、2、3、4所示，一种换热站无人值守的智能控制系统，包括：控制柜4，所述控制柜4由可编程控制器PLC输出端与两个变频器5相连组成，所述可编程控制器PLC的第一输入端与室外温度补偿器3相连，可编程控制器PLC的第二输入端与板式换热器1一次侧高温水进出口的温度传感器T、压力传感器P相连，对应的输出端与板式换热器1一次侧高温水进口的电动调节阀2相连；可编程控制器PLC的第三输入端与板式换热器1二次侧回水进出口的温度传感器T、压力传感器P相连；对应的输出端通过第一变频器5的输出端与板式换热器1二次侧回水进口的循环泵8相连；可编程控制器PLC的第四输入端与补水水箱17内的液位传感器16相连；对应的第一输出端与补水水箱17连通自来水管道上的电磁阀相连；对应的第二输出端通过第二变频器5的输出端与补水水箱17至二次侧回水间的补水泵15相连；对应的第三输出端与补水水箱17至二次侧回水间补水泵15管路并联的电磁阀14相连。

所述可编程控制器PLC的数据端设置有触摸屏，触摸屏另一端与GPRS设备相连。所述可编程控制器PLC的数据端设置有触摸屏，触摸屏另一端与GPRS设备相连。

一种换热站无人值守的智能控制方法，采用智能控制系统控制柜4内的可编程控制器PLC的触摸屏或GPRS设备，实现二次管网的恒温恒压供暖，实现换热站的智能工作，其步骤如下： 

1）、恒温供暖：可编程控制器PLC通过根据二次测供水温度传感器及室外温度补偿器采集的二次侧供水温度及室外温度， 

当室外温度高于正常情况时，可编程控制器PLC会自动对一次侧蒸汽或高温水管路上的电动调节阀进行调节，调节一次侧热源的流量，达到二次侧供水温度根据实际热负荷自动调节供热，节约能源；

2）、恒压供暖：二次侧供回水管路上装有压力变送器，可编程控制器PLC根据压力变送器实时采集的二次侧供回水压差的现场压力参数，变频调节循环泵运行，达到最经济的运行方式，节约能源；

当二次侧回水压力过低时，循环泵自动关闭，补水泵自动启动进行补水，从水箱补水进入二次管网系统，水压达到额定值时，补水泵自动关闭，循环泵自动启动；

当二次侧回水压力过高时，自动泄压功能启动，可编程控制器PLC给二次侧回水分路上的电磁阀信号，电磁阀启动打开，超压回水泄压至补水水箱；

3）、自动补水：可编程控制器PLC根据采集二次侧回水压力，判断补水泵自动启动或者关闭，变频调节补水泵运行，节约能源； 

当补水水箱水位低于警戒值时，电磁阀打开，自来水经过全自动软水器软化后进入补水水箱，当液位传感器检测到水箱水位达到预定值时，电磁阀关闭，软化水停止补水；

4）、失压自动保护： 当二次侧回水压力低于0.05MPa时，可编程控制器PLC启动试压保护功能，电动调节阀自动关闭，循环泵自动关闭，补水泵启动进行补水，当压力达到0.2MPa时，循环泵再次启动，电动调节阀打开，系统继续正常工作；

5)、来电自启：当突然停电后，系统会关闭电动调节阀，以免对板式换热器1造成伤害，当来电后，补水泵首先自行启动，对管网进行补水，压力稳定正常后，系统依次启动循环泵、打开电动调节阀，系统恢复工作；保证换热站恢复供暖；

6）、数据远传功能：可编程控制器PLC中设有数据远传模块GPRS，能够将实时现场数据发送到控制终端，用户能够在千里之外访问实时数据；

7）、人机界面模块：采用人机界面的触摸屏，显示供回水压力、供回水温度、一次侧热源压力及温度、水箱水位、水泵的工作状态、电磁阀的工作状态及常量参数，并且触摸屏上具有修改控制水泵及电磁阀设备的运行变量参数和查询常量参数的触摸键，用于更改设备运行工况；查询常量参数的历史记录并支持拷贝功能。

具体使用如下：如图1所示，该控制系统主要由板式换热器1、电动调节阀2、室外温度补偿器3、控制柜4、变频器5、压力变送器6、温度传感器7、循环泵8、软接头9、止回阀10、蝶阀11、二次侧供水12、二次侧回水13、电磁阀14、补水泵15、液位传感器16、补水水箱17、全自动软水器18、一次侧回水19、一次侧（蒸汽或高温水）20等部件组成。

一次侧热源（蒸汽或高温水）20经过电动调节阀2后进入板式换热器1热侧入口，二次侧回水13经过循环泵8加压后进入板式换热器1冷侧入口。两种介质以对流方式在板式换热器1中进行高效热交换，被加热的二次侧供水12从板式换热器1冷侧出口流出进入供热管网。自来水经过自动软水器18软化后进入补水水箱17，当液位传感器16检测到水箱水位达到预定值时，电磁阀关闭，停止软化自来水。当二次侧回水13压力超过警戒值时，电磁阀14打开，系统进行自动泄压，多余水泄至补水水箱17，保证二次侧管网压力稳定。

该控制系统工作原理：该系统通过温度传感器、压力变送器、室外温度补偿器、液位传感器采集现场温度、压力参数，通过PLC实现二次管网的恒温恒压供暖，同时具备自动补水、超压自动泄压，超温自动调节，失压自动保护，来电自启功能。

如图2所示，恒温供暖：二次测供水温度传感器及室外温度补偿器分别感应供水温度及室外温度，正常情况下，供水温度是设定的恒定值，当室外温度高于正常情况时，系统会等比例自动减小供水温度的恒定值。安装在一次侧的电动调节阀则根据供水温度的恒定值自动调节阀门开度从而调节一次侧热源的流量。达到二次侧根据实际热负荷自动调节供热。从而达到节省一次侧热源的目的。

如图3所示，恒压供暖：二次侧供回水管路上装有压力变送器，根据采集的二者的压差，变频调节循环泵运行，达到最经济的运行方式，节约能源。当二次侧回水压力低于设定值时，补水泵自动启动运行，从水箱补水进入二次管网系统，达到预定值时，补水泵自动关闭。当二次侧回水压力过高时，自动泄压功能启动，电磁阀打开，回水泄压至补水水箱。

如图4所示，自动补水：当补水水箱水位低于警戒值时，电磁阀打开，自来水经过全自动软水器软化后进入补水水箱，当液位传感器检测到水箱水位达到预定值时，电磁阀关闭，软化水停止补水。

失压自动保护：当二次侧回水压力低于0.05MPa时，系统启动试压保护功能，电动调节阀、循环泵自动关闭，补水泵启动进行补水，当压力达到0.2MPa时，循环泵再次启动，电动调节阀打开，系统继续正常工作。

来电自启：当来电后，补水泵自行启动对管网进行补水，压力正常后，依次启动循环泵、电动调节阀，系统恢复工作。

数据远传功能：PLC中设有数据远传模块，可以将实时现场数据发送到控制终端，用户可以远在千里之外访问实时数据。

人机界面模块：采用西门子人机界面触屏，可以显示供回水压力、供回水温度、一次侧热源压力及温度、水箱水位、水泵的工作状态、电磁阀的工作状态等常量参数，可以修改控制水泵及电磁阀等设备运行变量参数以更改设备运行工况。可以查询常量参数的历史记录并支持拷贝功能。

1.人机界面触屏及上位机上组态界面显示参数如下：

A：一次侧蒸汽减压后温度、压力。B：二次侧供水温度、压力；回水温度、压力。C：各个水泵的运行状态。D：各个电磁阀的开启状态。E：水箱水位模拟显示。F：各种故障显示。G：蒸汽计量仪表显示蒸汽流量及减压前温度压力。

2.人机界面触屏组态界面设定参数如下：

A：泄压电磁阀的压力设定。B：供水温度设定。C：水箱水位设定（低水位报警及停止补水泵工作水位）。D：补水压力设定。E：补水泵变频运行切换泵延时设定。F：循环泵自动启泵压力设定。G：循环泵启动后延时设定开启蒸汽电动调节阀。（可以通过控制器得电实现开启，断电实现关闭）H：低压保护停止循环泵和电动调节阀压力设定。I：补水电磁阀启停水位。J：循环泵变频运行压差设定。

3.补水泵的控制：2台补水泵一用一备2.2kw，变频控制。启用泵根据设定回水压力变频运行，自动轮流启动，交替运行，均衡了各泵的使用寿命。补水泵的工作状态在人机界面可以设定相关运行参数。当水箱低水位报警时自动停止，直至高于这一水位时恢复正常工作，变频器采ABB510，利用变频器内置PID。

4.循环泵的控制：2台循环泵一用一备，37KW，循环变频调节，采集信号为供回水差压传感器4-20ma。分自动手动状态，在自动状态时，当回水压力达到某一设定值，变频启动一台水泵恒差压运行。当回水压力低于某一设定值时，循环泵停止工作并同时停止蒸汽电动调节阀，直至高于这一设定值恢复正常。循环泵的工作状态在人机界面组态显示并可以设定相关运行参数。变频器采ABB510，利用变频器内置PID。

5.西门子电动调节阀的控制：根据二次侧设定的供水温度及室外温度补偿自动调节运行。分手动自动两种状态，在自动状态时，只有当循环泵开启后，按设定的延时时间控制器得电开启运行。当循环泵因低压保护停止工作时，同时关联停止蒸汽电动调节阀（可通过控制器得断电来实现）。

6.泄压电磁阀控制：根据系统要求设定回水泄水压力，达到泄水设定压力值自动打开泄压，压力正常后关闭。

7.补水电磁阀的控制：根据设定的水箱水位自动补水。

8.各种报警控制：系统超压超温、水泵故障、变频器故障、水箱水位超低等，系统将启动蜂鸣器报警并在人机界面触屏上显示具体的故障原因。

9.控制柜各种常规保护功能：如过载、过压、欠压、过流、缺相、接地、过热等保护。

10.信号采集说明：压力信号采用4-20mA,温度信号采用PT100，水箱水位信号采用4-20mA。

Claims (4)

1.一种换热站无人值守的智能控制系统，包括：控制柜4，所述控制柜4由可编程控制器PLC输出端与两个变频器5相连组成，其特征在于：所述可编程控制器PLC的第一输入端与室外温度补偿器3相连，可编程控制器PLC的第二输入端与板式换热器1一次侧高温水进出口的温度传感器T、压力传感器P相连，对应的输出端与板式换热器1一次侧高温水进口的电动调节阀2相连；可编程控制器PLC的第三输入端与板式换热器1二次侧回水进出口的温度传感器T、压力传感器P相连；对应的输出端通过第一变频器5的输出端与板式换热器1二次侧回水进口的循环泵8相连；可编程控制器PLC的第四输入端与补水水箱17内的液位传感器16相连；对应的第一输出端与补水水箱17连通自来水管道上的电磁阀相连；对应的第二输出端通过第二变频器5的输出端与补水水箱17至二次侧回水间的补水泵15相连；对应的第三输出端与补水水箱17至二次侧回水间补水泵15管路并联的电磁阀14相连。

2.根据权利要求1所述的一种换热站无人值守的智能控制系统，其特征在于：所述可编程控制器PLC的数据端设置有触摸屏，触摸屏另一端与GPRS设备相连。

3.根据权利要求1所述的一种换热站无人值守的智能控制系统：其特征在于：所述可编程控制器PLC的数据端设置有触摸屏，触摸屏另一端与GPRS设备相连。

4.一种换热站无人值守的智能控制方法，其特征在于：采用可编程控制器PLC的触摸屏或GPRS设备，实现二次管网的恒温恒压供暖，实现换热站的智能工作，其步骤如下： 

1）、恒温供暖：可编程控制器PLC通过根据二次测供水温度传感器及室外温度补偿器采集的二次侧供水温度及室外温度， 

当室外温度高于正常情况时，可编程控制器PLC会自动对一次侧蒸汽或高温水管路上的电动调节阀进行调节，调节一次侧热源的流量，达到二次侧供水温度根据实际热负荷自动调节供热，节约能源；

2）、恒压供暖：二次侧供回水管路上装有压力变送器，可编程控制器PLC根据压力变送器实时采集的二次侧供回水压差的现场压力参数，变频调节循环泵运行，达到最经济的运行方式，节约能源；

当二次侧回水压力过低时，循环泵自动关闭，补水泵自动启动进行补水，从水箱补水进入二次管网系统，水压达到额定值时，补水泵自动关闭，循环泵自动启动；

当二次侧回水压力过高时，自动泄压功能启动，可编程控制器PLC给二次侧回水分路上的电磁阀信号，电磁阀启动打开，超压回水泄压至补水水箱；

3）、自动补水：可编程控制器PLC根据采集二次侧回水压力，判断补水泵自动启动或者关闭，变频调节补水泵运行，节约能源； 

当补水水箱水位低于警戒值时，电磁阀打开，自来水经过全自动软水器软化后进入补水水箱，当液位传感器检测到水箱水位达到预定值时，电磁阀关闭，软化水停止补水；

4）、失压自动保护： 当二次侧回水压力低于0.05MPa时，可编程控制器PLC启动试压保护功能，电动调节阀自动关闭，循环泵自动关闭，补水泵启动进行补水，当压力达到0.2MPa时，循环泵再次启动，电动调节阀打开，系统继续正常工作；

5)、来电自启：当突然停电后，系统会关闭电动调节阀，以免对板式换热器1造成伤害，当来电后，补水泵首先自行启动，对管网进行补水，压力稳定正常后，系统依次启动循环泵、打开电动调节阀，系统恢复工作；保证换热站恢复供暖；

6）、数据远传功能：可编程控制器PLC中设有数据远传模块GPRS，能够将实时现场数据发送到控制终端，用户能够在千里之外访问实时数据；

7）、人机界面模块：采用人机界面的触摸屏，显示供回水压力、供回水温度、一次侧热源压力及温度、水箱水位、水泵的工作状态、电磁阀的工作状态及常量参数，并且触摸屏上具有修改控制水泵及电磁阀设备的运行变量参数和查询常量参数的触摸键，用于更改设备运行工况；查询常量参数的历史记录并支持拷贝功能。

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