CN103471171A - 一种集中供热质量调节智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种集中供热质量调节智能控制系统及方法，系统包括控制主系统、局域网和若干热力站控制子系统，所述热力站控制子系统接入局域网与控制主系统连接；所述热力站控制子系统包括热力站服务器、智能通讯模块、可编程控制器、模拟量采集模块、模拟量输出模块、热量采集装置、若干温度传感器、若干压力传感器、电动蝶阀、变频控制器、室内温度采集器、若干室内温度传感器、现场控制终端和UPS中央电源系统。本发明通过在用户室内安装室内温度传感进行采集室内温度信息，并转化为有效温度数据并上传至热力站服务器，热力站控制子系统根据现场采集的数据及室内温度对集中供热系统实际执行机构进行控制，达到保质保量、节约能耗的目的。

Description

一种集中供热质量调节智能控制系统及方法

技术领域

本发明属于集中供热智能控制技术领域，具体地说是一种集中供热质量调节智能控制系统及方法。

背景技术

集中供热系统是由若干个热力站供热子系统组成，每一个热力站供热子系统都由热网、换热装置（站）、热用户三部分组成，共享一个热源，为不同供热区域提供热量输送、控制与分配。

常规的供热系统的热力站，不设置任何的调节设备，其供热量调节主要依赖于热源的集中调节，由于这种调节方法主要集中在热源处，没有考虑各个热力站所供建筑物能耗的差异，没有考虑热力站所供建筑物的用热特点，没有考虑热用户的用热规律，因此常常导致供热量大于需求，造成能源浪费。个别先进的热力站采用气候补偿器进行调节，气候补偿器调节的状况，主要取决于初始设定值，而热用户很难将该值设定正确；调节后的用户室温是否达到要求，没有反馈信息；调节曲线的设定很难与热用户的需求一致。

实施热计量后，热用户将根据自己的需求，调节室内系统。但是，随着变频调速技术及分布式水泵技术的应用，对热力站的调节要求更高，因此，传统的气候补偿器的调节控制思想不能适应新的需求。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种集中供热质量调节智能控制系统，其能够适应多种现场供热管网环境，不仅采集数据及时准确、安全可靠性高，而且具有安装维护简便、总体成本低和性价比较高。

本发明还提供了一种集中供热质量调节智能控制方法，其能够有效控制供热质量，实现按需供热。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，包括控制主系统、局域网和若干热力站控制子系统，所述热力站控制子系统接入局域网与控制主系统连接；

所述热力站控制子系统包括热力站服务器、智能通讯模块、可编程控制器、模拟量采集模块、模拟量输出模块、热量采集装置、若干温度传感器、若干压力传感器、电动蝶阀、变频控制器、室内温度采集器、若干室内温度传感器、现场控制终端和UPS中央电源系统，所述热力站服务器通过智能通讯模块接入局域网，所述可编程控制器分别与热力站服务器、模拟量采集模块和模拟量输出模块连接，所述热量采集装置、温度传感器和压力传感器分别与模拟量采集模块连接，所述电动蝶阀和变频控制器分别与模拟量输出模块连接，所述室内温度采集器分别与热力站服务器和室内温度传感器连接，所述现场控制终端与热力站服务器连接，所述UPS中央电源系统为热力站控制子系统提供工作电源。

进一步地，所述温度传感器包括一次供水温度传感器、一次回水温度传感器、二次供水温度传感器、二次回水温度传感器和室外温度传感器；所述压力传感器包括一次供水压力传感器、一次回水压力传感器、二次供水压力传感器和二次回水压力传感器。

优选地，所述一次供水温度传感器和一次供水压力传感器分别设置在一次侧靠近热源的供水管道中，所述一次回水温度传感器和一次回水压力传感器设置在一次侧靠近热源的回水管道中，所述二次供水温度传感器和二次供水压力传感器设置在二次侧靠近热用户的供水管道中，所述二次回水温度传感器和二次回水压力传感器设置在二次侧靠近热用户的回水管道中；所述一次侧靠近热源的供水管道、一次侧靠近热源的回水管道、二次侧靠近热用户的供水管道和二次侧靠近热用户的回水管道分别与换热器连接；所述室外温度传感器设置在热力站建筑物外墙北侧通风处，所述电动蝶阀设置在一次侧靠近热源的回水管道中，在所述二次侧靠近热用户的回水管道中设置有热量采集装置；在所述热量采集装置与换热器之间设置有水泵，所述水泵的控制端与变频控制器连接。

优选地，所述一次供水温度传感器和一次供水压力传感器分别设置在一次侧靠近热源的供水管道中，所述一次回水温度传感器和一次回水压力传感器设置在一次侧靠近热源的回水管道中，所述二次供水温度传感器和二次供水压力传感器设置在二次侧靠近热用户的供水管道中，所述二次回水温度传感器和二次回水压力传感器设置在二次侧靠近热用户的回水管道中；所述一次侧靠近热源的供水管道和若干二次侧靠近热用户的供水管道分别与分水器连接；所述一次侧靠近热源的回水管道和若干二次侧靠近热用户的回水管道分别与集水器连接；所述室外温度传感器设置在热力站建筑物外墙北侧通风处，所述电动蝶阀设置在一次侧靠近热源的回水管道中，在每个所述二次侧靠近热用户的回水管道中分别设置有热量采集装置；在每个二次侧靠近热用户的回水管道中热量采集装置与集水器之间设置有水泵，所述水泵的控制端与变频控制器连接；所述分水器通过设置有双向控制阀的管道与集水器连通。

进一步地，所述热量采集装置包括热量表、超声波热量表或超声波流量计。

进一步地，所述系统还包括远程计算机，所述远程计算机通过internet网络与智能控制主系统相连接。

进一步地，所述局域网包括TCP/IP局域网、GPRS网络和VPN网络中的一种或多种。

进一步地，所述模拟量采集模块的采集信号为4-20mA或0-10V，所述模拟量输出模块的输出信号为4-20mA或0-10V。

进一步地，所述室内温度传感器包括有线温度传感器和/或无线温度传感器。

本发明的一种集中供热质量调节智能控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、设置室外临界温度，并将供热分为三个调节阶段：根据室外临界温度将供热系统的整个供暖期按照供热负荷大小不同分为三个调节阶段：初期、中期和末期；其中初期和末期的室外温度大于室外临界温度，而中期的室外温度小于室外临界温度；

步骤2、根据设计流量、综合阻力数确定供热系统最小运行流量：根据供热系统的设计流量及实际的综合阻力数确定供热系统的最小运行流量，此值约为额定设计流量的40%左右；

步骤3、质调节运行：在供暖初期供热系统按照质调节运行，运行流量为既定的最小运行流量，供水温度随室外温度变化而变化；

步骤4、根据供热负荷逐渐提高供水温度，并保持最小运行流量；

步骤5、判断室外温度是否低于室外临界温度，如果是，则进行量调节运行，否则，继续进行质调节运行；

步骤6、量调节运行：随着供热负荷的增加，质调节的供水温度达到系统的最大供水温度，此时，进入供暖中期，改变系统的调节手段为量调节；

步骤7、保持供水温度为设计值不变，根据回水温度改变系统运行流量：保持供水温度恒定为系统设计供水温度，即最大供水温度；根据流量调节规律改变系统流量；

步骤8、判断室外温度是否是高于室外临界温度，如果是，则执行步骤三，否则，返回步骤六：随着供热负荷逐渐减小，室外温度高于室外临界温度时，此时进入供热末期，系统流量减小至最小最小运行流量，系统运行方式重新变为质调节，再继续执行步骤三，供暖末期与初期的调节手段相同，如此循环，直至供暖期结束。

本发明的有益效果是：本发明通过在用户室内安装室内温度传感进行采集室内温度信息，并转化为有效温度数据并上传至热力站服务器，热力站控制子系统根据现场采集的数据及室内温度对集中供热系统实际执行机构进行控制，达到保质保量、节约能耗的目的。

本发明所采用的质量调节控制方法主要为质调节和分阶段改变流量调节的方法，有效的控制供热质量；采用室内温度监控，对典型热用户进行室温实时监测，实现按需供热，保质保量，大大提高了系统稳定性，节能效果明显。

本发明集成了多个热力站监控子系统，通过检测最终热用户的室内舒适性，分别进行质调节或量调节的方式，达到保证供暖质量的同时节能减排、提高自动化水平的目的。与现有的系统相比，本发明在获取信息的准确性、可靠性、实时性，系统的能源消耗、优化控制等方面，都有很大的改进，具有安装维护简便、系统总体成本低和性价比较高等特点，适应于多种现场供热管网环境。

附图说明

图1为本发明所述系统的原理框图；

图2为本发明所述热力站控制子系统的原理框图；

图3为本发明所述热力站控制子系统实施例1的结构示意图；

图4为本发明所述热力站控制子系统实施例2的结构示意图；

图5为本发明所述方法的流程图；

图中，1一次供水温度传感器、2一次回水温度传感器、3二次供水温度传感器、4二次回水温度传感器、5室外温度传感器、6一次供水压力传感器、7一次回水压力传感器、8二次供水压力传感器、9二次回水压力传感器、10电动蝶阀、11热量表、12水泵。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1所示，本发明的一种集中供热质量调节智能控制系统，它包括控制主系统、局域网、若干热力站控制子系和统远程计算机，所述热力站控制子系统接入局域网与控制主系统连接；所述远程计算机通过internet网络与智能控制主系统相连接。

如图2所示，本发明所述的热力站控制子系统包括热力站服务器、智能通讯模块、可编程控制器、模拟量采集模块、模拟量输出模块、热量采集装置、若干温度传感器、若干压力传感器、电动蝶阀、变频控制器、室内温度采集器、若干室内温度传感器、现场控制终端和UPS中央电源系统，所述热力站服务器通过智能通讯模块接入局域网，所述可编程控制器分别与热力站服务器、模拟量采集模块和模拟量输出模块连接，所述热量采集装置、温度传感器和压力传感器分别与模拟量采集模块连接，所述电动蝶阀和变频控制器分别与模拟量输出模块连接，所述室内温度采集器分别与热力站服务器和室内温度传感器连接，所述现场控制终端与热力站服务器连接，所述UPS中央电源系统为热力站控制子系统提供工作电源。

如图3和图4所示，进一步地，所述温度传感器包括一次供水温度传感器1、一次回水温度传感器2、二次供水温度传感器3、二次回水温度传感器4和室外温度传感器5；所述压力传感器包括一次供水压力传感器6、一次回水压力传感器7、二次供水压力传感器8和二次回水压力传感器9。

图3为本发明所述热力站控制子系统实施例1的结构示意图。如图3所示，所述一次供水温度传感器1和一次供水压力传感器6分别设置在一次侧靠近热源的供水管道中，所述一次回水温度传感器2和一次回水压力传感器7设置在一次侧靠近热源的回水管道中，所述二次供水温度传感器3和二次供水压力传感器8设置在二次侧靠近热用户的供水管道中，所述二次回水温度传感器4和二次回水压力传感器9设置在二次侧靠近热用户的回水管道中；所述一次侧靠近热源的供水管道、一次侧靠近热源的回水管道、二次侧靠近热用户的供水管道和二次侧靠近热用户的回水管道分别与换热器连接；所述室外温度传感器5设置在热力站建筑物外墙北侧通风处，所述电动蝶阀11设置在一次侧靠近热源的回水管道中，在所述二次侧靠近热用户的回水管道中设置有热量表10；在所述热量表10与换热器之间设置有水泵12，所述水泵12的控制端与变频控制器连接。

图4为本发明所述热力站控制子系统实施例2的结构示意图。如图4所示，热力站的一次侧靠近热源的供水管道经过分水器后分成3个二次侧靠近热用户的供水管道，热力站的3个二次侧靠近热用户的回水管道经过集水器后汇合成1个一次侧靠近热源的回水管道。所述一次供水温度传感器1和一次供水压力传感器6分别设置在一次侧靠近热源的供水管道中，所述一次回水温度传感器2和一次回水压力传感器7设置在一次侧靠近热源的回水管道中，所述二次供水温度传感器3和二次供水压力传感器8设置在二次侧靠近热用户的供水管道中，所述二次回水温度传感器4和二次回水压力传感器9设置在二次侧靠近热用户的回水管道中；所述一次侧靠近热源的供水管道和3个二次侧靠近热用户的供水管道分别与分水器连接；所述一次侧靠近热源的回水管道和3个二次侧靠近热用户的回水管道分别与集水器连接；所述室外温度传感器5设置在热力站建筑物外墙北侧通风处，所述电动蝶阀11设置在一次侧靠近热源的回水管道中，在3个所述二次侧靠近热用户的回水管道中分别设置有热量表10；在3个二次侧靠近热用户的回水管道中热量表10与集水器之间分别设置有水泵12，所述水泵12的控制端与变频控制器连接；所述分水器通过设置有双向控制阀的管道与集水器连通。

进一步地，上述实施方式中所述的局域网包括TCP/IP局域网、GPRS网络和VPN网络中的一种或多种。

进一步地，上述实施方式中所述的模拟量采集模块的采集信号为4-20mA或0-10V，所述模拟量输出模块的输出信号为4-20mA或0-10V。

进一步地，上述实施方式中所述的室内温度传感器包括有线温度传感器和/或无线温度传感器。

本发明所述系统的工作过程：

热力站所有现场传感器通过有线方式将4～20mA或0～10V的标准信号经模拟量采集模块采集后转化为内部数据并传输给可编程控制器，同时可编程控制器经模拟量输出模块转化为4～20mA或0～10V的标准信号，并通过有线方式输出到变频控制柜和电动蝶阀，对其进行控制运行；同时，可通过与控制子系统服务器连接的现场监控设备对热力站控制子系统进行监视控制；控制子系统服务器通过智能通讯模块与智能控制主系统通讯，将热力站内所有数据、参数传输到智能控制主系统，智能控制主系统完成数据发布、数据存储等功能；同时各热力站对典型热用户通过室内温度传感器进行室内多点测温，数据集中转化为有效温度数据上传至控制子系统服务器；热力站控制子系统通过可编程控制器根据现场采集的数据及室内温度信息对供热系统中变频控制柜和电动蝶阀等实际执行机构进行闭环控制，达到集中供热保质保量、节约能耗的目的；同时不同级别的用户可使用远程计算机通过Internet对集中智能控制主系统进行访问，监控每个热力站控制子系统的所有数据、参数、曲线、报表等资料。

如图5所示，本发明的一种集中供热质量调节智能控制方法，它包括以下步骤：

步骤1、设置室外临界温度，并将供热分为三个调节阶段：根据室外临界温度将供热系统的整个供暖期按照供热负荷大小不同分为三个调节阶段：初期、中期和末期；其中初期和末期的室外温度大于室外临界温度，而中期的室外温度小于室外临界温度；

步骤2、根据设计流量、综合阻力数确定供热系统最小运行流量：根据供热系统的设计流量及实际的综合阻力数确定供热系统的最小运行流量，此值约为额定设计流量的40%左右；

步骤3、质调节运行：在供暖初期供热系统按照质调节运行，运行流量为既定的最小运行流量，供水温度随室外温度变化而变化；

步骤4、根据供热负荷逐渐提高供水温度，并保持最小运行流量；

步骤5、判断室外温度是否低于室外临界温度，如果是，则进行量调节运行，否则，继续进行质调节运行；

步骤6、量调节运行：随着供热负荷的增加，质调节的供水温度达到系统的最大供水温度，此时，进入供暖中期，改变系统的调节手段为量调节；

步骤7、保持供水温度为设计值不变，根据回水温度改变系统运行流量：保持供水温度恒定为系统设计供水温度，即最大供水温度；根据流量调节规律改变系统流量；

步骤8、判断室外温度是否是高于室外临界温度，如果是，则执行步骤三，否则，返回步骤六：随着供热负荷逐渐减小，室外温度高于室外临界温度时，此时进入供热末期，系统流量减小至最小最小运行流量，系统运行方式重新变为质调节，再继续执行步骤三，供暖末期与初期的调节手段相同，如此循环，直至供暖期结束。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，包括控制主系统、局域网和若干热力站控制子系统，所述热力站控制子系统接入局域网与控制主系统连接；

所述热力站控制子系统包括热力站服务器、智能通讯模块、可编程控制器、模拟量采集模块、模拟量输出模块、热量采集装置、若干温度传感器、若干压力传感器、电动蝶阀、变频控制器、室内温度采集器、若干室内温度传感器、现场控制终端和UPS中央电源系统，所述热力站服务器通过智能通讯模块接入局域网，所述可编程控制器分别与热力站服务器、模拟量采集模块和模拟量输出模块连接，所述热量采集装置、温度传感器和压力传感器分别与模拟量采集模块连接，所述电动蝶阀和变频控制器分别与模拟量输出模块连接，所述室内温度采集器分别与热力站服务器和室内温度传感器连接，所述现场控制终端与热力站服务器连接，所述UPS中央电源系统为热力站控制子系统提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，所述温度传感器包括一次供水温度传感器、一次回水温度传感器、二次供水温度传感器、二次回水温度传感器和室外温度传感器；所述压力传感器包括一次供水压力传感器、一次回水压力传感器、二次供水压力传感器和二次回水压力传感器。

3.根据权利要求2所述的一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，所述一次供水温度传感器和一次供水压力传感器分别设置在一次侧靠近热源的供水管道中，所述一次回水温度传感器和一次回水压力传感器设置在一次侧靠近热源的回水管道中，所述二次供水温度传感器和二次供水压力传感器设置在二次侧靠近热用户的供水管道中，所述二次回水温度传感器和二次回水压力传感器设置在二次侧靠近热用户的回水管道中；所述一次侧靠近热源的供水管道、一次侧靠近热源的回水管道、二次侧靠近热用户的供水管道和二次侧靠近热用户的回水管道分别与换热器连接；所述室外温度传感器设置在热力站建筑物外墙北侧通风处，所述电动蝶阀设置在一次侧靠近热源的回水管道中，在所述二次侧靠近热用户的回水管道中设置有热量采集装置；在所述热量采集装置与换热器之间设置有水泵，所述水泵的控制端与变频控制器连接。

4.根据权利要求2所述的一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，所述一次供水温度传感器和一次供水压力传感器分别设置在一次侧靠近热源的供水管道中，所述一次回水温度传感器和一次回水压力传感器设置在一次侧靠近热源的回水管道中，所述二次供水温度传感器和二次供水压力传感器设置在二次侧靠近热用户的供水管道中，所述二次回水温度传感器和二次回水压力传感器设置在二次侧靠近热用户的回水管道中；所述一次侧靠近热源的供水管道和若干二次侧靠近热用户的供水管道分别与分水器连接；所述一次侧靠近热源的回水管道和若干二次侧靠近热用户的回水管道分别与集水器连接；所述室外温度传感器设置在热力站建筑物外墙北侧通风处，所述电动蝶阀设置在一次侧靠近热源的回水管道中，在每个所述二次侧靠近热用户的回水管道中分别设置有热量采集装置；在每个二次侧靠近热用户的回水管道中热量采集装置与集水器之间设置有水泵，所述水泵的控制端与变频控制器连接；所述分水器通过设置有双向控制阀的管道与集水器连通。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，所述热量采集装置包括热量表、超声波热量表或超声波流量计。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，还包括远程计算机，所述远程计算机通过internet网络与智能控制主系统相连接。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，所述局域网包括TCP/IP局域网、GPRS网络和VPN网络中的一种或多种。

8.根据权利要求1至4任一项所述的一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，所述模拟量采集模块的采集信号为4-20mA或0-10V，所述模拟量输出模块的输出信号为4-20mA或0-10V。

9.根据权利要求1至4任一项所述的一种集中供热质量调节智能控制系统，其特征是，所述室内温度传感器包括有线温度传感器和/或无线温度传感器。

10.一种集中供热质量调节智能控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、设置室外临界温度，并将供热分为三个调节阶段：根据室外临界温度将供热系统的整个供暖期按照供热负荷大小不同分为三个调节阶段：初期、中期和末期；其中初期和末期的室外温度大于室外临界温度，而中期的室外温度小于室外临界温度；

步骤2、根据设计流量、综合阻力数确定供热系统最小运行流量：根据供热系统的设计流量及实际的综合阻力数确定供热系统的最小运行流量，此值约为额定设计流量的40%左右；

步骤3、质调节运行：在供暖初期供热系统按照质调节运行，运行流量为既定的最小运行流量，供水温度随室外温度变化而变化；

步骤4、根据供热负荷逐渐提高供水温度，并保持最小运行流量；

步骤5、判断室外温度是否低于室外临界温度，如果是，则进行量调节运行，否则，继续进行质调节运行；

步骤6、量调节运行：随着供热负荷的增加，质调节的供水温度达到系统的最大供水温度，此时，进入供暖中期，改变系统的调节手段为量调节；

步骤7、保持供水温度为设计值不变，根据回水温度改变系统运行流量：保持供水温度恒定为系统设计供水温度，即最大供水温度；根据流量调节规律改变系统流量；

步骤8、判断室外温度是否是高于室外临界温度，如果是，则执行步骤三，否则，返回步骤六：随着供热负荷逐渐减小，室外温度高于室外临界温度时，此时进入供热末期，系统流量减小至最小最小运行流量，系统运行方式重新变为质调节，再继续执行步骤三，供暖末期与初期的调节手段相同，如此循环，直至供暖期结束。

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