CN107559946B - 一种换热站二级泵控制仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热站二级泵控制仪，包括二级泵、高区调节阀、低区调节阀、低区板式换热器、高区板式换热器、低区二次循环泵、高区二次循环泵和中央控制器ALK，所述二测泵的一端分别连接高区调节阀和低区调节阀，高区调节阀还连接低区板式换热器，高区调节阀还连接高区板式换热器，低区板式换热器还通过低区二次循环泵连输出低区供水。本发明可实现换热站只使用一个二级泵达到各个区域平衡供温，实现了泵前加入阀的控制方式，并可各自设置目标温度，使得水泵和整个供热系统节能运行，且电动调节阀不对泵产生额外阻力影响。

Description

一种换热站二级泵控制仪

技术领域

本发明涉及换热技术，具体是一种换热站二级泵控制仪。

背景技术

现有的换热站控制，已经广泛的使用二级泵控制通过板换的一次水流量。多数二级泵控制以二次网的供水温度，调节通过板换的热水流量，达到用户端温度的精确调节。但多数二级泵系统在遇见高低区等多板换条件下，需要在一个换热站内加入多个二级泵；或者只使用一个二级泵，但不能在一次网流量发生变化时做到各区不同组板换按需要比例进行精确调节。

现有技术的第一种方式如图2所示，在一个换热站内加入多个二级泵，如分高低区的系统，高区使用一个二级泵，低区使用一个二级泵，分别控制高低区的一次水流量，以达到对二次网的供水温度控制。

现有技术的第二种方式如图3所示，在一个换热站内加入只一个二级泵，如分高低区的系统，高、低区共同使用一个二级泵，人工手动调节高低区的流量分配比例，按各个区域供水温度的最低值为或其中一个区为基准进行水泵控制。由图2可以看出，本系统的换热站，由这些设备组成：(补水系统忽略)二级泵、各区的调节阀、各区的换热器、各区的二次循环泵；其中二级泵为整个换热站系统服务，调节阀进行分区控制。在本例中，调节阀由手动调节。调节阀与二级泵在控制上相互独立。

现有技术三的技术方案是在一个换热站内加入一个二级泵，如分高低区的系统，高、低区共同使用一个二级泵，二级泵以固定频率运行，每个区域各自有电动调节阀，并依靠电动调节阀调节本区的一次网流量，从而调节二次网供水温度。

技术三的系统图与技术二相同。

本例中，二级泵为两个区提供一次网的总流量，但不负责两个区各自需量，只保证换热站一次网流量总量的富余，各区域一次网的电动调节阀在总量富余的基础上，对本区一次网水量分别精细调节，保证自己区域的二次供水温度。

现有技术一的缺点：

由现有技术一方案，换热站内须使用多组二级泵，必然会占用很大的站内面积，在换热站改造工程中，原有换热站建立时并未考虑二级泵的安装，经常因站内空间不够而无法实施。另外，在站内的二级泵也因连接关系变成了类似于水泵并联结构。

有水泵功率计算公式如下：N＝RQH/102η；

式中：N——水泵使用工况轴功率(kw)；

Q——使用工况点的流量(m3/s)；

H——使用工况点的扬程(m)；

R——输出介质单位体积重量(kg/m3)；

η——使用工况点的泵效率(％)。

这种连接方式下，水泵必须提升扬程至与换热站的其余支路水泵扬程一致才可以满足本区域供水流量，从上式可以看出扬程(即H)越大，则功率越高，因此水泵浪费电能，不利于节能。

现有技术二的缺点：

该技术按各个区域供水温度的最低值为基准或依照其中一个区进行水泵控制。由于二级泵系统是一个处于不断变化的系统，因此一次网的供水温度和每个换热站一次网的流量也会发生变化，该技术只能保证一个区在一次网发生变化或二次网需求变化的前提下可以按实际需求进行控制，其他区域的供水温度控制由人工手动调节阀门的开度，但人工的调节往往依照经验或进行调节，实际并不精确，会出现站内一次网水力平衡问题，且会出现区域过冷或过热，极易出现不舒适或不节能；并且人工调节方式，不能按天气实时的改变各个区域的供水温度值，存在调节的不及时。

现有技术三的缺点：

每一个换热站的二级泵都需要满足该换热站全部区域一次网所需的最大流量；各个区域一次网的调节阀利用开度调节对本区域的一次网供水流量进行限制，使本区域的二次网供水温度满足设定值。

由于调节阀和二级泵的工作状态所致，二级泵始终处于调节阀调节开度处于半关闭状态所给予的阻力状态中。阀阻力增大，则二级泵使用工况点的扬程也会增大。

有水泵功率计算公式如下：N＝RQH/102η；

式中：N——水泵使用工况轴功率(kw)；

Q——使用工况点的流量(m3/s)；

H——使用工况点的扬程(m)；

R——输出介质单位体积重量(kg/m3)；

η——使用工况点的泵效率(％)。

反映在水泵功率上，则水泵功率在同样的流量下，调节阀处于本方法调节状态时，水泵能耗较大。此状态没有达到水泵节能运行。而阀处于自动运行状态时，换热站内最大一次网流量受制于水泵当前频率，如果出现一次网总流量小于保证全部区域供水温度的流量值，此时增大一次网流量需要另外的调节方式或人工手动调节，并不完全智能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换热站二级泵控制仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种换热站二级泵控制仪，包括二级泵、高区调节阀、低区调节阀、低区板式换热器、高区板式换热器、低区二次循环泵、高区二次循环泵和中央控制器ALK，所述二级泵的一端分别连接高区调节阀和低区调节阀，高区调节阀还连接低区板式换热器，高区调节阀还连接高区板式换热器，低区板式换热器还通过低区二次循环泵输出低区供水，高区板式换热器还通过高区二次循环泵输出高区供水，所述高区板式换热器还直接输出高区供水，所述低区板式换热器还直接输出低区供水，所述中央控制器ALK分别采集二次泵、高区调节阀、低区调节阀、低区二次循环泵、高区二次循环泵的信息。

作为本发明的优选方案：还包括控制方法，包含以下步骤：A、中央控制器ALK通过PID调节的方法确定变频控制柜频率，变频控制柜频率即是PID调节的输出值；

B、确定变频控制柜频率控制的PID调节的回路过程变量和设定值。

C、确定阀开度控制的PID调节的回路过程变量和设定值。

作为本发明的优选方案：所述步骤B具体包括：

B-1、设定对各个区的控制方式，分一般和特殊两种，一般方式给定管路系数k并进入下一步进行筛选，特殊方式不参与二级泵变频控制柜的控制；

B-2、控制方式为一般的区，按下面方法计算回路过程变量和设定值。

作为本发明的优选方案：所述步骤C具体包括：

C-1、PV＝Tactual i；Setpoint＝Tset i；Tactual i指i区的实际温度、Tset i指i区的设定温度或气候补偿计算温度；

C-2、PID的输出值(Output)输出AO进行阀开度控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可实现换热站只使用一个二级泵达到各个区域平衡供温，实现了泵前加入阀的控制方式，并可各自设置目标温度，使得水泵和整个供热系统节能运行，且电动调节阀不对泵产生额外阻力影响。

附图说明

图1为本发明换热站二级泵控制仪的整体电气原理图。

图2为现有技术1的电气原理图。

图3为现有技术2和3的电气原理图。

图4为本发明的控制策略框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明实施例中，一种换热站二级泵控制仪，包括二级泵、高区调节阀、低区调节阀、低区板式换热器、高区板式换热器、低区二次循环泵、高区二次循环泵和中央控制器ALK，所述二级泵的一端分别连接高区调节阀和低区调节阀，高区调节阀还连接低区板式换热器，高区调节阀还连接高区板式换热器，低区板式换热器还通过低区二次循环泵输出低区供水，高区板式换热器还通过高区二次循环泵输出高区供水，所述高区板式换热器还直接输出高区供水，所述低区板式换热器还直接输出低区供水，所述中央控制器ALK分别采集二次泵、高区调节阀、低区调节阀、低区二次循环泵、高区二次循环泵的信息。

二次泵的采集信息为二次泵频率，高区调节阀和低区调节阀的采集信息为调节阀开度，低区二次循环泵和高区二次循环泵的采集信息为供水温度。

本发明的工作原理是：本发明不光解决了换热站二级泵需要较大占地面积的问题，实现了换热站的气候补偿，而且做到了热、电两方面的节能运行，同时，系统不用人工干预，降低人工监视成本。换热站数据通过本系统，在网络或GPRS信号可连通的条件下还可提供上传功能，满足换热站远程集中联控要求。

换热站与该发明相关主要设备如下：

按上述设备，将采集器的数据作为AI，其中二次供水温度是重要数据，室外气象仪的数据通过网络传输模块传入换热站中央控制仪；中央控制仪输出AO至变频控制柜和电动调节阀；变频控制柜依AO值控制二级泵运转。

一般情况下，工艺的系统图与上所述方法二和方法三相同。

其中，ALK即包含中央控制仪，采集的点位如图所示，最主要的控制和测量点位见下表：

序号	类别	名称	数量	备注
					1	控制	二级泵频率	1
2	控制	高区电动调节阀开度	1
					3	采集	高区二次供水温度	1
4	控制	低区电动调节阀开度	1
					5	采集	低区二次供水温度	1
6	采集	室外温度	1

中央控制仪即是利用方法通过采集量对设备进行合理控制，使泵的阻力降到最低，使整个换热站供热系统更加节能。

中央控制仪中包含了如下控制方法：

A、中央控制器ALK通过PID调节的方法确定变频控制柜频率，变频控制柜频率即是PID调节的输出值

B、变频控制柜频率控制的PID调节的回路过程变量和设定值应经过如下的方法进行确定：

B-1、设定对各个区的控制方式，分一般和特殊两种，一般方式给定管路系数k并进入下一步进行筛选，特殊方式不参与二级泵变频控制柜的控制。

B-2、控制方式为一般的区，按下面方法计算回路过程变量(PV)和设定值(Setpoint)：

B-2-1、计算各个区的Temp值；

Temp_i＝(T_{actual i}-T_{set i})*k_i/V_i；Temp_i指i区的Temp值、T_{actual i}指i区的实际温度、T_{set i}指i区的设定温度或气候补偿计算温度、k_i表示i区管路系数、V_i表示i区的阀门开度；

B-2-2、比较各Temp值，标定其最小值所对应区；选定的区令为j区；

B-2-3、PV＝T_{actual j}-(T_{set j}-T_{set min})；Setpoint＝T_{set min}；

B-2-4、PID的输出值(Output)输出AO进行频率控制；

C、阀开度控制的PID调节的回路过程变量和设定值应经过如下的方法进行确定：

C-1、PV＝T_{actual i}；Setpoint＝T_{set i}；T_{actual i}指i区的实际温度、T_{set i}指i区的设定温度或气候补偿计算温度；

C-2、PID的输出值(Output)输出AO进行阀开度控制。

其策略图如图4所示，中央控制仪：

利于ARM技术，将上述算法固化于ARM或PLC内，能够控制二级泵，且能控制换热站其他设备运转的核心单元，即作为换热站中央控制仪。

作为本发明的一种实施例：某供热公司进行换热站二级泵控制系统改造，但换热站空间有限，只能加入一个二级泵，且一次网各个板换在总流量不同的情况下分配比例并不一致，因此特为这种情况研发该款中央控制仪；控制仪安装在中央控制柜内部，与电气及自控元件安装在电气柜衬板上，并进行控制柜组装；

本发明可实现换热站只使用一个二级泵达到各个区域平衡供温，实现了泵前加入阀的控制方式，并可各自设置目标温度，使得水泵和整个供热系统节能运行，且电动调节阀不对泵产生额外阻力影响。

Claims (5)

1.一种换热站二级泵控制仪，包括二级泵、高区调节阀、低区调节阀、低区板式换热器、高区板式换热器、低区二次循环泵、高区二次循环泵和中央控制器ALK，其特征在于，所述二级泵的一端分别连接高区调节阀和低区调节阀，高区调节阀还连接低区板式换热器，高区调节阀还连接高区板式换热器，低区板式换热器还通过低区二次循环泵输出低区供水，高区板式换热器还通过高区二次循环泵输出高区供水，所述高区板式换热器还直接输出高区供水，所述低区板式换热器还直接输出低区供水，所述中央控制器ALK分别连接二次泵、高区调节阀、低区调节阀、低区二次循环泵和高区二次循环泵。

2.根据权利要求1所述的换热站二级泵控制仪，其特征在于，还包括控制方法，包含以下步骤:

A、中央控制器ALK通过PID调节的方法确定变频控制柜频率，变频控制柜频率即是PID调节的输出值；

B、确定变频控制柜频率控制的PID调节的回路过程变量和设定值；

C、确定阀开度控制的PID调节的回路过程变量和设定值。

3.根据权利要求2所述的换热站二级泵控制仪，其特征在于，所述步骤B具体包括:

B-1、设定对各个区的控制方式，分一般和特殊两种，一般方式给定管路系数k并进入下一步进行筛选，特殊方式不参与二级泵变频控制柜的控制；

B-2、控制方式为一般的区，按下面方法计算回路过程变量和设定值。

4.根据权利要求3所述的换热站二级泵控制仪，其特征在于，所述步骤B-2具体包括：

B-2-1、计算各个区的Temp值；Temp_i＝(T_{actual i}-T_seti)*k_i/V_i；Temp_i指i区的Temp值、T_{actual i}指i区的实际温度、T_seti指i区的设定温度或气候补偿计算温度、k_i表示i区管路系数、V_i表示i区的阀门开度；

B-2-2、比较各Temp值，标定其最小值所对应区；选定的区令为j区；

B-2-3、PV＝T_{actual j}-(T_{set j}-T_{set min})；Setpoint＝T_{set min}

B-2-4、PID的输出值(Output)输出AO进行频率控制。

5.根据权利要求2所述的换热站二级泵控制仪，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C-1、PV＝T_{actual i}；Setpoint＝T_{set i}；T_{actual i}指i区的实际温度、T_{set i}指i区的设定温度或气候补偿计算温度；

C-2、PID的输出值(Output)输出AO进行阀开度控制。

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