CN203274046U - 换热站智能控制器及水/水换热控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属换热站自动控制领域，尤其涉及一种换热站智能控制器及水/水换热控制系统；换热站智能控制器包括CPU、数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯模块及触摸屏；水/水换热控制系统包括换热站智能控制器、一次网控制模块及二次网控制模块；CPU的信号传输端口经数字量输入/输出隔离中间继电器与一次网控制模块的信号传输端口相接；CPU的信号传输端口经模拟量输入/输出信号隔离器与二次网控制模块的信号传输端口相接。本实用新型可自动控制换热站内调节阀的开度，电磁阀的开闭，变频器的运行状态，控制换热站内换热器的换热量，为用户送出稳定供水/回水温度、压力，提高供热质量。

Description

换热站智能控制器及水/水换热控制系统

技术领域

本实用新型属换热站自动控制领域，尤其涉及一种适用于换热站控制的智能控制器（RTU）及水/水换热控制系统。

背景技术

从50年代开始我国开始推行集中供暖，到目前为止县级及以上城市已经基本全部建设了集中供暖系统，集中供暖系统是由热源厂与分布在各供暖小区内的换热站组成，其特点是热源可相对集中在一个大型的热源厂，而各用户小区只需要建设换热站就可完成供暖，从而取消了污染严重的小型锅炉房，但与推广范围与发展速度不相适应的是，供暖系统的控制技术还很落后，尤其是换热站设备的控制方式落后，换热站热量损耗大、供暖质量较差，主要表现在供暖系统的热效率低，热网不平衡、不同区域温差大，这就造成大量能源浪费，也是加重大气污染的一个重要因素。

为提高供暖系统的供热质量，必须提高换热站的控制水平，换热站是供暖系统中用来转换供热介质，控制与计量供热介质的分配及参数，直接供给用户热量的设施。在传统模式下，换热站内设备运行参数是由现场值班人员自己来决定或受调度中心调度人员发出的操作指令来设定、调节，运行状态完全由操作人员的能力、素质决定，这只能达到粗略调节的目的，容易造成对一次网的波动冲击，不利于保证一次网动态热平衡，而且对由于一次网温度、压力的波动，不能进行自适应实时调节，无法实现跟随室外温度的不断变化，来调节二次网的供水/回水温度，这些因素都很难保证供热质量，另外，这也造成人员浪费。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种可按需要设置远程、就地工作模式，自动控制换热站内调节阀的开度，电磁阀的开闭，变频器的运行状态和工作频率，控制换热站内换热器的换热量，为用户送出稳定供水/回水温度、压力，减少热损耗，提高供热质量的换热站智能控制器及水/水换热控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的。

换热站智能控制器，它包括CPU、数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯模块、触摸屏及电源模块；所述CPU的信号传输端口分别与数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯设备及触摸屏的信号传输端口相接；所述触摸屏用以显示一次网及二次网设备的工作状态，并可切换系统控制方式，提供报警及密码保护功能；所述GPRS通讯模块将系统数据上传至调度计算机；电源模块为系统提供工作电源。

一种水/水换热控制系统，它包括换热站智能控制器、一次网控制模块及二次网控制模块。

所述换热站智能控制器包括CPU、数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯模块、触摸屏及电源模块；所述CPU的信号传输端口分别与数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯设备及触摸屏的信号传输端口相接；所述触摸屏用以显示一次网及二次网设备的工作状态，并可切换系统控制方式，提供报警及密码保护功能；所述GPRS通讯模块将系统数据上传至调度计算机；电源模块为系统提供工作电源。

所述CPU的信号传输端口经数字量输入/输出隔离中间继电器与一次网控制模块的信号传输端口相接；所述CPU的信号传输端口经模拟量输入/输出信号隔离器与二次网控制模块的信号传输端口相接。

作为一种优选方案，本实用新型所述一次网控制模块包括一次网供水管温度变送器、一次网供水管压力变送器、一次网回水管流量计、一次网回水管温度变送器、一次网回水管压力变送器及一次网回水管调节阀。

所述二次网控制模块包括二次网供水管温度变送器、二次网供水管压力变送器、二次网回水管温度变送器、二次网回水管压力变送器及二次网回水管泄压阀。

进一步地，本实用新型还包括连通阀；所述连通阀的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

进一步地，本实用新型还包括液位变送器；所述液位变送器的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

进一步地，本实用新型还包括室外温度变送器；所述室外温度变送器的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

进一步地，本实用新型所述二次网控制模块还包括1号循环泵及2号循环泵；所述1号循环泵及2号循环泵的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

进一步地，本实用新型所述二次网控制模块还包括1号补水泵变频器及2号补水泵；所述1号补水泵及2号补水泵的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

本实用新型RTU具有与远程调度计算机无线GPRS通讯和就地显示、操作功能，可将本换热站内所有测量参数：一次网供水/回水温度、压力、流量、调节阀开度等参数，二次网供水/回水温度、压力，室外温度，补水箱水位，补水压力，循环泵/补水泵等工作频率、状态等信号，可计算出以小时/天/月等为计量单位的流量、累计供热量，配有触摸屏可以工艺图、表格、曲线等各种形式显示这些参数和状态，也能将这些参数传送到调度计算机。本RTU具有接受远程运行参数设定与就地按照室外温度自动调解两种工作模式，在远程模式下，可接受调度参考计算机的操作指令并结合本站实际情况，以一次网热平衡为基础，保证供水/回水温度、压力为目的来完善本站的控制运行参数；而在就地工作模式下，RTU将根据设定的供暖温度、压力指标，参考室外温度的变化情况，自动调解从一次网的受热量，自动控制二次网循环泵、补水泵、泄压阀、连通阀等设备来保证稳定的供水/回水温度、压力。无论在哪种工作模式下，RTU都可依据内置的专家系统软件，分粗调、细调等不同等级来平稳地自动完成换热站内各设备的控制任务，同时也考虑到了不同设备间是否适合频繁调解的特性，这样就可在保证供暖指标的前提下，减少设备的维护量，延长设备的使用寿命。

本实用新型换热站智能控制器（RTU）具有如下特点。

1、独特的控制算法，算法中充分考虑了针对一次网蒸汽与热水不同介质情况，内部纪录有不同介质的热焓值表，可依据供汽（水）温度与回水（冷凝水）的温度与流量自动计算出供热量的热焓值，对一次网流量的调节方式也分为调节阀与分布式变频两种控制模式，扩大了RTU的适用范围。针对一次网安装调节阀调节的情况，算法中增加了延时与阈值判断相结合的控制方式，避免了对调节阀的反复频繁操作，延长了调节阀的使用寿命。

2、针对间歇式供暖情况，对二次网回水压力也给出了循环泵热运行与冷停止时不同的压力设定值，从而避免了单一设定值时，冷停止时压力降低需要补水的假象，和热运行时由于温度升高幅度大而造成压力超压而要泄压的情况，而通过在计算处理时设定的不同压力数值，就解决了冷停止压力降低需要补水和热运行时压力升高需要泄水的情况发生，这样节约了大量水资源和减少了热损耗。

3、考虑到蓄水箱水位过低无法向二次网补水时的紧急情况，为了保证供水压力，设计了在一次网（为热水介质）与二次网之间可选择安装联通阀，在上述二次网无法补水的情况下，为了保证供热质量，具有自动打开这个一次网与二次网的连通阀，用一次网的水来及时补充二次网的缺水欠压情况。

4、每台RTU可控制两个区域的换热机组，以适应具有两种不同供暖指标要求的换热站要求，如对划分为高区与低区需送出不同压力的换热站；对于每个换热机组最多可提供两用一备的循环泵控制方式和一用一备的补水泵控制方式，使RTU功能更强、使用范围更广。

5、具有多种连锁功能，如补水泵与水箱水位、泄压阀、连通阀连锁等互锁，保护了换热站内设备，避免了设备运行间带来的矛盾冲突。

6、具有丰富的显示画面，通过触摸屏以工艺曲线、数据表格、棒图、曲线等分不同界面来显示一次网介质入/出温度、压力、流量、热值，二次网供水/回水温度、压力，以及补水箱水位、室外温度、变频器工作频率等测量参数，同时显示各变频器、水泵、调节阀，电磁阀等设备的状态。

7、具有友好的人机交互界面，可通过点击触摸屏上按钮，方便的选择本RTU工作在远程调度模式与就地自动控制模式，可将所有控制设备（变频器、水泵、调节阀、电磁阀等）在自动控制与手动控制方式间切换，也可对供水压力、回水压力、供回水压力差、水箱水位等参数进行超限及报警设置，同时对这些可修改项编制了不同等级的保护密码，避免非授权人员的误操作。

8、具有多级别、形式的报警和保护功能，能对某些重要的控制参数给出就地声光报警，并可将报警信息远传给调度计算机，对那么超极限报警，能进行必要的应急和保护处理。

9、具有GPRS通讯功能，通讯协议采用标准MODBUS协议，通讯速率为19.2K，可方便将本站数据上传到调度计算机。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。

图1为本实用新型智能控制器（RTU）内部原理框图。

图2为本实用新型水/水换热控制系统原理框图。

图3为本发明压力检测电路模块原理图。

图4为本发明温度检测电路模块原理图。

图5为本发明电源电路模块原理图。

图中：1、换热站智能控制器；2、一次网；3、二次网；4、一次网回水管调节阀；5、一次网回水管流量计；6、一次网供水管温度变送器；7、一次网回水管温度变送器；8、一次网供水管压力变送器；9、一次网回水管压力变送器；10、二次网供水管温度变送器；11、二次网回水管温度变送器；12、二次网供水管压力变送器；13、二次网回水管压力变送器；14、液位变送器；15、室外温度变送器；16、1号循环泵；17、2号循环泵；18、1号补水泵；19、2号补水泵；20、二次网回水管泄压阀；21、连通阀。

具体实施方式

如图1所示，换热站智能控制器，它包括CPU、数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯模块、触摸屏及电源模块；所述CPU的信号传输端口分别与数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯设备及触摸屏的信号传输端口相接；所述触摸屏用以显示一次网及二次网设备的工作状态，并可切换系统控制方式，提供报警及密码保护功能；所述GPRS通讯模块将系统数据上传至调度计算机；电源模块为系统提供工作电源。

参见图2所示，一种水/水换热控制系统，它包括换热站智能控制器、一次网控制模块及二次网控制模块。

所述换热站智能控制器包括CPU、数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯模块、触摸屏及电源模块；所述CPU的信号传输端口分别与数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯设备及触摸屏的信号传输端口相接；所述触摸屏用以显示一次网及二次网设备的工作状态，并可切换系统控制方式，提供报警及密码保护功能；所述GPRS通讯模块将系统数据上传至调度计算机；电源模块为系统提供工作电源。

所述CPU的信号传输端口经数字量输入/输出隔离中间继电器与一次网控制模块的信号传输端口相接；所述CPU的信号传输端口经模拟量输入/输出信号隔离器与二次网控制模块的信号传输端口相接。

本实用新型所述一次网控制模块包括一次网供水管温度变送器6、一次网供水管压力变送器8、一次网回水管流量计5、一次网回水管温度变送器7、一次网回水管压力变送器9及一次网回水管调节阀4。

本实用新型所述二次网控制模块包括二次网供水管温度变送器10、二次网供水管压力变送器12、二次网回水管温度变送器11、二次网回水管压力变送器13及二次网回水管泄压阀20。

本实用新型还包括连通阀21；所述连通阀21的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

本实用新型还包括液位变送器14；所述液位变送器14的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

本实用新型还包括室外温度变送器15；所述室外温度变送器15的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

本实用新型所述二次网控制模块还包括1号循环泵16及2号循环泵17；所述1号循环泵16及2号循环泵17的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

本实用新型所述二次网控制模块还包括1号补水泵18及2号补水泵19；所述1号补水泵18及2号补水泵19的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

本实用新型控制器可按需要设置远程、就地工作模式，通过采集换热站内一次网与二次网热介质的温度、压力、流量，站内设备的运行状态，蓄水箱的液位、室外温度等参数，经RTU内置的专家系统软件的优化计算处理，来自动控制换热站内调节阀的开度、电磁阀的开闭、变频器的运行状态和工作频率，在参考稳定一次网动态热平衡的前提下，能根据天气等客观实际情况来控制换热站内换热器的换热量，进而计算出二次网应送出的供水/回水温度、压力值，为用户送出稳定的供水/回水温度、压力目的，使换热站内设备的工作状态和供热指标都达到最佳状态，减少热损耗和提高供热质量。

本实用新型的换热站智能控制器（RTU），是构成供暖系统DCS系统（分布式控制系统）的基础。DCS系统是由设在热力公司调度中心的计算机系统和设在各换热站内的RTU组成，调度计算机与各RTU之间可保持连续的数据通讯，在调度计算机软件中建有一次网动态热平衡的数学模型，它可根据各换热站RTU对供热量的需求，来控制热源厂总的产热量，同时可通过动态协调各RTU的热量分配来保持热源网（一次网）的动态热平衡。RTU作为整个供暖控制系统的现场实际控制单元，在各个换热站内根据室外温度变化情况来自动控制换热器的换热量，同时自动控制换热站内循环泵、补水泵、泄压阀、联通阀等设备，来保持二次网供水/回水温度、压力满足供暖要求，并保持相对的稳定，因此，RTU是组成整个供热管网控制系统的基础，RTU设计是否合理、功能是否齐全、工作是否稳定将直接影响供暖效果，是决定供暖质量的基本因素。

参见图1，本实用新型换热站智能控制器RTU包括CPU、通讯接口、数字量输出接口、数字量输入接口、、模拟量输出接口、模拟量输入接口、数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯模块、触摸屏及24V电源。

参见图2所示，在换热站实际应用中，需要连接相应的测量传感器仪表和变频器、泵、阀等设备。水/水换热控制系统中，换热站智能控制器1通过双芯屏蔽电缆与一次网2中安装在供水管上的一次网供水管温度变送器6、一次网供水管压力变送器8、一次网回水管流量计5及一次网回水管温度变送器9相连；通过两根双芯电缆与安装在回水管上的一次网回水管调节阀4相连。

本实用新型智能控制器（RTU）可根据对一次网这些参数的测量，来判断一次网的工作状态，通过供水/回水的压力来判断换热机组是否堵塞，而通过供水/回水的温度差与流量可计算出换热机组的换热量，可根据供热量需求情况来调节安装在回水管上的调节阀来改变换热量，进而改变换热站的出力。

换热站智能控制器（RTU）1通过双芯屏蔽电缆与二次网3中安装在供水管上的二次网供水管温度变送器10、二次网供水管压力变送器12、回水管上的二次网回水管温度变送器11及二次网回水管压力变送器13相连；通过四芯电缆与回水管上的二次网回水管泄压阀相连。

换热站供水温度与回水温度是决定供暖效果的重要指标，尤其回水温度应控制在一定数值以上，是换热站智能控制器1所要控制的主要参数，而保持一定的供水压力与回水压力，是保证管网畅通的重要保障。

换热站智能控制器（RTU）1通过双芯屏蔽电缆与设在水箱中的液位变送器14和设在户外的室外温度变送器15相连。

掌握室外温度，是换热站智能控制器1计算和控制换热站供出热量的依据，而水箱水位是与补水泵工作状态连锁的必要条件。换热站智能控制器1通过四芯电缆与跨接在一次网2与二次网3之间的连通阀21相连。

对安装有变频器的1号循环泵16、2号循环泵17、1号补水泵18及2号补水泵19，换热站智能控制器1与每台变频器需要通过单根七芯电缆外加两根双芯屏蔽电缆来连接。而对于没有安装变频器的循环泵、补水泵，每台泵与RTU只需要单根七芯电缆来连接。通过连接，换热站智能控制器1能对变频器、泵等设备进行控制输出的同时，能通过测量必要的参数和状态，来保证设备的安全、稳定运行。图3为本发明压力检测电路模块原理图；图4为本发明温度检测电路模块原理图；图5为本发明电源电路模块原理图。

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.换热站智能控制器，其特征在于，包括CPU、数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯模块、触摸屏及电源模块；所述CPU的信号传输端口分别与数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯设备及触摸屏的信号传输端口相接；所述触摸屏用以显示一次网及二次网设备的工作状态，并可切换系统控制方式，提供报警及密码保护功能；所述GPRS通讯模块将系统数据上传至调度计算机；电源模块为系统提供工作电源。

2.一种水/水换热控制系统，其特征在于，包括换热站智能控制器、一次网控制模块及二次网控制模块；

所述换热站智能控制器包括CPU、数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯模块、触摸屏及电源模块；所述CPU的信号传输端口分别与数字量输入/输出隔离中间继电器、模拟量输入/输出信号隔离器、GPRS通讯设备及触摸屏的信号传输端口相接；所述触摸屏用以显示一次网及二次网设备的工作状态，并可切换系统控制方式，提供报警及密码保护功能；所述GPRS通讯模块将系统数据上传至调度计算机；电源模块为系统提供工作电源；

所述CPU的信号传输端口经数字量输入/输出隔离中间继电器与一次网控制模块的信号传输端口相接；所述CPU的信号传输端口经模拟量输入/输出信号隔离器与二次网控制模块的信号传输端口相接。

3.根据权利要求2所述的水/水换热控制系统，其特征在于：所述一次网控制模块包括一次网供水管温度变送器（6）、一次网供水管压力变送器（8）、一次网回水管流量计（5）、一次网回水管温度变送器（7）、一次网回水管压力变送器（9）及一次网回水管调节阀（4）；

所述二次网控制模块包括二次网供水管温度变送器（10）、二次网供水管压力变送器（12）、二次网回水管温度变送器（11）、二次网回水管压力变送器（13）及二次网回水管泄压阀（20）。

4.根据权利要求3所述的水/水换热控制系统，其特征在于：还包括连通阀（21）；所述连通阀（21）的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

5.根据权利要求4所述的水/水换热控制系统，其特征在于：还包括液位变送器（14）；所述液位变送器（14）的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

6.根据权利要求5所述的水/水换热控制系统，其特征在于：还包括室外温度变送器（15）；所述室外温度变送器（15）的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

7.根据权利要求6所述的水/水换热控制系统，其特征在于：所述二次网控制模块还包括1号循环泵（16）及2号循环泵（17）；所述1号循环泵（16）及2号循环泵（17）的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

8.根据权利要求7所述的水/水换热控制系统，其特征在于：所述二次网控制模块还包括1号补水泵（18）及2号补水泵（19）；所述1号补水泵（18）及2号补水泵（19）的信号传输端口接换热站智能控制器的信号传输端口。

Images