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1、太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 1 太原邦意无人值守换热站设计方案 一、 引言 集中供热因具有节约能源和改善城市环境等方面的积极作用，而日益成为城 市公用事业的一个重要组成部分，是国家大力推广的节能和环保措施。随着我国 的城市集中供热规模也不断扩大， 科学的管理热力管网具有非常重大的经济和社 会效益。 根据用户的具体要求， 对于该供热自控系统， 既要根据室外温度的变化调节 二次侧供水温度，保证终端热用户的室内变化不超出某一范围（182，最低 不低于 16） ，这样既保证终端热用户有一个舒适的生活、工作环境，也可以最 大限度地节约能源， 同时也要实现在换热站的无人值守的情况下中控室
2、可以远程 调度每个热力站的参数， 保证整个热网的热力平衡， 供热系统可以安全可靠地运 行。并初步实现热网热量的计量。 二、 系统组成 本系统由换热站的自动控制系统、各个换热站与监控中心之间的通讯系统、 监控中心管理系统三个部分构成。 （见系统构成示意图） 换热站 PLC 控制系统可 独立完成本地控制。 各个换热 站利用通讯系统将现场监测 数据、运行状态数据传给监控 中心管理系统， 同时接受监控 管理软件进行的运行参数调 整。各个换热站与监控中心采 用 GPRS通讯方式。 监控中心管理系统安装在 中央调度室的工控机上， 通过 GPRS网络和下位的换热站通 讯模块相连，完成换热站运行 与管理系统数
3、据之间的数据交换，既可以监视各换热站的运行情况，也可以调整 交换机 路由器 服 务 器 工程师站操作员站 打印机 其它站点 网络 天线 通讯模块 控制系统 输入检测输出控制 温 度 输 入 压 力 输 入 泵 状 态 输 入 电 动 调 节 阀 调 节 控 制 报 警 输 出 补 水 系 统 调 节 控 制 循 环 系 统 调 节 控 制 其 它 控 制 水 箱 水 位 输 入 1#换热站 热量计 进 口 温 度 输 入 一 次 流 量 输 入 水 泵 电 参 数 输 入 电 动 调 节 阀 输 入 出 口 温 度 输 入 除 污 器 差 压 输 入 除 污 器 控 制 除 污 器 控 制 除
4、 污 器 差 压 输 入 出 口 温 度 输 入 电 动 调 节 阀 输 入 水 泵 电 参 数 输 入 一 次 流 量 输 入 进 口 温 度 输 入 热量计 1#换热站 水 箱 水 位 输 入 其 它 控 制 循 环 系 统 调 节 控 制 补 水 系 统 调 节 控 制 报 警 输 出 电 动 调 节 阀 调 节 控 制 泵 状 态 输 入 压 力 输 入 温 度 输 入 输出控制输入检测 控制系统 通讯模块 天线 系统构成示意图 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 2 换热站的运行状态。 三、 无人职守换热站的自动控制系统 换热站由水 -水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的
5、循环水系统、补水 泵组成的补水系统来构成。在控制过程中，需要采集大量的物理量，如压力、温 度、流量等模拟量参数，通过PLC 控制器对这些参数进行实时采集和处理。换 热站 PLC 控制系统对一次网的电动调节阀、二次网的循环系统、补水系统等控 制对象实施自动控制，即实现换热站系统的全自动控制。 无人值守换热站的自动控制系统主要完成数据采集、自动控制、参数存储、 实时通讯、故障报警等功能。可独立完成本地控制，也可受控于监控中心。 1、 换热站数据采集 将站内的温度、压力、流量、水箱水位、电动调节阀状态、补水泵的启停状 态、循环泵电流、电压、报警等参数采集、显示并上传监控中心。 换热站监控参数包括：
6、室外温度 一次网的供 / 回水压力、温度 一次网的流量、热量、累积流量、累积热量 一次网除污器差压 二次网供 / 回水温度、压力 补水流量、累计流量 水箱液位 循环泵电压、电流、功率、频率； 补水泵电压、电流、功率、频率； 一次网电动调节阀阀门开度； 二次网回水泄压电磁阀状态； 补水电磁阀状态； 补水流量 自来水压力 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 3 自来水流量 循环水泵和补水泵的启停及运行状态等； 运行参数的越限报警； a 二次侧供水压力过高 b 二次侧供水温度过高 c 二次侧回水压力过低 d 二次侧回水压力过高 e 水箱水位超高、超低 f 循环泵电流高报警 g 循环泵缺相报
7、警 h 停电报警 i 自来水停水报警 2、 换热站系统控制 换热站的调节系统采用PID 调节控制，通过设定运行参数，控制一次网电 动调节阀的开度，实现调节过程，保证用户室内温度达到规定；完成循环水泵 进行自动控制，补水泵进行自动控制；水箱水位自动控制；系统停电控制；停 水控制。对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。 具体调节控制单元如下： 换热器二次供水温度调节控制回路 根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供 水、回平均温度之间的对应曲线。控制器通过这条曲线根据室外温度传感器 测量的室外温度，通过控制换热器一次高温水管网出口电动调节阀，实现换 热器二次侧热水出口温度的
8、自动控制。满足用户室温要求。 除污器控制 根据除污器前后压力差，自动调节控制除污阀门，保证正常工作。 循环泵控制 原设计为循环泵 +调节阀控制二次测进出口压差的设计方案，我们认为 不利于节能的目的，因此最好采用变频控制方案。变频循环泵控制二次网可 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 4 实现： (1) 在自动状态下，根据实际供热情况是实现循环泵的开太台数； (2) 变频循环泵变频调速使二次侧进出口压差处于恒定； (3) 若二次侧回水压力低于预设的回水压力下限值，循环泵自动减速运行； 若二次侧回水压力高于预设的回水压力上限值，循环泵将自动提速运行； (4) 控制回路在手动状态下， 操作
9、员可以通过控制柜上的按钮进行启/停、加 /减速控制。 补水调节控制回路 通过二次管网回水压力控制变频补水泵的开启、调节和停止。实现二次 回水压力的定压自动控制。 (1) 控制系统在自动状态下，变频补水泵要使二次侧回水压力处于恒定； (2) 当二次侧回水压力低于回水压力下限值时，补水泵自动启动，当二次侧 回水压力高于回水压力上限值时， 补水泵停止（补水箱水位条件要满足） ； (3) 控制回路在手动状态下， 操作员可以通过控制柜上的按钮进行启/停、加 /减速控制。 当二次网由于意外原因造成回水压力过高时，则开启回水压力电磁阀。 补水水箱控制 补水水箱底部侧面安装一台液位变送器，用于测量水箱水位。水
10、箱进水 管道上安装一台电磁阀，用于水箱补水。当水箱水位低于设定值时开启电磁 阀，当水箱水位高于设定值时关闭电磁阀。 当水箱水位超高时向中心站报警。 当水箱水位超低向中心站报警。 自来水停水控制 当自来水停水时，系统停运。其控制方式为首先回水压力低时，起动补 水泵，当水箱水位超低时， 同时自来水无压力， 即判断为自来水停水。 此时， 停补水泵。当回水压力过低时，停一次网电动调节阀、随后停循环泵。 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 5 系统停电控制 PLC控制系统柜内安装一台UPS备用电源。当 PLC检测到系统突然停电 时，关闭一次网电动调节阀、补水电动调节阀。 循环泵异常控制 循环泵
11、异常停运时， PLC控制系统关闭一次网电动调节阀。同时，维持 补水系统自动运行。 一次网停水控制 当中心接到热力公司停止供水命令后，对于短时停水由中心站控制关闭 一次网电动调节阀；对于长时间停汽时，除关闭一次网电动调节阀外，同时 关闭循环泵，但不停补水系统，维持管网压力。 控制切换 无人值守换热站设计运行方式是全自动运行，当控制系统或设备或需要 时，其控制方式可切换为手动运行方式。 （1） 手动调节一次管网电动调节阀和补水箱电动调节阀； （2） 手动控制循环泵和补水泵启、停，增、减泵的转速； （3） 除污器手动控制。 3、 换热站设备组成 换热站设备由 PLC 控制柜、 现场仪表、执行机构、二
12、次显示仪表及 GPRS DTU 等组成。 a)PLC 控制器 西门子 PLC控制器具有高可靠性和高稳定性。该系统由CPU 模块、 模拟量输入模块、显示模块、+24V 电源和控制箱等组成。 b)温度变送器 温度变送器分室外温度变送器、工艺管道温度变送器。 室外温度变送器：测量范围-50 至 +50 ；感温元件Pt100；电源电压 24VDC 输出信号 4-20mA。 工艺管道温度变送器：测量范围0 至 +500 ；感温元件Pt100；电源 电压 24VDC 输出信号 4-20mA。 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 6 c)压力变送器 压力量程 1.0 MPa（1.6 MPa） 、精
13、度等级优于 0.5 级；工作电压 24VDC 输出信号 4-20mA。 d)液位变送器 量程 2 米、精度等级优于0.2 级；工作电压 24VDC 输出信号 4-20mA。 e)电动调节阀 换热站作为量调（或质调）用的电动调节阀其重要性毋庸置疑，能否 达到用户满意的调节效果及节能降耗效果，电动调节阀的选用至关重要。 选用电子式电动调节阀，供电电压为220VAC，输入420mA，反馈 420mA。同时电动调节阀应具有以下几个特点： 精度高：调节阀电动执行机构可以具有定位精度在1%以上。 可靠性高：电动调节阀长期无故障运行是保证供热系统可靠运行的关键。 抗压差能力强：不能出现前后压差较大时会出现无
14、法开启或会出现较大 的振动。 调节性能好：调节阀可调量程比为150 以上，方能满足用户的供热需 求。 泄露量小：泄漏量应满足10-510-6。 体积小 性价比高 引进国外先进技术，性能优越，价格适宜，性价比高。 f）变频器 输入电压： 380VAC 50Hz/60Hz 输出频率 0.1600 Hz 输出容量：根据具体情况而定 控制方式：为无感矢量控制技术/VF 控制/输出功率（转矩）控制 调速范围： 1：100 模拟输入： 05/10V，420mA 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 7 模拟输出： pwm 信号经滤波后输出，可设定pwm 脉冲输出（ 10V） 另外，应具有保护功能，
15、显示功能，RS-485 串口等功能。 g）流量热量计 流量计选用电磁流量计，测量热量配对铂电阻。 流量计要求：测量介质导电率20uS/cm，精度1.0 级以上，工作温度 -25150，220VAC50 Hz 供电， RS-485接口，420 Ma 输出功能。 h）GPRS DTU GPRS DTU 用于传输信号的无线通讯模块。 四、 换热站监控中心管理系统 在中央控制室的安装了监控中心远程监控管理系统，该系统主要用于监控和 调整各个换热站运行，包括以下几个方面的内容： 工艺流程总图显示 在画面中通过编程实现模拟显示整个换热站现场进汽供水的全过程， 并且在换热器本体上实时显示各工艺段的运行情况，
16、包括该工艺流程图、 所有的设备状态、所有的工艺参数以及各控制回路的详细参数等。以便于 操作者能及时准确的掌握换热站的具体运行情况，能够对现场设备的故障 进行实时诊断。 调节回路显示 包括所有调节回路，可修改设定值、控制方式、调节参数等。 设定值显示、报警记录 包括所有调节回路及顺控回路等的设定值、控制方式、 调节参数及报警值 等。 对于如进汽流量、供水压力、回水压力、供水温度、循环泵三相电流、电 压等一些重要的模拟量输入参数进行实时报警，当处于监控下的任何一个变量 超出预先设定的安全值时， 立即进行声光报警， 通过报警一览表对话框可以检 查报警超出的范围以及错误来源，并对此采取相应的措施。 太
17、原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 8 标准功能画面显示 包括实时报警显示、历史报警显示、趋势曲线显示、操作记录显示等。 报表显示和打印 用户可以随心所欲地编制各种各样的报表。 历史数据的存储与检索 对重要的数据进行在线存储。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的 方式来检索历史数据。 历史趋势 在此画面中除了实时显示变量的变化趋势，操作员还可以检查过去的 过程数据记录，通过对过去历史趋势的比较进而可以对变量未来的发展趋 势做进一步的预测。 远程组态 在监控计算机上可以对换热站的运行方式进行远程组态，必要时直接 远程操作换热站的设备，如停泵、调整调节阀开度等工作。此项功能需要 较高的工程师
18、权限，一般工作人员不能使用。 系统的安全管理 对重要设备的操作、 重要参数的修改均会自动记录， 包括登录的操作 员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等，以 利于进行管理及事故分析； 另外，系统设置为多用户方式，各类用户均有自己的用户名和密码， 对应不同的安全级别， 决定了操作员可观察的范围、 可使用的功能、 可修 改的参数等。 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 9 无人值守换热站设备 序号设备名称型号单位数量生产厂家备注 1 室外温度变送器台1 注： 就 地 控 制 系 统含控制柜、内部 PLC 控制系统、 直 流 电 源 、 UPS( 长 320 ； 厚95
19、 ； 高 160)、通讯模块、 继电器、手 /自动切 换、调节、报警指 示等。 2 涡街流量计台1 3 压力变送器台1 4 铂电阻支1 5 流量计算仪台1 6 温度变送器台2 7 压力变送器台2 8 差压变送器台1 9 旋翼流量传感器套1 19 电力参数采集台2 20 电动调节阀台1 21 电动调节阀台1 22 电磁阀台1 24 电接点压力表台1 25 就地控制系统 26 小计 27 28 中心站路由器个1 29 JX-2006 远程数据采 集系统软件 套1 30 小计 31 32 合计 33 安装调试费 34 税金 35 总计 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 10 设备一览表热
20、力站原则系统图一 序号名称安装位置规格型号台数 1 温度变送器一次管网供水管0-1501 2 压力变送器一次管网供水管1.6Mpa,0.5 级1 3 电磁流量计一次管网供水管1级1 4 温度变送器一次管网回水管0-1001 5 压力变送器一次管网回水管1.6Mpa,0.5 级1 6 电动调节阀一次管网回水管1 7 电磁阀一次管网供水管除污器1 8 压力变送器一次管网供水管除污器 (20Kpa) 1 9 温度变送器二次网总供、回水管0-1001 10 压力变送器二次网总供、回水管1.0Mpa,0.5 级1 11 电接点压力表二次网总回水管YX-1501 12 变频器二次网循环泵3 13 电磁阀二
21、次网回水管1 14 变频器补水泵2 15 冷水表补水管1 16 液位变送器补水水箱2.5 米1 17 电磁阀补水箱供水管1 18 压力变送器自来水供水管1.0Mpa,0.5 级1 19 冷水表自来水供水管1 20 电力参数采集循环泵ZT-23 21 电力参数采集补水泵ZT-22 22 室外温度变送器室外墙壁上SWC1 23 就地控制柜换热站控制室1 太原邦意自动化工程有限公司无人值守换热站方案 11 设备一览表热力站原则系统图二 序号名称安装位置规格型号台数 1 温度变送器一次管网供水管0-1501 2 压力变送器一次管网供水管1.6Mpa,0.5 级1 3 电磁流量计一次管网供水管1级1 4
22、 温度变送器一次管网回水管0-1001 5 压力变送器一次管网回水管1.6Mpa,0.5 级1 6 电动调节阀一次管网回水管1 7 电磁阀一次管网供水管除污器1 8 压力变送器一次管网供水管除污器 (20Kpa) 1 9 温度变送器二次网 1、2总供、回水管0-1002 10 压力变送器二次网 1、2总供、回水管1.0Mpa,0.5 级2 11 电接点压力表二次网 1、2总回水管YX-1502 12 变频器二次网 1、2循环泵6 13 电磁阀二次网 1、2回水管2 14 变频器1、2补水泵4 15 冷水表1、2补水管2 16 液位变送器补水水箱2.5 米1 17 电磁阀补水箱供水管1 18 压力变送器自来水供水管1.0Mpa,0.5 级1 19 冷水表自来水供水管1 20 电力参数采集1、2 循环泵ZT-26 21 电力参数采集1、2 补水泵ZT-24 22 室外温度变送器室外墙壁上SWC2 23 就地控制柜换热站控制室2