浅谈自动化控制系统在集中供热中的应用

摘要：在进行集中供热的过程中，采暖热水通过水利管网输送到各个换热站，在经过换热站进行换热之后，将热能传输到各个热用户当中。换热站的节能、平稳运行在供热过程中显得异常重要。

关键词：自动化系统；集中供热；系统设计；应用；节能

我国幅员辽阔，各地气温差异性较大，在冬季，我国的北方由于气温较低，都需要进行采暖，采暖的能耗量较大，更加重了能源紧张的局面，在目前居民住宅的集中供热系统结构中采用自动控制系统进行节能取得了较好的成效。伴随着我国科技的不断进步和经济发展，自动控制技术被应用在集中供热节能方面，并且取得了一定的效果。但是，从最近几年来我国自动控制技术在集中供热节能应用的成果来看，尚不理想，存在一定的问题。

一、城市热网自控状况和问题

以往在采暖供热期，供热管理部门很难及时了解和掌握住户室内温度情况及变化规律，随着天气的变化和室内温度的变化对供热参数进行相应的调整。用户室温的获取和调控方式显得非常滞后和被动。另一方面对于超标准供热区域也不能及时进行调节，导致能源大量浪费和供热质量问题。如何实时地掌握住户室内温度情况和相互之间室内温度的不一致程度（区域之间、楼栋之间、单元之间）。并根据其变化趋势提前做出供热运行的相应调整。使其即保证用户室内温度达标，又能做到热尽其用，节能降耗，降低供热运行成本。“供热运行远程监测网络系统”，能够解决供热运行中实时掌握热用户室内温度这一难题，同时也解决了各换热站及锅炉房运行参数的远程传输，保证了用户供热质量和热源运行工况的整体统一。

城市热力网实行自动控制和调节是保证热网工况正常运行的基础，但大规模安装自控设备和部件需要增加投资，因此在我国目前的财力情况下，受到一定的限制。尽管如此，在各方的努力下我国的城市热网自动化水平有很大的提高。

（1）目前投入的计算机监控系统有不少还不能完全正常工作。分析其中原因，一方面系统本身存在一些缺陷，不够稳定可靠。如有些系统投入运行后，30多个热力站的终端，采暖期平均3-4天出一次硬件故障，有些系统的前端检测装置抗干扰性差，经常出现机器死锁现象，有些系统通讯部分误码率高，影响整个系统的处理等。另一方面，部分城市热网经常失调，不能保证基本的运行条件。如供热管网的末端压差保证不了，末端热力站的自动控制装置就根本不能正常工作，无法发挥监控系统的作用。

（2）目前我国的某些仪表和执行及执行机构质量没有完全过关。流量计由于热网水质及自身的问题，安装后2-3年就失准，电动阀门卡死、漏水等事故较多，使得自动监测系统不能发挥作用，用户不放心不敢使用。

（3）不少地方正在或准备上微机自动监测控制系统，无论是引进国外技术还是自己单位搞，这其中都不乏盲目性。首先缺乏微机自控系统的可行性论证，存在着重复试验和重复引进问题。结果投资不少，距预期目的相差甚远。

（4）由于我国城市集中供热管理体制存在问题，热源管理与热网管理脱节，很难对供热系统整体进行综合控制调节。单一的热源或热网控制方式在一定程度上阻碍了供热管网自动监控系统的发展和完善。

二、城市集中供热网智能控制系统

集中供热网由于热工过程大多是强烈耦合的多输入多输出非线性系统，其动态特性随着运行工况的变化而大幅度变化，且各环节的动态特性差异很大，许多环节还具有惯性、滞后、非线性和不确定性等特性，难以建立精确的数学模型，使传统控制理论的应用受到限制。因此，可以选择不依赖系统模型，同时又能随着工业过程的实际环境的改变进行自主学习推理的智能控制。智能控制是应用人工智能的理论和技术及运筹学的优化方法，并将其同控制理论方法与技术相结合，在未知环境下，仿效人的智能，实现对系统的控制。

模糊技术、神经网络和专家系统几种智能信息处理方法是智能控制领域的重要基础工具，近年来得到了迅速发展，在解决传统控制难题方面显示出其优越性。针对集中供热工程中热网分布不均匀、随机性强等特点，为了进一步提高供热效益，提出了专家控制系统设计方案，并就控制规则集中设计作了可贵的探索。针对供热网中大时滞现象，提出了一种新的模糊控制器结构。这种模糊控制器通过在线辨识广义时滞，将时滞辨识的结果模糊化，决策出模糊规则组，填充主模糊规则表，达到自适应的目的。作为应用，给出基于集中供热网温度控制的模糊控制器的设计，以解决控制对象中由大时滞和时变引起的不易控制和参数调整困难的问题。

然而，各种智能控制方法由于其自身的不同特点，适用领域都受到限制。因此，人们将这几种智能控制方法有机地结合起来，以期综合优点、互补不足，构造出接近于人类大脑高级智能活动的计算智能的新学科开始形成，并迅速发展，以计算智能为理论基础的集成智能系统在应用中体现了强大的生命力。

近年来国内越来越多的集中供热网综合自动化技术的研究专家们把集成智能系统的思想引入到热力系统的控制中。其中应用较广泛的一种是将传统常规控制和智能控制并存的混合智能控制系统，例如将模糊控制器和PI控制器并联组成双模控制器，根据系统的不同状态选择不同的控制方法，能够满足控制对象是变参数系统的控制要求，在各种情况下均能保证所要求的控制精度。模糊控制在中央控制机中实现，PI控制在PLC中实现，这种双模控制器还可以保证在中央控制机不投入控制的情况下，也能对温度进行基本控制，便于实现冗余功能。在传统混合智能控制系统中加入专家控制模块，由专家控制模块根据对历史数据和当前数据的分析，优化流入各控制算法模块数据流的分配和各控制输出量综合的比例因子，实现自适应控制。这样就构成了自适应混合智能控制。

三、供热节能效果分析

⑴降低单位的热能消耗

通过实施自动控制防范，减小管网水力失调的程度，达到用户系统热能分布均匀的目的。从另外一个角度进行分析，通过网流量调节阀开度分时自动控制和换热站水泵合理、及时的调节配合，避免人工调节在时间上的滞后性和对经验的依赖性。

⑵降低单位降耗

在针对换热站进行增设水泵变频设备的过程中，要针对水泵电机频率进行自动控制，通过改变电动机电流和频率，达到节能的效果。在进行变频的过程中，它的调节范围较宽，并且能够保持较高的效率，实现精度化运行。它能够有效的消除电动机启动过程中的大电流，延长水泵的使用寿命。从另外一个角度进行分析，在热用户用热负荷较小的时候，能够通过减小流量的策略降低水泵对能源的总体消耗。

⑶降低人工成本

通过自动控制设备的增加，改变了传统换电站需要人员留守的现象，从而节省了这部门的费用。因此，通过自控添加手段和变频器的合理配置，能够达到良好的节能效果。与此同时，对降低公司的资金成本具有一定的意义。

总之，为了能够在保证供热质量的基础上，降低经济成本降低水电消耗，应科学合理的制定相应自动化控制系统，在进行控制系统和配套仪表选择时应从设备可靠性和设备简单性以及设备实用性等几个方面进行考虑与分析。