一种换热站自动控制的循环系统及循环控制方法与流程

本发明属于换热站控制系统技术领域，主要涉及一种换热站自动控制的循环系统及循环控制方法。

背景技术：

集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，随着城市集中供热规模的不断扩大，科学的管理热力管网具有非常重大的经济和社会效益。换热站和热水管网是连接热源和热用户的重要环节，在整个供暖系统中具有举足轻重的作用。

目前的我国采暖系统比较落后，具体体现在供暖质量差，即室温冷热不均，系统效率低下，而且用户不能自行设定和调节室温等；缺乏控制手段，只有简单的调节手段，没有恒温装置，供热不足和过度时，没有有效的调节手段；缺乏计量手段，没有计量收费造成用户不主动节能，也造成管理人员缺少数据来运行管理。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种换热站自动控制的循环系统及循环控制方法。

本发明为完成其发明任务采用如下技术方案：

一种换热站循环系统的自动控制装置，由固定在换热机组上的二次侧供水压力传感器、二次侧回水压力传感器、分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块、循环水泵、变频器、泄压阀组成，所述触摸屏通过分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块与变频器相连，变频器的输出端分别与1#循环水泵、2#循环水泵相连；分析处理模块的压力采集端分别通过信号线与二次侧供水压力传感器、二次侧回水压力传感器相连，分析处理模块的控制端通过控制模块与泄压阀相连；所述触摸屏的人机交互界面上设置有二次侧供回水压差设定触摸键、超压保护泄压设定触摸键、循环泵PID比例增益设定触摸键、循环泵PID微分时间设定触摸键。

一种换热站循环系统的自动控制装置，所述调节阀PID模块由调节阀的PID参数比例增益模块、积分时间模块、微分时间模块组成。

一种换热站循环系统的自动控制装置，所述分析处理模块包括：有效性判断处理模块、滤波处理处理模块、量值变换处理模块、PID计算处理模块，所述有效性判断处理模块通过滤波处理处理模块、量值变换处理模块与PID计算处理模块相连；PID计算处理模块数据端分别与存储模块、触摸显示屏相连。

一种换热站循环系统的自动控制方法，是通过压力信号控制变频器输出，从而控制循环泵的转速，来实现对二次网供水压力的控制，以维持压差设定值；当一台循环泵无法通过变频加压达到所要求的压力时，控制器使另一台备用泵投入使用进行加压，实现智能化的恒压控制；包括：手动和自动控制；

当二次侧的回水压力超过设定值：触摸显示屏中开放窗口，操作人员触摸修改的数值时，自动打开泄压阀；或根据需要手动打开泄压阀，避免二次侧压力过大，达到对管路的有效保护；

⑴循环泵的变频控制

循环泵的变频控制采用PID调节控制，是运用PID跟踪控制功能自动对循环泵电动机的频率进行控制，实现换热器二次侧热水管网供回水压差的恒定控制，满足用户室温要求并达到了节能、降耗、绿色环保的效果；

利用PID算法对PID参数进行设置，首先设置比例系数K_p和积分T_i、微分时间T_D，即触摸显示屏中开放窗口修改值，预先定义的二次网供回水压差设定，即触摸显示屏中开放窗口修改值，为期望设定值Sp，安装在二次管网供水侧的压力传感器和回水侧的压力传感器将水压信号变成电信号4-20mA，送给处理模块计算出压差值——实际检测值，PID控制器根据压差设定值与实际检测值进行PID计算并输出信号到控制模块，控制模块向变频器发出电信号指令4-20mA，从而变频器控制循环泵电动机的频率；

当实际检测值二次压差与预设值差值增大时，变频器输出频率上升，循环泵工作在高频率状态，二次网回水压力上升；

当实际检测值二次网压差与预设值差值减小时，变频器输出频率下降，循环泵工作在低频率状态，二次网回水压力下降；周而复始，完成对循环泵的PID跟踪自动控制，使循环泵工作在一个比较稳定的频率状态，实现换热器二次侧热水管网供回水压差的恒定控制；

通过利用PID跟踪控制技术，结合电动调节阀和变频器来控制水的温度和压力，还采用控制模块对采集的信息进行处理、分析、逻辑判断并在循环泵故障或工作周期超长等情况时发出1#循环泵、2#循环泵互相切换的控制指令，进行控制，控制逻辑如下：

① 循环泵的变频、工频工作状态切换：

循环泵优先工作在变频工作状态，当控制模块接收到变频器的故障信号时，发出指令控制循环泵切换到工频工作状态，控制变频器停止工作并发出报警指示；

②1#循环泵与2#循环泵的备用切换控制：

无论循环泵工作在变频还是工频状态，当1#循环泵工作中出现故障时，控制模块根据接收到的信息处理、判断发出指令控制2#循环泵工作，并使1#循环泵停止工作、进行报警指示，反之亦然；

在换热站运行期间，为确保循环泵设备保养工作进行，使设备处于良好状态，控制模块对1#泵的工作时间计时，等达到设定的工作时间后发出切换指令控制2#泵工作、1#泵停止工作进入保养状态；这种控制方式提高了人性化、智能化程度，有利于设备保养，延长泵的使用寿命；

⑶泄压阀的控制，

手动控制，控制柜面板上的操作按钮置于手动位开始泄压，在操作人员或值班人员发现二次侧管网压力过高，即超过安全值时采用手动泄压；自动控制，置于自动位，二次侧回水压力高于触摸显示屏设定的超压保护泄水压力，打开泄压阀，低于保护压力，关闭泄压阀；通过对泄压阀的控制，维持二次网水压稳定在安全范围内。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

通过手动和自动两种方式有力的保护总管路和用户管路，

本发明一种换热站循环系统的自动控制装置及方法，是通过压力信号控制变频器输出，从而控制循环泵的转速，来实现对换热站循环系统的二次网供水压力的控制，以维持压差设定值；本发明组成的换热站自动控制系统能够保证热网的热力平衡，能够免于高压对管路冲击造成破坏，保证供热系统安全可靠地运行，维持二次网水压稳定在安全范围内。本装置在流量范围内利用变频器的连续调节和水泵的调节相结合，确保恒压供水，利用变频调速方式实现恒压、恒温供水，水压波动小，响应快，节能效果明显； 实现了补水水箱故障、自来水停水、系统停电、循环泵异常、一次网停水的故障保护。

附图说明

图1 为换热站系统示意图；

图2 为换热站自动控制系统示意图；

图3为循环系统的控制系统示意图；

图4为循环系统保护控制逻辑图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明：

如图1、2、3、4所示，一种换热站循环系统的自动控制装置，由固定在换热机组上的二次侧供水压力传感器、二次侧回水压力传感器、分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块、循环水泵、变频器、泄压阀组成，所述触摸屏通过分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块与变频器相连，变频器的输出端分别与1#循环水泵、2#循环水泵相连；分析处理模块的压力采集端分别通过信号线与二次侧供水压力传感器、二次侧回水压力传感器相连，分析处理模块的控制端通过控制模块与泄压阀相连；所述触摸屏的人机交互界面上设置有二次侧供回水压差设定触摸键、超压保护泄压设定触摸键、循环泵PID比例增益设定触摸键、循环泵PID微分时间设定触摸键。

所述调节阀PID模块由调节阀的PID参数比例增益模块、积分时间模块、微分时间模块组成。

自动控制方式运用PID跟踪控制功能自动对一次侧高温水管网出口电动调节阀进行控制，实现换热器二次侧热水出口温度的自动控制，满足用户室温要求；

PID算法：PID跟踪控制功能为比例、积分、微分控制；在连续控制系统中，模拟PID的控制规律形式为（3-1）

式（3-1）中，是偏差输入函数；是调节器输出函数；是比例系数；是积分时间常数；是微分时间常数；式（3-1）为模拟量表达式，经离散后的差分方程为

（3-2）

式中，T是采样周期；k是采样序号，k=0，1,2…i；u<k>是采样时刻k时的输出值；e（k）是采样时刻k时的偏差值；e（k-1）是采样时刻k-1时的偏差值。将式（3-2）简化为递推关系式形式：

（3-3）

式（3-3）中，S_p是调节器设定值；是采样时刻k时的反馈值；是采样时刻k-1时的反馈值；是采样时刻k-2时的反馈值；式（3-3）用作编程算法使用；

根据换热站系统对温度的调节控制要求，对PID参数进行设置，首先设置比例系数K_p和积分T_i、微分时间T_D，触摸显示屏中开放窗口，操作人员能够通过触摸修改，预先定义“供水温度1设定、供水温度2设定、供水温度3设定、供水温度4设定，即根据不同环境和季节下的室外温度设定了4个期望值，触摸显示屏中开放窗口，操作人员可触摸修改为期望设定值S_p，通过设定值S_p和实际测量值f（k）的二次网供水温度k比较，来计算控制偏差e（k），将控制偏差转换为受控变量u< k >输出到调节阀控制阀门开度，进而来改变实际测量值f（k）的二次网供水温度k，以便能快速平稳地将实际测量值fk调整到设定值，保证二次侧有一个恒定的供水温度；

所述分析处理模块包括：有效性判断处理模块、滤波处理处理模块、量值变换处理模块、PID计算处理模块，所述有效性判断处理模块通过滤波处理处理模块、量值变换处理模块与PID计算处理模块相连；PID计算处理模块数据端分别与存储模块、触摸显示屏相连。

一种换热站循环系统的自动控制方法，是通过压力信号控制变频器输出，从而控制循环泵的转速，来实现对二次网供水压力的控制，以维持压差设定值；当一台循环泵无法通过变频加压达到所要求的压力时，控制器使另一台备用泵投入使用进行加压，实现智能化的恒压控制；包括：手动和自动控制；

当二次侧的回水压力超过设定值：触摸显示屏中开放窗口，操作人员触摸修改的数值时，自动打开泄压阀；或根据需要手动打开泄压阀，避免二次侧压力过大，达到对管路的有效保护；

⑴循环泵的变频控制

循环泵的变频控制采用PID调节控制，是运用PID跟踪控制功能自动对循环泵电动机的频率进行控制，实现换热器二次侧热水管网供回水压差的恒定控制，满足用户室温要求并达到了节能、降耗、绿色环保的效果；

PID算法同（式3-3），对PID参数进行设置，首先设置比例系数K_p和积分T_i、微分时间T_D，即触摸显示屏中开放窗口修改值，预先定义的二次网供回水压差设定，即触摸显示屏中开放窗口修改值，为期望设定值Sp，安装在二次管网供水侧的压力传感器和回水侧的压力传感器将水压信号变成电信号4-20mA，送给处理模块计算出压差值——实际检测值，PID控制器根据压差设定值与实际检测值进行PID计算并输出信号到控制模块，控制模块向变频器发出电信号指令4-20mA，从而变频器控制循环泵电动机的频率；

当实际检测值二次压差与预设值差值增大时，变频器输出频率上升，循环泵工作在高频率状态，二次网回水压力上升；

当实际检测值二次网压差与预设值差值减小时，变频器输出频率下降，循环泵工作在低频率状态，二次网回水压力下降；周而复始，完成对循环泵的PID跟踪自动控制，使循环泵工作在一个比较稳定的频率状态，实现换热器二次侧热水管网供回水压差的恒定控制；

通过利用PID跟踪控制技术，结合电动调节阀和变频器来控制水的温度和压力，还采用控制模块对采集的信息进行处理、分析、逻辑判断并在循环泵故障或工作周期超长等情况时发出1#循环泵、2#循环泵互相切换的控制指令，进行控制，控制逻辑如下：

① 循环泵的变频、工频工作状态切换：

循环泵优先工作在变频工作状态，当控制模块接收到变频器的故障信号时，发出指令控制循环泵切换到工频工作状态，控制变频器停止工作并发出报警指示；

②1#循环泵与2#循环泵的备用切换控制：

无论循环泵工作在变频还是工频状态，当1#循环泵工作中出现故障时，控制模块根据接收到的信息处理、判断发出指令控制2#循环泵工作，并使1#循环泵停止工作、进行报警指示，反之亦然；

在换热站运行期间，为确保循环泵设备保养工作进行，使设备处于良好状态，控制模块对1#泵的工作时间计时，等达到设定的工作时间后发出切换指令控制2#泵工作、1#泵停止工作进入保养状态；这种控制方式提高了人性化、智能化程度，有利于设备保养，延长泵的使用寿命；

⑶泄压阀的控制，

手动控制，控制柜面板上的操作按钮置于手动位开始泄压，在操作人员或值班人员发现二次侧管网压力过高，即超过安全值时采用手动泄压；自动控制，置于自动位，二次侧回水压力高于触摸显示屏设定的超压保护泄水压力，打开泄压阀，低于保护压力，关闭泄压阀；通过对泄压阀的控制，维持二次网水压稳定在安全范围内。