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摘要：从现状来看，随着城市化建设进程的加快，城市供暖压力显著提升。前期采取的分散供热方式存在能源消耗量大、供热效果不佳的弊端。因此，集中供热成为城市供热的主要方式。在城市规模不断扩大的背景下，集中供热存在用户数量增多、管线铺设复杂及供热区域相对分散的特性，这给集中供热的控制工作带来了诸多困难，要想满足不同时期的供热需求，必须提高集中供热质量，积极引入自动化技术，加强对集中供热系统的自动化控制。本文主要围绕集中供热自动化控制系统的实现方法进行研究，确保在控制能源消耗的同时，提高城市供热质量。
关键词：供热管网；集中供热；自动化控制
Research on automatic control of central heating in heating pipe network
Shi Shangdian
(Taiyuan Heating Group Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi,030001)
Abstract:From the current situation,with the acceleration of urbanization construction,the pressure of urban heating has increased significantly.The decentralized heating method adopted in the early stage has the disadvantages of large energy consumption and poor heating effect.Therefore,central heating has become the main way of urban heating.Under the background of the continuous expansion of the city scale,the central heating has the characteristics of increasing number of users,complicated pipeline laying and relatively scattered heating areas,which brings many difficulties to the control of central heating.To meet the heat demand,it is necessary to improve the quality of central heating,actively introduce automation technology,and strengthen the automatic control of the central heating system.This paper mainly focuses on the realization method of the central heating automatic control system to ensure that the urban heating quality can be improved while controlling the energy consumption.
Key words:heating pipe network;central heating;automatic control
一、引言
虽然我国的集中供热技术已经经历了数十年的发展，但是，在城市建设规模扩大和人们供热需求发生变化的形势下，集中供热技术仍面临严峻的挑战[1]。尤其是随着供热面积的增大，原本的供热管网控制和管理工作已不再适用，存在人工检测、控制及维护工作效率低的问题，埋下了许多潜在风险。对于这些问题，需在集中供热系统中应用自动化控制技术，通过提高集中供热系统的自动化控制水平来满足当前的城市供热需求。
二、集中供热系统组成与供热原理
随着城市建设规模的扩大，集中供热系统呈现出复杂性特征。在实际运行中，经常出现延时现象，这使供热质量受到了一定影响。因此，当前集中供热工作的要点是保证按需供热，并平衡管网水力和热力，以确保集中供热系统的稳定运行。集中供热原理如图1所示。从图1可知，系统中的热力站需要建立有效联系，但因为一次热网系统和二次热网系统是相对独立的关系，所以需避免两个热网系统的供热介质混合情况。其间，为促进两系统之间热量的传递，需借助换热板作为媒介。该设置原理是保证热电厂中介处于稳定且密封状态，以免在热交换过程中出现热媒泄露问题及能量损耗问题。在整个供热系统中，换热站发挥着突出作用，只有通过有效的通讯手段实现各类信息的实时共享，才能提升集中供热系统的远程控制水平[2]。
图 1 集中供热原理图
三、供热管网集中供热自动化控制要点
(一)换热站控制
在换热站控制过程中，需要依托压力变送器、温度变送器、自动调节阀、补水泵、循环泵及流量计等设备实现自动化控制目标。同时，为科学控制一次管网和二次管网，可通过一次回水的调节及二次管网流量的控制来实现两个管网的自动化控制。在换热站控制中，集中调度中心具有决定性作用，其在下达指令前能根据特定时期的供热需求来确定控制指令，并参考平衡算法维持水压与管网压力，使其始终处于稳定运行的状态。另外，为强化换热站的热交换作用，需在其中布置PLC系统，通过该系统对换热站中的运行状况进行监测，将运行状况实时反馈给调度中心，由调度中心确定是否需要启动循环泵及调节补水泵转速[3]。
(二)首站控制
首站指的是供热系统中各个供热源出口位置的换热站，其作用是实现对高温热水及水蒸汽等热源的有效传递。已经完成热量传递的热水会再次回到供热源系统中，重新进行一轮循环。就首站控制来说，需主要考虑的问题是如何保障供热管网控制的有效性，以及如何调整管网流量。
(三)冷热水控制
冷热水控制的主要目的是同时满足用户的采暖需求及制冷需求，因此需根据季节温度条件对供热温度进行有效调节。北方地区对冷热水控制的需求较大，具体体现在其冬季采暖需求较大，夏季制冷需求较大。由于北方地区四季温差较大，冬季低温气候持续时间相对较长，因此在控制冷热水系统时，需要对外部环境温度进行合理监测，以此实现合理控制温度的目的。
(四)泵站控制
泵站控制可以细分为加压泵站控制和混水泵站控制这两个部分。其中，加压泵站的控制目标是对供热管线的水压状况进行有效调节。混水泵站控制的主要目的是维持供热管网热力运行的稳定性，即当其出现异常运行状况时，需借助混水泵站来提供管网运行动力。加压泵站在超长管线中的作用较为明显，如果一些输热管线较长，则会由于压力不足而影响供热质量。在供热管网的特定位置加设加压泵站，可通过加压泵站的作用维持供热管道的供水压力，使热媒能够及时输送给热用户，提高供热质量。
四、供热管网集中供热自动化控制系统的实现
(一)监控系统网络架构设计
在集中供热管网控制系统中，只有构建起完善的热网监控系统，才能实现准确控制的目标。为建立热网监控系统，需明确网络架构，同时根据集中供热管网的控制需求将网络层细分为四层，包括应用层、平台层、网络层和感知层。
应用层指的是汇总监控信息的监控中心，其中设置了人机交互界面，相关管理人员可以访问监控中心系统，以了解热网运行状态。在5G网络技术的作用下，可实现对各类数据的高效上传，保障信息获取的及时性，并根据热网运行状态下达可靠的调度指令，维持热网的稳定运行。
平台层的主要作用是接收感知层中各类监控设备上传的数据，然后将其储存于数据库中，为今后的管理工作和分析工作提供可靠依据。在接收数据的同时，可传达调度控制发出的指令，这是保障热源分配合理和维持热网水压、水量平衡的关键。
网络层涉及光纤技术、4G技术和5G技术等，可以通过网络层在感知层、平台层和应用层之间建立有效联系，达到信息上传下达的效果。其中，平台层和应用层可借助网络层获取数据，而感知层则需借助网络层实现数据高效上传的目标。同时，网络层能为各热网控制站点的即时通讯提供服务。
感知层由各类仪表设备和PLC控制器组成，主要作用是针对集中供热管网运行过程中的温度、水压、管网流量、供热温度及电动阀开度等进行信息的全面采集，并对外部气温条件进行分析，掌握热用户的供热需求，并及时上传获取的信息。
(二)远程终端控制的系统组成
在远程终端控制中，可将PLC控制器作为核心控制元件，通过现场数据的及时获取，了解热力站的供热状况，有针对性地控制一次管网和二次管网的调节阀，保证其运行参数在要求范围内。同时，相关巡检人员及管理人员应借助人机界面对本站的运行参数进行深入了解，切实保障巡检工作的科学性及供热管理的实效性。一般情况下，热力站的远程终端系统处于相对独立的控制状态，在联网的情况下，则受中心调度控制系统的集中调度控制。远程终端控制的实现需做好两方面工作，一方面是明确数据采集要求，另一方面是确定好具体控制措施。
1.数据采集
基于换热站的自动化控制需求，要想了解换热站及热网的运行状态，必须做好以下数据的采集工作。第一，对室外温度信息进行采集。在明确室外温度的前提下了解用户的实际供热需求。第二，对一次管网供回水温度与压力参数进行采集，以及对一次管网循环流量参数进行采集，了解一次管网的供热水循环状态。第三，对二次管网循环流量、补水泵流量及温度等数据进行采集，了解二次管网的循环水状态。第四，对室内温度信息进行采集，了解特定时期的供热质量，如果发现实际供热温度与用户供热需求差异较大，则需通过调节电动阀门开度等方式对供热温度进行调整，并通过远程控制提升供热质量。第五，对循环水泵及补水泵的启停状态进行监测。总之，需要充分了解集中供热管网的整体运行状态，以此提升远程控制的可靠性。
2.系统控制措施
根据集中供热系统的运行特点，可以将系统控制措施分为以下几种。
(1)手动控制方式
一般来说，在自动化控制系统失效的情况下，可采取手动输入参数的方式实现系统控制目标。其中控制操作主要包括补水泵的启停及对电动阀门开度的调节等。
(2)气候补偿控制
气候补偿控制是指在室外温度信息采集的基础上，了解用户需求与实际供暖温度之间存在的差异，并通过预设的补偿条件对电动阀门开度进行调节的技术。为提升自动控制水平，通常要在系统内预设气候补偿曲线，并将用户需求与供暖温度之间的差值作为变量，如此，当发生变化时，便能按照预设的气候补偿曲线作出调整。气候补偿控制的实质是通过对回水温度和供水流量的控制提高供暖温度，如此，既能满足热用户的供暖需求，也能实现节能目标。
(3)时段控制
时段控制指的是根据当地的气温变化规律及昼夜温差变化等设定好时间曲线，再按照预设的时间曲线对电动阀门开度进行科学调节。在实际控制操作中，可根据区域气候的变化特点将时间曲线的周期确定为一周或一个月，以保证在设定期间内能根据预设的时间曲线进行温度调节。在白天日照较好的情况下，室内温度提升，这时可以对电动阀门开度进行调节，降低供热温度，使室内温度始终保持在舒适的温度区间内。如此，既能提高热用户的舒适度和满意度，又能实现降低能耗的目标。
(三)通信设计
在自动化控制系统中，通信系统承担着数据传输和数据共享的重要作用，要想达成数据实时传递的目标，增强自动控制动作的时效性，必须在系统内部借助5G网络搭建起高效的数据传输通道，采用最优网络拓朴结构提升信息传输的实时性。这里主要选用5G技术和光纤技术来提高通讯效率，以此为系统控制工作奠定良好基础。
五、结语
随着城市建设工作的高效开展，城市供暖工作将面临更大挑战，尤其是集中供热管网的控制工作，其面临着严峻问题。如果仍采取人工控制的措施，往往很难保障集中供热的效果，还可能埋下运行隐患。对此，借助自动化控制技术进行集中供热控制自动化系统的搭建，能实现远程控制目标，并对供热管网运行工况进行实施监测与预警，进而维护集中供热管网的运行稳定性。由此可见，集中供热系统的自动化控制已成为未来发展的必然趋势。
【参考文献】
[1]张亚琼.集中供热系统中热网的电气自动控制分析[J].信息记录材料，2021(11).
[2]兰媛媛.无人值守技术在供热系统中的应用设计[J].现代信息科技，2021(16).
[3]宋盼想.电加热固体储能供热控制系统优化研究[D].张家口：河北建筑工程学院，2020.
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