本發(fā)明屬于換熱站控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種換熱站自動控制的循環(huán)系統(tǒng)及循環(huán)控制方法。

背景技術(shù)：

集中供熱是國家大力推廣的節(jié)能和環(huán)保措施，隨著城市集中供熱規(guī)模的不斷擴大，科學(xué)的管理熱力管網(wǎng)具有非常重大的經(jīng)濟和社會效益。換熱站和熱水管網(wǎng)是連接熱源和熱用戶的重要環(huán)節(jié)，在整個供暖系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。

目前的我國采暖系統(tǒng)比較落后，具體體現(xiàn)在供暖質(zhì)量差，即室溫冷熱不均，系統(tǒng)效率低下，而且用戶不能自行設(shè)定和調(diào)節(jié)室溫等；缺乏控制手段，只有簡單的調(diào)節(jié)手段，沒有恒溫裝置，供熱不足和過度時，沒有有效的調(diào)節(jié)手段；缺乏計量手段，沒有計量收費造成用戶不主動節(jié)能，也造成管理人員缺少數(shù)據(jù)來運行管理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提出一種換熱站自動控制的循環(huán)系統(tǒng)及循環(huán)控制方法。

本發(fā)明為完成其發(fā)明任務(wù)采用如下技術(shù)方案：

一種換熱站循環(huán)系統(tǒng)的自動控制裝置，由固定在換熱機組上的二次側(cè)供水壓力傳感器、二次側(cè)回水壓力傳感器、分析處理模塊、調(diào)節(jié)閥PID模塊、控制模塊、循環(huán)水泵、變頻器、泄壓閥組成，所述觸摸屏通過分析處理模塊、調(diào)節(jié)閥PID模塊、控制模塊與變頻器相連，變頻器的輸出端分別與1#循環(huán)水泵、2#循環(huán)水泵相連；分析處理模塊的壓力采集端分別通過信號線與二次側(cè)供水壓力傳感器、二次側(cè)回水壓力傳感器相連，分析處理模塊的控制端通過控制模塊與泄壓閥相連；所述觸摸屏的人機交互界面上設(shè)置有二次側(cè)供回水壓差設(shè)定觸摸鍵、超壓保護泄壓設(shè)定觸摸鍵、循環(huán)泵PID比例增益設(shè)定觸摸鍵、循環(huán)泵PID微分時間設(shè)定觸摸鍵。

一種換熱站循環(huán)系統(tǒng)的自動控制裝置，所述調(diào)節(jié)閥PID模塊由調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)比例增益模塊、積分時間模塊、微分時間模塊組成。

一種換熱站循環(huán)系統(tǒng)的自動控制裝置，所述分析處理模塊包括：有效性判斷處理模塊、濾波處理處理模塊、量值變換處理模塊、PID計算處理模塊，所述有效性判斷處理模塊通過濾波處理處理模塊、量值變換處理模塊與PID計算處理模塊相連；PID計算處理模塊數(shù)據(jù)端分別與存儲模塊、觸摸顯示屏相連。

一種換熱站循環(huán)系統(tǒng)的自動控制方法，是通過壓力信號控制變頻器輸出，從而控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，來實現(xiàn)對二次網(wǎng)供水壓力的控制，以維持壓差設(shè)定值；當(dāng)一臺循環(huán)泵無法通過變頻加壓達(dá)到所要求的壓力時，控制器使另一臺備用泵投入使用進行加壓，實現(xiàn)智能化的恒壓控制；包括：手動和自動控制；

當(dāng)二次側(cè)的回水壓力超過設(shè)定值：觸摸顯示屏中開放窗口，操作人員觸摸修改的數(shù)值時，自動打開泄壓閥；或根據(jù)需要手動打開泄壓閥，避免二次側(cè)壓力過大，達(dá)到對管路的有效保護；

⑴循環(huán)泵的變頻控制

循環(huán)泵的變頻控制采用PID調(diào)節(jié)控制，是運用PID跟蹤控制功能自動對循環(huán)泵電動機的頻率進行控制，實現(xiàn)換熱器二次側(cè)熱水管網(wǎng)供回水壓差的恒定控制，滿足用戶室溫要求并達(dá)到了節(jié)能、降耗、綠色環(huán)保的效果；

利用PID算法對PID參數(shù)進行設(shè)置，首先設(shè)置比例系數(shù)K_p和積分T_i、微分時間T_D，即觸摸顯示屏中開放窗口修改值，預(yù)先定義的二次網(wǎng)供回水壓差設(shè)定，即觸摸顯示屏中開放窗口修改值，為期望設(shè)定值Sp，安裝在二次管網(wǎng)供水側(cè)的壓力傳感器和回水側(cè)的壓力傳感器將水壓信號變成電信號4-20mA，送給處理模塊計算出壓差值——實際檢測值，PID控制器根據(jù)壓差設(shè)定值與實際檢測值進行PID計算并輸出信號到控制模塊，控制模塊向變頻器發(fā)出電信號指令4-20mA，從而變頻器控制循環(huán)泵電動機的頻率；

當(dāng)實際檢測值二次壓差與預(yù)設(shè)值差值增大時，變頻器輸出頻率上升，循環(huán)泵工作在高頻率狀態(tài)，二次網(wǎng)回水壓力上升；

當(dāng)實際檢測值二次網(wǎng)壓差與預(yù)設(shè)值差值減小時，變頻器輸出頻率下降，循環(huán)泵工作在低頻率狀態(tài)，二次網(wǎng)回水壓力下降；周而復(fù)始，完成對循環(huán)泵的PID跟蹤自動控制，使循環(huán)泵工作在一個比較穩(wěn)定的頻率狀態(tài)，實現(xiàn)換熱器二次側(cè)熱水管網(wǎng)供回水壓差的恒定控制；

通過利用PID跟蹤控制技術(shù)，結(jié)合電動調(diào)節(jié)閥和變頻器來控制水的溫度和壓力，還采用控制模塊對采集的信息進行處理、分析、邏輯判斷并在循環(huán)泵故障或工作周期超長等情況時發(fā)出1#循環(huán)泵、2#循環(huán)泵互相切換的控制指令，進行控制，控制邏輯如下：

① 循環(huán)泵的變頻、工頻工作狀態(tài)切換：

循環(huán)泵優(yōu)先工作在變頻工作狀態(tài)，當(dāng)控制模塊接收到變頻器的故障信號時，發(fā)出指令控制循環(huán)泵切換到工頻工作狀態(tài)，控制變頻器停止工作并發(fā)出報警指示；

②1#循環(huán)泵與2#循環(huán)泵的備用切換控制：

無論循環(huán)泵工作在變頻還是工頻狀態(tài)，當(dāng)1#循環(huán)泵工作中出現(xiàn)故障時，控制模塊根據(jù)接收到的信息處理、判斷發(fā)出指令控制2#循環(huán)泵工作，并使1#循環(huán)泵停止工作、進行報警指示，反之亦然；

在換熱站運行期間，為確保循環(huán)泵設(shè)備保養(yǎng)工作進行，使設(shè)備處于良好狀態(tài)，控制模塊對1#泵的工作時間計時，等達(dá)到設(shè)定的工作時間后發(fā)出切換指令控制2#泵工作、1#泵停止工作進入保養(yǎng)狀態(tài)；這種控制方式提高了人性化、智能化程度，有利于設(shè)備保養(yǎng)，延長泵的使用壽命；

⑶泄壓閥的控制，

手動控制，控制柜面板上的操作按鈕置于手動位開始泄壓，在操作人員或值班人員發(fā)現(xiàn)二次側(cè)管網(wǎng)壓力過高，即超過安全值時采用手動泄壓；自動控制，置于自動位，二次側(cè)回水壓力高于觸摸顯示屏設(shè)定的超壓保護泄水壓力，打開泄壓閥，低于保護壓力，關(guān)閉泄壓閥；通過對泄壓閥的控制，維持二次網(wǎng)水壓穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)。

由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：

通過手動和自動兩種方式有力的保護總管路和用戶管路，

本發(fā)明一種換熱站循環(huán)系統(tǒng)的自動控制裝置及方法，是通過壓力信號控制變頻器輸出，從而控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，來實現(xiàn)對換熱站循環(huán)系統(tǒng)的二次網(wǎng)供水壓力的控制，以維持壓差設(shè)定值；本發(fā)明組成的換熱站自動控制系統(tǒng)能夠保證熱網(wǎng)的熱力平衡，能夠免于高壓對管路沖擊造成破壞，保證供熱系統(tǒng)安全可靠地運行，維持二次網(wǎng)水壓穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)。本裝置在流量范圍內(nèi)利用變頻器的連續(xù)調(diào)節(jié)和水泵的調(diào)節(jié)相結(jié)合，確保恒壓供水，利用變頻調(diào)速方式實現(xiàn)恒壓、恒溫供水，水壓波動小，響應(yīng)快，節(jié)能效果明顯； 實現(xiàn)了補水水箱故障、自來水停水、系統(tǒng)停電、循環(huán)泵異常、一次網(wǎng)停水的故障保護。

附圖說明

圖1 為換熱站系統(tǒng)示意圖；

圖2 為換熱站自動控制系統(tǒng)示意圖；

圖3為循環(huán)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)示意圖；

圖4為循環(huán)系統(tǒng)保護控制邏輯圖。

具體實施方式

結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明加以說明：

如圖1、2、3、4所示，一種換熱站循環(huán)系統(tǒng)的自動控制裝置，由固定在換熱機組上的二次側(cè)供水壓力傳感器、二次側(cè)回水壓力傳感器、分析處理模塊、調(diào)節(jié)閥PID模塊、控制模塊、循環(huán)水泵、變頻器、泄壓閥組成，所述觸摸屏通過分析處理模塊、調(diào)節(jié)閥PID模塊、控制模塊與變頻器相連，變頻器的輸出端分別與1#循環(huán)水泵、2#循環(huán)水泵相連；分析處理模塊的壓力采集端分別通過信號線與二次側(cè)供水壓力傳感器、二次側(cè)回水壓力傳感器相連，分析處理模塊的控制端通過控制模塊與泄壓閥相連；所述觸摸屏的人機交互界面上設(shè)置有二次側(cè)供回水壓差設(shè)定觸摸鍵、超壓保護泄壓設(shè)定觸摸鍵、循環(huán)泵PID比例增益設(shè)定觸摸鍵、循環(huán)泵PID微分時間設(shè)定觸摸鍵。

所述調(diào)節(jié)閥PID模塊由調(diào)節(jié)閥的PID參數(shù)比例增益模塊、積分時間模塊、微分時間模塊組成。

自動控制方式運用PID跟蹤控制功能自動對一次側(cè)高溫水管網(wǎng)出口電動調(diào)節(jié)閥進行控制，實現(xiàn)換熱器二次側(cè)熱水出口溫度的自動控制，滿足用戶室溫要求；

PID算法：PID跟蹤控制功能為比例、積分、微分控制；在連續(xù)控制系統(tǒng)中，模擬PID的控制規(guī)律形式為（3-1）

式（3-1）中，是偏差輸入函數(shù)；是調(diào)節(jié)器輸出函數(shù)；是比例系數(shù)；是積分時間常數(shù)；是微分時間常數(shù)；式（3-1）為模擬量表達(dá)式，經(jīng)離散后的差分方程為

（3-2）

式中，T是采樣周期；k是采樣序號，k=0，1,2…i；u<k>是采樣時刻k時的輸出值；e（k）是采樣時刻k時的偏差值；e（k-1）是采樣時刻k-1時的偏差值。將式（3-2）簡化為遞推關(guān)系式形式：

（3-3）

式（3-3）中，S_p是調(diào)節(jié)器設(shè)定值；是采樣時刻k時的反饋值；是采樣時刻k-1時的反饋值；是采樣時刻k-2時的反饋值；式（3-3）用作編程算法使用；

根據(jù)換熱站系統(tǒng)對溫度的調(diào)節(jié)控制要求，對PID參數(shù)進行設(shè)置，首先設(shè)置比例系數(shù)K_p和積分T_i、微分時間T_D，觸摸顯示屏中開放窗口，操作人員能夠通過觸摸修改，預(yù)先定義“供水溫度1設(shè)定、供水溫度2設(shè)定、供水溫度3設(shè)定、供水溫度4設(shè)定，即根據(jù)不同環(huán)境和季節(jié)下的室外溫度設(shè)定了4個期望值，觸摸顯示屏中開放窗口，操作人員可觸摸修改為期望設(shè)定值S_p，通過設(shè)定值S_p和實際測量值f（k）的二次網(wǎng)供水溫度k比較，來計算控制偏差e（k），將控制偏差轉(zhuǎn)換為受控變量u< k >輸出到調(diào)節(jié)閥控制閥門開度，進而來改變實際測量值f（k）的二次網(wǎng)供水溫度k，以便能快速平穩(wěn)地將實際測量值fk調(diào)整到設(shè)定值，保證二次側(cè)有一個恒定的供水溫度；

所述分析處理模塊包括：有效性判斷處理模塊、濾波處理處理模塊、量值變換處理模塊、PID計算處理模塊，所述有效性判斷處理模塊通過濾波處理處理模塊、量值變換處理模塊與PID計算處理模塊相連；PID計算處理模塊數(shù)據(jù)端分別與存儲模塊、觸摸顯示屏相連。

一種換熱站循環(huán)系統(tǒng)的自動控制方法，是通過壓力信號控制變頻器輸出，從而控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，來實現(xiàn)對二次網(wǎng)供水壓力的控制，以維持壓差設(shè)定值；當(dāng)一臺循環(huán)泵無法通過變頻加壓達(dá)到所要求的壓力時，控制器使另一臺備用泵投入使用進行加壓，實現(xiàn)智能化的恒壓控制；包括：手動和自動控制；

當(dāng)二次側(cè)的回水壓力超過設(shè)定值：觸摸顯示屏中開放窗口，操作人員觸摸修改的數(shù)值時，自動打開泄壓閥；或根據(jù)需要手動打開泄壓閥，避免二次側(cè)壓力過大，達(dá)到對管路的有效保護；

⑴循環(huán)泵的變頻控制

循環(huán)泵的變頻控制采用PID調(diào)節(jié)控制，是運用PID跟蹤控制功能自動對循環(huán)泵電動機的頻率進行控制，實現(xiàn)換熱器二次側(cè)熱水管網(wǎng)供回水壓差的恒定控制，滿足用戶室溫要求并達(dá)到了節(jié)能、降耗、綠色環(huán)保的效果；

PID算法同（式3-3），對PID參數(shù)進行設(shè)置，首先設(shè)置比例系數(shù)K_p和積分T_i、微分時間T_D，即觸摸顯示屏中開放窗口修改值，預(yù)先定義的二次網(wǎng)供回水壓差設(shè)定，即觸摸顯示屏中開放窗口修改值，為期望設(shè)定值Sp，安裝在二次管網(wǎng)供水側(cè)的壓力傳感器和回水側(cè)的壓力傳感器將水壓信號變成電信號4-20mA，送給處理模塊計算出壓差值——實際檢測值，PID控制器根據(jù)壓差設(shè)定值與實際檢測值進行PID計算并輸出信號到控制模塊，控制模塊向變頻器發(fā)出電信號指令4-20mA，從而變頻器控制循環(huán)泵電動機的頻率；

當(dāng)實際檢測值二次壓差與預(yù)設(shè)值差值增大時，變頻器輸出頻率上升，循環(huán)泵工作在高頻率狀態(tài)，二次網(wǎng)回水壓力上升；

當(dāng)實際檢測值二次網(wǎng)壓差與預(yù)設(shè)值差值減小時，變頻器輸出頻率下降，循環(huán)泵工作在低頻率狀態(tài)，二次網(wǎng)回水壓力下降；周而復(fù)始，完成對循環(huán)泵的PID跟蹤自動控制，使循環(huán)泵工作在一個比較穩(wěn)定的頻率狀態(tài)，實現(xiàn)換熱器二次側(cè)熱水管網(wǎng)供回水壓差的恒定控制；

通過利用PID跟蹤控制技術(shù)，結(jié)合電動調(diào)節(jié)閥和變頻器來控制水的溫度和壓力，還采用控制模塊對采集的信息進行處理、分析、邏輯判斷并在循環(huán)泵故障或工作周期超長等情況時發(fā)出1#循環(huán)泵、2#循環(huán)泵互相切換的控制指令，進行控制，控制邏輯如下：

① 循環(huán)泵的變頻、工頻工作狀態(tài)切換：

循環(huán)泵優(yōu)先工作在變頻工作狀態(tài)，當(dāng)控制模塊接收到變頻器的故障信號時，發(fā)出指令控制循環(huán)泵切換到工頻工作狀態(tài)，控制變頻器停止工作并發(fā)出報警指示；

②1#循環(huán)泵與2#循環(huán)泵的備用切換控制：

無論循環(huán)泵工作在變頻還是工頻狀態(tài)，當(dāng)1#循環(huán)泵工作中出現(xiàn)故障時，控制模塊根據(jù)接收到的信息處理、判斷發(fā)出指令控制2#循環(huán)泵工作，并使1#循環(huán)泵停止工作、進行報警指示，反之亦然；

在換熱站運行期間，為確保循環(huán)泵設(shè)備保養(yǎng)工作進行，使設(shè)備處于良好狀態(tài)，控制模塊對1#泵的工作時間計時，等達(dá)到設(shè)定的工作時間后發(fā)出切換指令控制2#泵工作、1#泵停止工作進入保養(yǎng)狀態(tài)；這種控制方式提高了人性化、智能化程度，有利于設(shè)備保養(yǎng)，延長泵的使用壽命；

⑶泄壓閥的控制，

手動控制，控制柜面板上的操作按鈕置于手動位開始泄壓，在操作人員或值班人員發(fā)現(xiàn)二次側(cè)管網(wǎng)壓力過高，即超過安全值時采用手動泄壓；自動控制，置于自動位，二次側(cè)回水壓力高于觸摸顯示屏設(shè)定的超壓保護泄水壓力，打開泄壓閥，低于保護壓力，關(guān)閉泄壓閥；通過對泄壓閥的控制，維持二次網(wǎng)水壓穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)。