本發(fā)明屬于換熱站控制系統(tǒng)技術領域，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：

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定和調節(jié)室溫等；缺乏控制手段，只有簡單的調節(jié)手段，沒有恒溫裝置，供熱不足和過度時，沒有有效的調節(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。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，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)明任務采用如下技術方案：

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供水壓力傳感器、二次側回水壓力傳感器、分析處理模塊、調節(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供水壓力傳感器、二次側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置有二次側供回水壓差設定觸摸鍵、超壓保護泄壓設定觸摸鍵、循環(huán)泵PID比例增益設定觸摸鍵、循環(huán)泵PID微分時間設定觸摸鍵。

一種換熱站循環(huán)系統(tǒng)的自動控制裝置，所述調節(jié)閥PID模塊由調節(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)泵的轉速，來實現(xiàn)對二次網(wǎng)供水壓力的控制，以維持壓差設定值；當一臺循環(huán)泵無法通過變頻加壓達到所要求的壓力時，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；

當二次側的回水壓力超過設定值：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，避免二次側壓力過大，達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)進行設置，首先設置比例系數(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，預先定義的二次網(wǎng)供回水壓差設定，即觸摸顯示屏中開放窗口修改值，為期望設定值Sp，安裝在二次管網(wǎng)供水側的壓力傳感器和回水側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；

當實際檢測值二次壓差與預設值差值增大時，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；

當實際檢測值二次網(wǎng)壓差與預設值差值減小時，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，結合電動調節(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)泵設備保養(yǎng)工作進行，使設備處于良好狀態(tài)，控制模塊對1#泵的工作時間計時，等達到設定的工作時間后發(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，二次側回水壓力高于觸摸顯示屏設定的超壓保護泄水壓力，打開泄壓閥，低于保護壓力，關閉泄壓閥；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。

由于采用如上所述的技術方案，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。本裝置在流量范圍內利用變頻器的連續(xù)調節(jié)和水泵的調節(jié)相結合，確保恒壓供水，利用變頻調速方式實現(xiàn)恒壓、恒溫供水，水壓波動小，響應快，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供水壓力傳感器、二次側回水壓力傳感器、分析處理模塊、調節(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供水壓力傳感器、二次側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置有二次側供回水壓差設定觸摸鍵、超壓保護泄壓設定觸摸鍵、循環(huán)泵PID比例增益設定觸摸鍵、循環(huán)泵PID微分時間設定觸摸鍵。

所述調節(jié)閥PID模塊由調節(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高溫水管網(wǎng)出口電動調節(jié)閥進行控制，實現(xiàn)換熱器二次側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）簡化為遞推關系式形式：

（3-3）

式（3-3）中，S_p是調節(jié)器設定值；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)對溫度的調節(jié)控制要求，對PID參數(shù)進行設置，首先設置比例系數(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，預先定義“供水溫度1設定、供水溫度2設定、供水溫度3設定、供水溫度4設定，即根據(jù)不同環(huán)境和季節(jié)下的室外溫度設定了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定值S_p，通過設定值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），將控制偏差轉換為受控變量u< k >輸出到調節(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調整到設定值，保證二次側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)泵的轉速，來實現(xiàn)對二次網(wǎng)供水壓力的控制，以維持壓差設定值；當一臺循環(huán)泵無法通過變頻加壓達到所要求的壓力時，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；

當二次側的回水壓力超過設定值：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，避免二次側壓力過大，達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)進行設置，首先設置比例系數(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，預先定義的二次網(wǎng)供回水壓差設定，即觸摸顯示屏中開放窗口修改值，為期望設定值Sp，安裝在二次管網(wǎng)供水側的壓力傳感器和回水側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；

當實際檢測值二次壓差與預設值差值增大時，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；

當實際檢測值二次網(wǎng)壓差與預設值差值減小時，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，結合電動調節(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)泵設備保養(yǎng)工作進行，使設備處于良好狀態(tài)，控制模塊對1#泵的工作時間計時，等達到設定的工作時間后發(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，二次側回水壓力高于觸摸顯示屏設定的超壓保護泄水壓力，打開泄壓閥，低于保護壓力，關閉泄壓閥；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。