[發(fā)明專利]一種基于水工、熱工平衡的換熱站控制系統(tǒng)及方法

無效

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• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102252366A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 王盛慧;金星;陳月巖;姜長泓;金剛;齊春林;馬慶峰
• 申請（專利權）人: 長春工業(yè)大學
• 主分類號: F24D19/10
• 分類號: F24D19/10
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發(fā)明涉及城市集中供熱智能控制技術領域，尤其涉及一種基于水工、熱工平衡的換熱站控制系統(tǒng)及方法。

背景技術

城市集中供熱系統(tǒng)是由若干個供熱子系統(tǒng)組成，每一個供熱子系統(tǒng)都由熱網、換熱站、熱用戶三部分組成，共享一個熱源，為不同供熱區(qū)域提供熱量輸送、控制與分配。熱網分為一次網、二次網，位于熱源和換熱站、換熱站和熱用戶之間，構成熱量傳輸的分布網絡。換熱站是熱量交換與分配的核心管理單元，由換熱器、循環(huán)泵、控制柜、調節(jié)閥、補水泵等設備組成，擔負著調節(jié)整個供熱系統(tǒng)熱工、水工平衡的重任。熱用戶是供熱系統(tǒng)的終端，其對熱量的需求是換熱站調節(jié)二次網熱量轉換、控制水工平衡、分配熱量傳送的終極目標。因而，換熱站熱量轉換的效率、水量控制的能力直接影響到供熱系統(tǒng)的供熱效果、系統(tǒng)能量消耗和對環(huán)境污染的程度。綜上，提供一種能夠解決換熱站熱工、水工平衡問題，實現換熱站能量優(yōu)化控制的控制系統(tǒng)及控制方法勢在必行。

發(fā)明內容

為了解決現有城市集中供熱系統(tǒng)存在的低效率、低品質、高能耗、監(jiān)測手段落后、控制效果不理想等問題，本發(fā)明提供一種基于水工、熱工平衡的換熱站控制系統(tǒng)及方法，其以能耗指標為約束條件，構建換熱站智能化控制系統(tǒng)數學模型；集成多傳感器信息技術、數據融合技術、智能自適應控制技術，實現換熱站熱網優(yōu)化控制與節(jié)能運行。

本發(fā)明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種基于水工、熱工平衡的換熱站控制系統(tǒng)，包括信息監(jiān)測單元、無線傳輸單元、主控制器和水泵控制單元；所述信息監(jiān)測單元通過無線傳輸單元與主控制器連接，信息監(jiān)測單元用于監(jiān)測二次網供、回水的溫度、壓力和流量，所述無線傳輸單元采用ZigBee協(xié)議，實現主控制器和信息監(jiān)測單元之間數據、命令的雙向通信；所述主控制器根據信息監(jiān)測單元傳來的檢測數據，分析當前換熱站的工作狀態(tài)，以能耗指標為約束，采用能量優(yōu)化控制方法，發(fā)出系統(tǒng)控制指令，協(xié)調系統(tǒng)各功能單元穩(wěn)定運行；所述水泵控制單元與主控制器連接，其根據主控制器的控制指令，調節(jié)電機的運行狀態(tài)，實現換熱站系統(tǒng)熱工、水工平衡及能量優(yōu)化控制。

上述信息監(jiān)測單元包括壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、內含無線發(fā)送和接收器的微處理器以及信號處理電路；所述壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器分別用于檢測二次網供、出水的壓力、流量和溫度；所述信號處理電路分別與壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器相連，用于完成對上述各種傳感器信號的調理，以實現與微處理器的連接；所述微處理器與信號處理電路相連，用于控制與管理信息監(jiān)測單元，以無線、多跳方式與無線傳輸單元相連。

上述無線傳輸單元包括內含無線發(fā)送和接收器的微處理器、USB接口電路和電源轉換電路；所述微處理器分別與USB接口電路、電源轉換電路相連，用于控制與管理信息監(jiān)測單元，通過USB接口電路與主控制器的連接，由電源轉換電路提供工作電壓。

上述水泵控制單元包括接口電路、電機控制模塊和變頻調速模塊；所述接口電路用于提供標準485總線接口，實現水泵控制單元與主控制器的連接；所述電機控制模塊與接口電路連接，其用于水泵控制單元的控制與管理，接收來自主控制器發(fā)送的控制指令，將其轉換成標準的4-20mA電流信號，并送入變頻調速模塊；所述變頻調速模塊與電機控制模塊連接，其用于完成對系統(tǒng)補水泵、循環(huán)泵轉速的控制，實現換熱站水工、熱工平衡控制。

上述基于水工、熱工平衡的換熱站控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

步驟一、根據換熱站供熱面積及管網設計要求，以二次網供、回水的壓力為參數，采用單閉環(huán)控制原理，建立換熱站水工平衡控制系統(tǒng)模型；

步驟二、以換熱系統(tǒng)能耗指標為約束，對二次網供、回水的溫度和流量采用雙環(huán)閉環(huán)控制，建立換熱站熱工平衡控制系統(tǒng)模型；

步驟三、通過信息監(jiān)測單元獲得當前二次網供、回水的壓力值，主控制器根據步驟一的換熱站水工平衡控制系統(tǒng)模型計算補水流量，輸出與之對應的有效電信號，由485總線接口送入水泵控制單元的電機控制模塊，電機控制模塊將接收到的信號轉換成標準的4-20mA電流信號，再送入變頻調速模塊；變頻調速模塊調整補水泵的工作狀態(tài)，實現二次網恒壓水路循環(huán)；