早在2010年7月,我们就开始研究热交换站的控制,很多很有经验的用户提出了自己的看法,也基本帮我们进行了产品的定义。详细情况可以参考我们公司的论坛。
秉承腾控一贯的设计理念,腾控定义了一款完全满足热交换站需求的可编程控制器,一个控制器正好可以满足一个热交换器的要求。这个控制器就是腾控科技的T-912产品。
系统架构
系统架构如上图所示,上图展示了通过互联网架构VPN,构成监控系统的例子。通信方式可用是ADSL或者DTU,建议用ADSL。考虑整个系统的安全性,采用VPN来构建整个监控网络,这样能够大大降低网路的建设费用。
控制器采用T-912,通信方式采用ADSL或者DTU。如果采用MODEM在目前的技术发展的情况下会非常麻烦,电话MODEM和MODEM POOL都很难找到了,而且非常昂贵,带宽非常窄。
热交换站的控制
热交换站分为水-水交换和汽-水交换两种。在城市供热应用中,由于汽-水交换站的安全性问题,使用的越来越少,原来汽-水交换站很多改造成为水-水交换。而且就热交换器而言,水-水交换的输入量和控制量多于汽-水交换,水-水交换的控制器完全可以用于汽-水交换。本方案主要以水-水热交换为主。
一个热交换站一般至少有2台热交换器(一用一备的应用模式),大的交换站可能有多台热交换器,一般是2的倍数。
一个热交换器包括热交换器,高温进水管路,高温回水管路,低温出水管路,低温回水管路,高温水泵,低温水泵,控制阀门,补水阀门等。
需要采集的信号包括
一次网供水温度,回水温度,进水压力,回水压力,流量,热量。
二次网供水温度,回水温度,进水压力,回水压力,补水流量,补水箱液位,水质PH值。
室外环境温度(做控制策略用)
控制量:
一次网 电动阀开度,一次加压泵频率
二次网 循环泵频率,补水泵频率
智能控制
根据环境温度
根据室外环境温度和时间变化,调节电动调节阀的开度或者一次加压泵的频率,以达到控制回水温度的目的。另外根据室外温度的变化,自动调节循环泵的频率。
其控制策略如下:
由二次循环泵旁通管压力为参照量,控制补水泵变频器,对系统实现恒压,以补水流量计反映系统的失水情况。
根据典型室内外温度和二次网回水温度,控制一次网变频泵的频率,实现二次网的回路质调节。或者调节一次网回水电动阀的阀位,实现实现二次网的回路质调节。
根据典型室内外温度和二次网供回水牙齿,控制二次网循环泵的频率,实现二次网回路的量调节,达到节能的目的。
安全保护
保护分为报警点和保护点,报警点只报警不保护,保护点既报警又保护,参数可以人工设定。
超温,超压,停电,循环泵停,循环泵频率低于30HZ,低压,补水泵停,水箱液位低需要实现保护。
一次网或者二次网管路出现严重意外,应立即关闭一次网供回水的电动切断阀,防止事故扩大。
换热站的控制
共计模拟量输入11路,模拟量输出3路,开关量输入12路,开关量输出4路。热量表和流量计一般采用RS485接口,需要1或者2个串口,而远程通信,需要一个网口或者串口,当地的显示需要一个串口。
腾控科技为换热站设计的专用可编程控制器T-912,是工业级以太网一体化可编程控制器,支持IEC61131-3标准的编程环境。
14路DI,光电隔离
6路DO,晶体管输出
12路AI,16位A/D,可选输入0-5V或0-20mA
4路AO,12位D/A,可选输出0-10V或0-20mA
提供1个10M/100M以太网接口,支持MODBUS/TCP协议,支持IEC870-5-104协议
2个RS232/RS485接口和1路RS485接口,支持MODBUS协议或者自由口编程
提供1M的用户数据空间和1M的用户程序空间可用,支持网络远程调试和编程,支持文件系统。
内部提供实时时钟
串口支持功能强大的自由口编程功能,可用接热量表和流量计。另外的串口可以接触摸屏。
AC90~264V供电,最大功耗小于12W
工作环境 工作温度:-40℃~+85℃ 湿度:5%~95%RH无凝露,IP20防护
腾控T-912完全满足该需求。T-912支持5种IEC标准的编程语言,IL,ST,LD,FBD和SFC,另外支持C#编程。采用32位的嵌入式处理器,运算能力强大,提供给用户的数据空间和程序都很大,可以方便使用各种控制策略 。另外支持文件系统,可以存储运行日志,数据记录等。
监控系统
由于热交换站分布相当的分散,又关系到政府形象和民生,要尽力避免用户投诉的发生,有一种能够随时了解运行情况,能够对其进行远方控制的系统是非常必要的,这样能够大大降低人员的劳动强度,能够及时发现运行的状况,及时根据天气情况改变运行状况,起到节能的目的。
这样的系统就是热交换站监控系统,其时就是由现场的控制器,通信或者网络系统以及监控中心计算机和软件构成的。
在这样的系统中,通信采用有线或者无线的方式,有线主要是宽带方式或者电话拨号的方式,无线主要是GPRS或者3G网络的方式。
要求实现如下功能:
可以实现远程设置和修改控制参数和控制策略,人工调节电动阀开度和远程启停循环泵和补水泵,调节循环泵的频率。
热交换站的运行数据分析,数据管理和报表统计和打印功能
上传数据应存入数据库中,历史数据应能一表格和曲线的形式显示。
报警数据应方便查询,具有智能故障分析功能。
以WEB方式发布。
有全网的统筹调度功能和温度平面图,压力平面图和流量平面图等。
系统的安全等级和操作等级的划分。
控制中心由一台或者多台服务器和2台或者多台监控计算机构成。在初期,考虑到监控点不是很多,仅设一台服务器和2台监控计算机。
监控服务器的工作是把数据通过网络把控制器的数据取回来,放到数据库服务器内。要求服务器支持开放的MODBUS TCP/IP协议。服务器上还要运行一个WEB SERVER,供外部计算机展示数据。监控中心的计算机就是通过浏览器模式进行数据监视和视频监控的。
采用MODBUS TCP/IP协议的优点是这是一个开放的协议架构,支持该协议的硬件和厂商很多,能够保护客户投资的价值。
用户在异地,通过VPN协议接入到监控中心,就可以通过浏览器访问每个菇房的数据甚至视频。这样大大方便了用户的使用。
软件架构采用三层结构,包括数据库,中间层和WEB服务器。