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  • 換熱站聯動控制系統方案

           供熱事業是民生工程,同時又是國家節能減排的重要組成部分。換熱站作為供熱系統中重要的分配單元,其工作性能和輸配效率決定著供熱質量高低和市民用熱舒適度和滿意度,以及節能效果。因此,優化和提成換熱站自控系統的智能化水平是供熱企業整改措施的重要環節。

    1、   換熱站系統現存問題

    1.1軟硬件標準化問題

           換熱站通常有1-4套換熱機組,供應商在換熱站系統配置時,為節約成本盡可能降低配置(如多機組共用熱表、水表、電表、PLC),這樣造成每個換熱站的軟件、硬件設計方案不一致、數據協議標準不一致、工業組態軟件地址不一致,一旦出現問題根本無從查起。

    1.2數據準確性問題

           PLC系統構建換熱站控制系統時,傳感器多數采用的是4-20mA的信號,如壓力、溫度、液位、變頻器頻率等,這些信號在傳輸過程受到干擾、線路損耗、PLC進行A/D轉換的第個過程都容易造成失真,嚴重情況溫度的偏差值±1℃以上,目前多數企業僅解決了數據有沒有的問題,數據的準確性需要進一步的完善。

    1.3數據統計分析不精準

           多數熱力企業的統計分析也僅僅換熱站級的數據統計,很難做到機組級的統計分析,主要原因是缺少單個機組的計量裝置(熱表、補水表、電能表),只有做到機組級別的數據統計分析,才能進一步的優化未來的控制參數。

    1.4多系統共存問題

           熱力企業不僅有可能存在多套供熱平臺、收費系統、客服系統,各系統之間數據無法互通,系統聯動難,同時也造成系統維護的工作量增大。

     

    2、   換熱站自控系統改造目標

    2.1軟硬件標準化、模塊化

    2.1.1換熱機組硬件標準化設計,每個換熱機組均設置單獨計量裝置(熱、電、水),PLC硬件標準化設計,統一硬件標準。

    2.1.2通訊協議、數據格式標準化,針對換熱機組、二網閥、用戶室溫、用戶熱表定義其數據格式、地址,其中包括壓力、溫度、流量、熱量、電量、液位、頻率、電流等。

    2.2數據更新、存儲周期標準化

          依據換熱機組、熱源、二網平衡系統、用戶室溫監控系統、用戶熱計量系統特性,有針對性的對各子系統制定數據更新周期及數據存儲周期。

    更新周期

    存儲周期

    備注

    熱源

    1

    1/分鐘

     

    換熱機組

    1

    1/分鐘

    二網平衡閥

    2分鐘

    2分鐘

    設備更新數據同時進行數據存儲

    用戶室溫

    30分鐘

    30分鐘

    用戶熱表

    1

    1

    2.3系統計量精度標準化

           設定溫度、壓力、流量、熱量、電量、補水量等數據的計量標準,依據各種傳感器及PLC自動化的特性制定各種類型傳感器的系統計量精度。

    名稱

    單位

    顯示小數位

    系統測量精度

    溫度

    攝氏度(℃)

    0.01

    ±0.1

    壓力

    公斤(Bar

    0.01Bar

    ±0.03Bar

    熱量

    吉焦(GJ)

    0.1GJ

    ±1%(一級表)

    瞬時熱量

    吉焦/小時(GJ/h

    0.1GJ/h

    ±1%(一級表)

    水流量

    立方米(m3)

    0.1m3

    ±2%(二級表)

    瞬時水流量

    立方米/小時(m3/h

    0.1m3/h

    ±2%(二級表)

    電量

    度(KWH

    0.1KWH

    有功1級、無功2

    功率

    千瓦(KW

    0.1KW

    1

    電壓

    伏特(V

    0.1V

    ±0.1V

    電流

    安培(A

    0.1A

    ±0.1A

    電機頻率

    頻率(Hz

    0.01Hz

    ±0.01Hz

    2.4 換熱機組及二網平衡系統依據用戶室溫監控系統的數據反饋,自動調節機組的及樓棟的供給量。

    2.5 以實現大網平衡為目標,同時兼顧換熱機組運行安全:管網壓力安全、系統安全、設備安全。

     

    3、   換熱站自控系統改造方案

    3.1 以利舊為主,盡可能使用現有的自控產品:PLC、觸摸屏、低壓電器等,降低改造成本。

    3.2 以機組為單元,每套換熱機組對應一套自控系統,PLC程序、觸摸屏、通訊協議、數據格式標準一致。

    3.3 每個機組分別安裝計量裝置:一網熱能表、二網流量計、補水表、電計量表。

    3.4 Modbus過通訊采集變頻器的輸出頻率、輸出電流、運行、故障等信息。

     

    4、   換熱機組自控系統硬件組成

     換熱機組的自控系統包括:PLC、觸摸屏、Modbus路由、傳感器、儀表,主要采集數據如下:

    序號

    數據

    來源

    信號類型

    序號

    數據

    來源

    信號類型

    1

    一次網供水溫度

    溫度傳感器

    RS485-Modbus

    22

    二次備循環泵頻率

    循環泵變頻器

    RS485-Modbus

    2

    一次網回水溫度

    溫度傳感器

    RS485-Modbus

    23

    二次備循環泵功率

    RS485-Modbus

    3

    一次網供水壓力

    壓力傳感器

    RS485-Modbus

    24

    二次備循環泵電流

    RS485-Modbus

    4

    一次網回水壓力

    壓力傳感器

    RS485-Modbus

    25

    補水泵累計流量

    補水表

    RS485-Modbus

    5

    一次過濾器后壓力

    壓力傳感器

    RS485-Modbus

    26

    主補水泵頻率

    主補水泵變頻器

    RS485-Modbus

    6

    一次網瞬時流量

    熱能表

    RS485-Modbus

    27

    主補水泵功率

    RS485-Modbus

    7

    一次網累計流量

    RS485-Modbus

    28

    主補水泵電流

    RS485-Modbus

    8

    一次網瞬時熱量

    RS485-Modbus

    29

    備補水泵頻率

    備補水泵變頻器

    RS485-Modbus

    9

    一次網累計熱量

    RS485-Modbus

    30

    備補水泵功率

    RS485-Modbus

    10

    一次電動閥開口度

    電動調節閥

    4-20mA

    31

    備補水泵電流

    RS485-Modbus

    11

    二次網供水溫度

    溫度傳感器

    RS485-Modbus

    32

    水箱水位

    液位傳感器

    4-20mA

    12

    二次網回水溫度

    溫度傳感器

    RS485-Modbus

    33

    有功功率

    電能表

    RS485-Modbus

    13

    二次網供水壓力

    壓力傳感器

    RS485-Modbus

    34

    無功功率

    RS485-Modbus

    14

    二次網回水壓力

    壓力傳感器

    RS485-Modbus

    35

    視在功率

    RS485-Modbus

    15

    二次過濾器后壓力

    壓力傳感器

    RS485-Modbus

    36

    總功率因數

    RS485-Modbus

    16

    二次網泵出口壓力

    壓力傳感器

    RS485-Modbus

    37

    U相電壓

    RS485-Modbus

    17

    二次網瞬時流量

    流量計

    RS485-Modbus

    38

    V相電壓

    RS485-Modbus

    18

    二次網累計流量

    RS485-Modbus

    39

    W相電壓

    RS485-Modbus

    19

    二次網主循環泵頻率

    主循環泵變頻器

    RS485-Modbus

    40

    U相電流

    RS485-Modbus

    20

    二次網主循環泵功率

    RS485-Modbus

    41

    V相電流

    RS485-Modbus

    21

    二次網主循環泵電流

    RS485-Modbus

    42

    I相電流

    RS485-Modbus

    43

    水浸報警

    浸水傳感器

    開關信號

     

           通過觸摸屏HMI顯示上表所有參數,根據用戶需求可自行配置:就地遠程操作、水泵起停、一網閥手自動控制、上下限液位、補水壓力上下限等各種功能。

    PLC系統可依據設定的參數自動運行:二次網溫度與一次網調節閥的PID調節;補水泵自動補壓;水箱自動補水;管網自動泄壓等功能。

    系統硬件配置方案:

     系統硬件配置原理圖.png

    4.1電氣控制柜

    柜體上需配有鎖,所有鎖用同一把鑰匙。柜體外殼采用不小于2.0mm厚的鋼板,配件采用電焊或螺栓組裝。柜體裝配后先進行除銹酸洗、磷化處理、清洗,然后噴塑。依照加工要求,柜子應整潔布局合理,在制造設備之前應畫出圖紙并提供給買方。

    防護等級應不低于IP54;控制柜配備巡檢按鈕,記錄巡檢時間及次數。

    控制柜為成套供貨,除前述已有的設備外,全部配件均須全套配齊。并且應提供控制柜的外形圖、內部布置圖、設備及元器件清單等資料。

    控制柜為單面前開門式,柜內設備、器件、配件等不允許采用背面緊固的方式安裝。

    按電源種類分別設電源總開關,各用電回路分開關根據負荷情況選配。電源開關采用優質的小型空氣斷路器。

    柜內繼電器采用優質的小型功率電磁繼電器,形式為插件式,接線插座采用螺栓壓接式。

    24V直流電源采用高品質產品,紋波電壓小于50mV,正常使用容量小于其額定值的70%,輸出與輸入必須完全電隔離。

    柜內配線應采用匯線槽方式,線芯截面積應根據通過的電流大小進行選配,配線顏色按信號種類,根據國家標準配置。接線端子應采用壓接式接線端子,接線時須按順序排號,并貼有端子標鑒,標簽不可擦除。AI回路必須配保險端子進行保護。

    信號、屏蔽接地均應采用與柜體完全接地的銅排連接方式。

    柜內應設有電源工作指示燈、控制器運行指示燈、門控照明燈、門控排風扇、門鎖等。

    每個控制器柜對轄區的在線檢測儀表提供220VAC24VDC工作電源。

    柜內來自于室外的進線需有防雷設備(包括通訊線路,電源進線,儀表信號輸入,儀表供電線路)。

     

    4.2 PLC技術資料

    PLC采用西門子SMART200系列SR30,配置1ⅹ模擬量EM-AM03模塊、1SB-CM01/485擴展卡。

    SMART200 SR30基本技術參數

    外形尺寸(mm

    110 x 100 x 81

    用戶

    程序存儲區

    18K字節

    存儲區

    數據存儲區

    12K字節

     

    保持存儲區

    10K字節

    本機數字量I/O

    18輸入/12輸出

    信號板擴展

    1

    信號模塊擴展

    6

    高速計數器

    6(全部)

    脈沖捕捉輸入

    14 (加信號板 16

    存儲卡

    microSD卡(可選)

    實時時鐘精度

    ± 120 /

    實時時鐘保持時間

    7天 典型值 / 6天 最小

    PID 回路

     

    供電能力(mA

    最大 1400 mA(5 V DC)

     

    4.3 觸摸屏HMI

     TPC1031Ni,是以Cortex-A7多核CPU為核心、主頻1GHz的智能物聯網觸摸屏,該產品設計采用10.1英寸TFT液晶顯示屏,分辨率1024*600,四線電阻式觸摸屏。

    觸摸屏技術參數.png

    4.4 ModbusRouter資料

    2   MODBUS-ROUTERSLAVE端配置有1RJ45接口和一個RS485接口,支持TCP/IPRS485-MODBSU RTU從站協議,主要用于與PLC(或上位機)連接。

    2  MODBUS-ROUTER每個端口都采用電源隔離、光耦隔離,保護現場各類設備發生時也不會相互影響。

    2  MODOUS-ROUTER每個COM端口均可配置不同的參數,支持多種MODBUS配置參數,支持MODBUS主站協議與各類儀表設備連接。

    2  MODBUS-ROUTER可根據配置的參數自動完成數據讀寫,并將現場設備的數據信息映像至內存數據區域。

    2  MODBUS-ROUTER配置的通訊故障寄存器,針對每條通訊指令的狀態都存有記錄,PLC(或上位機)可一次性的讀取每條指令的通訊狀態。

     modbus路由尺寸圖.png

    modbus路由圖片.png



    基本參數

    外觀尺寸

    2669550mm

    安裝方式

    導軌安裝

    供電電源

    DC24V

    通信端口

    RJ45接口,10/100/1000M自適應,支持TCP/IP-Modbus從站協議

    Com0支持RS485-ModbusRTU從站協議

    Com1~8支持RS485-ModbusRTU主站協議

    Modbus命令

    Com1~4支持4條通訊命令

    Com5~8支持6條通訊命令

    儀表供電

    Com1-8支持雙路DC24V傳感器供電

    接線方式

    卡簧式端子

    4.5 壓力傳感器

    壓力傳感器.png

    壓力傳感器采用電阻橋式壓力傳感器和24ADC,完全校準壓力,主要用于高分辨率和精確的壓力測量。

    基本參數

    供電電壓

    DC24V

    測量范圍

    0~1600Kpa0~1.6Mpa)絕對壓力

    測量精度

    -20~0

    ±3Kpa

    0~85

    ±2Kpa

    電氣聯接方式

    赫斯曼接頭

    通訊協議

    RS485-ModbusRTU(從站協議)

    IP防護

    IP66

    安裝方式

    G1/2螺紋

     

    4.6 溫度傳感器

    溫度傳感器采用高精度測溫芯片,測溫范圍為-55°C +125°C,測量精度±0.1°C。

    溫度傳感器.png

    基本參數

    供電電壓

    DC24V

    測量范圍

    -20~125

    測量精度

    -20~125

    ±0.5

    10~85

    ±0.1

    電氣聯接方式

    赫斯曼接頭

    通訊協議

    RS485-ModbusRTU(從站協議)

    IP防護

    IP66

    安裝方式

    G1/2螺紋

     

    4.7超聲熱量表

    ?  熱量表主要用于測量一次網管道內熱量,主要由流量計、能量積算儀、溫度傳感器及溫度傳感器安裝護套組成。

    ?  *熱量表需具有《中華人民共和國計量器具型式批準證書》;

    ?  管道材質:鑄鐵

    ?  溫度范圍:4-130

    ?  溫差范圍:3-70

    ?  公稱壓力:PN16

    ?  準確度:2

    ?  防護等級:IP68

    ?  溫度傳感器類型:PT1000

    ?  工作電源:220VAC、24VDC3.6V鋰電池

    ?  功耗:<0.4mW

    ?  顯示:液晶顯示器,8位數字+提示符

    ?  通訊方式:RS485-ModbusRTU

    ?  聲道數量:*流量計部分采用四聲道

    ?  數據存儲:按月存儲熱量、累積流量和相對應的時間及當月最大熱功率,可存儲最近24個月的數據

     

    4.8 二網流量計

    二網流量計用于測量二次網的流量,對于測量精度要求低于熱能表,使用外夾式流量計即可。

    基本參數

    安裝形式

    外夾式

    管徑

    DN80-DN1000

    被測介質

    充滿被測管道的水、污水及其它均質液體,懸浮物含量<10g

    流速范圍

    0m/s12m/sVt=0.3m/s

    準確度等級

    1.0/1.5

    環境溫度

    -10~85

    環境濕度

    85%RH

    工作電源

    DC12V~DC36V,1A

    防護等級

    IP65

    聲路數量

    雙聲路

    4.9電動調節閥

    主要用于一級網流量調控,一般安裝于一級網回水管線。主要包括執行器及閥體兩部分。

    閥體技術要求

    1)材質

    ?  ?閥體:灰鑄鐵GJL-250HT250)或  球墨鑄鐵GJL-400-18QT400-15

    ?  ?閥蓋:Q235-B或灰鑄鐵EN-GJL-250HT250

    ?  ?閥桿:不銹鋼

    ?  ?法蘭連接

    ?  ?壓力等級PN16,其流通能力(Kvs值)及口徑必須滿足工藝流量的要求。

    ?  ?符合2014/68/EU標準要求

    2)性能

    ?  ?流量特性為等百分比特性

    ?  ?閥桿向下動作為開閥,向上動作為關閥

    ?  ?閥體高控制比,可調范圍須≥501

    ?  ?泄漏率要求:泄漏率<Kvs值的0.05

    ?  ?壓力平衡型閥芯設計;

    ?  ?最大關閉壓差達到1.6 MPa

    ?  ?閥桿處為可更換的填料盒式密封,密封材料為EPDM

    ?  ?介質溫度范圍2~130

    ?  ?符合2014/68/EU標準要求

    3)驅動器要求:

    ?  驅動器須水平或垂直安裝;

    ?  ?驅動器電源為24V ±10%,50/60Hz;

    ?  ?驅動器由雙向同速電機驅動,齒輪傳動;

    ?  ?防護等級IP54;

    ?  ?工作環境溫度0~55℃,儲存和運輸環境溫度-40~70

    ?  ?驅動器斷電時應保持在原位;

    ?  ?為避免驅動器及閥體破壞,電機具有過載保護功能;

    ?  ?可機械手動操作且操作時

    ?  ?驅動器上具有行程位置指示功能;

    ?  ?動作速度:8s/mm;

    ?  ?通過標準工具進行手動操作;

    ?  ?可將信號分割控制,確保兩個調節閥并聯使用時,用同一信號實現兩個閥門順序開啟;

    ?  ?控制信號為標準的模擬量信號,0(2)-10V0(4)-20mA可選;

    ?  ?反饋信號為0(2)-10V0(4)-20mA;

    ?  ?驅動器開與關兩個方向的運行速度相同,以便溫度控制的穩定;

    ?  ?控制方式為模擬量控制和三點控制方式可選;

    ?  ?可正/反向選擇控制;

    ?  ?具有閥門行程自檢功能,以減少調試時間

    ?  ?驅動器動作與信號響應特性:出廠默認為LOG特性,可現場調試時切換成線性特性;

    ?  ?CE認證標識:符合低電壓指令(LVD20014/35/EU EN 60730-1, EN 60730-2-14 電磁兼容指令(EMC 2014/30/EU EN 61000-6-2, EN 61000-6-3

     

    4.10 補水水表

    補水水表主要用于計量單個機組的補水累計量,沒有瞬時流量測量的需要。使用旋翼式水表具有成本低廉、計量精度高的特點。

     

    基本參數

    材質

    鑄鐵

    精度等級

    2

    工作溫度

    0-30

    工作壓力

    1.0Mpa

    通訊接口

    RS485-ModbusRTU

    波特率

    9600kbit/s

    工作電源

    DC12V~DC24V

    防護等級

    IP65

     

    4.11多功能電表

    ?  多功能電表主要用于單套機組的用電量統計,遵循ModbusRTU協議規約,采用的數據包括電壓、電流、功率、有功電能、無功電能等數據

    ?  導軌式安裝

    ?  輸入電壓:三相四線,3*380V

    ?  精度等級:誤差±0.2%

    ?  可采集電壓、電流、有功功率、無功功率、電量等;

    ?  環境溫度:-25~+55

    ?  相對濕度:≤95%(無凝露)

    ?  支持標準MODBUS協議、RS485接口;

    ?  有功電能精度:0.5S

    ?  顯示功能:具有8段位式LCD顯示、背光顯示

    ?  LED報警指示:具有失壓、過壓報警

    ?  輸出信號:1路開關量輸出

    ?  外置互感器

     

    4.12 液位變送器

    ?  推薦品牌:安徽天康、冠誠儀表、四川儀表廠

    ?  精度等級:0.5%FS;

    ?  輸出信號:4-20mA;

    ?  顯示:帶液晶顯示

    ?  供電電源:24V·DC

    ?  環境溫度:-40℃~80

    ?  介質溫度:-40℃~80

    ?  相對濕度:095%

    ?  量程:04m

    ?  穩定性:最大量程的±0.1%1年)

     

    4.13 泄壓及補水電磁閥

    ?  閥體材質:黃銅

    ?  閥芯材質:不銹鋼

    ?  閥芯套筒:不銹鋼

    ?  彈簧材質:不銹鋼

    ?  密封材料:EPDM

    ?  連接方式:螺紋連接

    ?  閉合形式:電開常閉

    ?  承壓能力:PN16

    ?  供電電源:AC220V

    ?  介質溫度:-30-140

    ?  環境溫度:最高80

    ?  防護等級:IP67

    ?  結構形式:先導式,內置先導過濾器,用于保護先導系統


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