[发明专利]一种基于水工、热工平衡的换热站控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市集中供热智能控制技术领域，尤其涉及一种基于水工、热工平衡的换热站控制系统及方法。

背景技术

城市集中供热系统是由若干个供热子系统组成，每一个供热子系统都由热网、换热站、热用户三部分组成，共享一个热源，为不同供热区域提供热量输送、控制与分配。热网分为一次网、二次网，位于热源和换热站、换热站和热用户之间，构成热量传输的分布网络。换热站是热量交换与分配的核心管理单元，由换热器、循环泵、控制柜、调节阀、补水泵等设备组成，担负着调节整个供热系统热工、水工平衡的重任。热用户是供热系统的终端，其对热量的需求是换热站调节二次网热量转换、控制水工平衡、分配热量传送的终极目标。因而，换热站热量转换的效率、水量控制的能力直接影响到供热系统的供热效果、系统能量消耗和对环境污染的程度。综上，提供一种能够解决换热站热工、水工平衡问题，实现换热站能量优化控制的控制系统及控制方法势在必行。

发明内容

为了解决现有城市集中供热系统存在的低效率、低品质、高能耗、监测手段落后、控制效果不理想等问题，本发明提供一种基于水工、热工平衡的换热站控制系统及方法，其以能耗指标为约束条件，构建换热站智能化控制系统数学模型；集成多传感器信息技术、数据融合技术、智能自适应控制技术，实现换热站热网优化控制与节能运行。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种基于水工、热工平衡的换热站控制系统，包括信息监测单元、无线传输单元、主控制器和水泵控制单元；所述信息监测单元通过无线传输单元与主控制器连接，信息监测单元用于监测二次网供、回水的温度、压力和流量，所述无线传输单元采用ZigBee协议，实现主控制器和信息监测单元之间数据、命令的双向通信；所述主控制器根据信息监测单元传来的检测数据，分析当前换热站的工作状态，以能耗指标为约束，采用能量优化控制方法，发出系统控制指令，协调系统各功能单元稳定运行；所述水泵控制单元与主控制器连接，其根据主控制器的控制指令，调节电机的运行状态，实现换热站系统热工、水工平衡及能量优化控制。

上述信息监测单元包括压力传感器、流量传感器、温度传感器、内含无线发送和接收器的微处理器以及信号处理电路；所述压力传感器、流量传感器、温度传感器分别用于检测二次网供、出水的压力、流量和温度；所述信号处理电路分别与压力传感器、流量传感器、温度传感器相连，用于完成对上述各种传感器信号的调理，以实现与微处理器的连接；所述微处理器与信号处理电路相连，用于控制与管理信息监测单元，以无线、多跳方式与无线传输单元相连。

上述无线传输单元包括内含无线发送和接收器的微处理器、USB接口电路和电源转换电路；所述微处理器分别与USB接口电路、电源转换电路相连，用于控制与管理信息监测单元，通过USB接口电路与主控制器的连接，由电源转换电路提供工作电压。

上述水泵控制单元包括接口电路、电机控制模块和变频调速模块；所述接口电路用于提供标准485总线接口，实现水泵控制单元与主控制器的连接；所述电机控制模块与接口电路连接，其用于水泵控制单元的控制与管理，接收来自主控制器发送的控制指令，将其转换成标准的4-20mA电流信号，并送入变频调速模块；所述变频调速模块与电机控制模块连接，其用于完成对系统补水泵、循环泵转速的控制，实现换热站水工、热工平衡控制。

上述基于水工、热工平衡的换热站控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、根据换热站供热面积及管网设计要求，以二次网供、回水的压力为参数，采用单闭环控制原理，建立换热站水工平衡控制系统模型；

步骤二、以换热系统能耗指标为约束，对二次网供、回水的温度和流量采用双环闭环控制，建立换热站热工平衡控制系统模型；

步骤三、通过信息监测单元获得当前二次网供、回水的压力值，主控制器根据步骤一的换热站水工平衡控制系统模型计算补水流量，输出与之对应的有效电信号，由485总线接口送入水泵控制单元的电机控制模块，电机控制模块将接收到的信号转换成标准的4-20mA电流信号，再送入变频调速模块；变频调速模块调整补水泵的工作状态，实现二次网恒压水路循环；