城市热网自控系统控制策略及网络结构
城市热网自控系统概况
随着国家对环保工作的进一步加强，污染严重、效率又低的小型锅炉房将逐渐被淘汰，取而代之的将是大型现代化的区域供热锅炉房或热电联产的热电厂。同时，城市供热也逐步向市场化转变。因此，热源和热网管理质量的提高、增强热网运行的可靠性、降低能耗和运行成本等决策将成为供热企业的生存根本。
我公司自主开发的城市热网自控系统，适用于大型集中供热系统的自动管理与控制。该控制系统可实现对热网所有热力站的运行监控、热网流量的自动调节等多项功能。每个热力站的现场控制器，既可以通过现场人机界面进行独立控制，又可以通过光纤将数据传输到中央调度室，由中央调度室实现控制。由于热力站运行实现智能化管理。可大大提高热网运行的安全可靠性，降低能耗。本系统中的控制理念充分吸收了欧美国家供热行业广泛流行的控制策略，采用根据室外温度的变化调节供热量的控制方案，热力站平均节能率可达25%。
热力站供热控制的策略
- 冬季，随着室外温度的下降，要使室内保持最佳舒适状态，采暖系统供给建筑物的热量应与其失去的热量相等。因此，最准确有效的供热方法应该是根据室外温度来确定相应的供热量。
- 不同的末端散热装置，其热惰性不同，所需的供热量及加热房间所需的时间也不同。如管翅型散热器的热惰性较差，要求的供热量较高，加热房间所需的时间较短。而地板辐射采暖方式，加热房间所需的时间较长，停止供热后室内温度下降较慢。因此，对应于不同的系统末端散热装置，要达到较好的供热效果，需要采用不同的供热调节策略。
- 相同的供热条件下，室内温度的波动受到许多因素的影响，例如：环境情况、建筑物本身的保暖好坏、散热设备的蓄热性能等。所以，采暖系统的供热量不仅需要根据室外温度的变化进行调节，而且，还应根据实际需要对供热量进行调节。
供热量=供热系数×供热面积×热负荷
通过对供热系数进行调整，调整供热量。也就是说，室外温度不再是单一引入量，
而是根据具体情况分析得出的一个趋势量，进而达到人性化控制。达到既节约能
源，又使室内温度稳定的要求，保持最佳舒适状态。
- 夜间室内无人居住时间（如写字楼下班以后），应将供热量调整到保温状态（室内温度控制在摄氏5度左右）。以节约能耗、降低运行费用。早晨或上班之前,需要将室内温度迅速回升至正常采暖温度。不同的建筑物及不同的末端散热器装置，因其热惰性不同，开始升温的时间亦需不同。在时间设定上，要充分考虑。
- 如果一个热力站同时用于采暖和生活热水，利用两者的互补性可节省部分设备投资，但必须考虑生活热水要求快速升温的特点，在同时有供热和生活热水需求时，热力站控制应能保证生活热水优先。
- 通常，热力站内都安装备用系统泵，这些设备大部分时间内是备而不用，投入运行的设备又因长时间连续使用，寿命缩短。正确的方法应该是将系统泵轮换启动，从而提高设备的利用率，延长水泵的使用寿命。
与热网不同连接方式的热力站控制系统
热网（一次网）与采暖系统（二次网）完全隔离，两者的水力工况互不影响。通过控制一
次网给水阀门的开度，达到调节二次网供热量的目的。控制原理见下图：
通过调节混合换向阀的开度，调节进入供热系统的一次网供水及二次网回水的比例，达到
控制二次网系统供热量的目的。这种连接方式适用于入口管径<100mm,工作压力<0.6Mpa
的小型热力站。控制原理见下图：
四．主要功能及技术性能指标
１.主要功能
- 根据室外温度及不同的末端散热装置，按照预先设定的供热特性曲线，自动调节供热量
- 可编程夜间低温运行及低温运行结束后迅速升温
- 温暖天气一次水阀门、系统泵自动调节，达到节能效果
- 根据室内温度的反馈信息，自动校正供热曲线
- 生活热水优先
- 供热量自动求解、自动累计
- 过程参数（温度、压力、流量等数据）记录、存储、分析
- 循环泵、补水泵等时间工作轮换/自动后备
- 自动报表
- 自诊断功能、自动报警、报警事件管理
2．测量参数
- 室外温度测量
- 室内温度测量（可选）
- 一次网供、回水温度、压力、流量
- 二次网供、回水温度、压力、流量
- 生活热水出水温度（或热水箱的温度）
- 二次网循环泵进出口压力、补水流量
- 循环泵、补水泵、电机参数
五．系统组成
乙太网应用广泛、传输速度快、扩展方便。采用乙太网直接组成的城市热网自控系统，最
多可以支持16个I/O控制器，适合于分布比较集中、规模较小的热网系统。在传输距离较
长时可采用光纤传输。但需要铺设电缆或光缆，如下图所示：
沿袭工业控制的做法,使用Modbus协议,独立网络的热网控制系统技术成熟、系统可靠性
及稳定性最高。系统最多可支持9个485接口，每个口31个接点，一共可以驱动279个I/O
控制器，最远通讯距离2千米。若采用光纤通讯，距离几乎不受限制。可用于布局比较分
散的大规模热网系统。如下图所示：
近年来随着网络技术的不断成熟，宽带网的覆盖率和普及率迅速提高，也使得热网集中管
理与控制更易于实现，建设和运行成本降低。下图利用宽带网作为信号传输媒体的热网控
制系统结构示意图。来自I/O站的数据，经过计算机处理后，通过宽带网传送至工作站，
由工作站建立数据共享，操作员站与工作站之间可以进行数据访问。
这种系统的特点是利用城市已有的宽带网进行数据传输，减少了一次性投资、缩短了
施工周期。既省去了自建通讯网络的设备、土建等各项工程费用，又能充分享受到宽带网
高速传输及高覆盖面的便利，还免去了网络维护费用，是现在热网自控的发展方向。但是
，该系统数据传输的可靠性和实时性受宽带网的稳定性和网络数据密度的影响，不如专用
网络可靠和安全，每年还需要支付网络使用费。
如果热网管理单位已有内部管理网络，在上述方案的基础上，通过一台服务器可以将
内部管理网络和宽带网连接起来。内部管理网上的所有电脑都可以查看每个热力站的运行
情况。如下图所示：
