專利名稱：集中供熱管網二次網水力平衡控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種集中供熱管網控制系統，尤其涉及一種集中供熱管網二次網水力平衡控制系統及其控制方法。
背景技術：
隨著社會技術進步及經濟的發展，集中供熱管網發展迅速，為廣大采暖用戶提供了溫暖舒適的生活環境，但在供熱系統運行中尤其在二次網的水力平衡調整上仍存在調整不到位的問題，直接影響用戶供熱效果。水力平衡的調整包括對水平水力失調的調整和垂直水力失調的調整，水平水力失調是指各樓棟之間的水力失調，垂直水力失調是指樓棟上下層之間的水力失調。目前二次網水力平衡的調整主要依靠在樓棟及用戶處加裝自力式流量限制閥對用戶的用熱量進行最大限制，其結果只能實現二次網水力平衡的初步調整，不能進行適應實際運行工況變化的適應性調整，無法滿足均勻供熱的要求。尤其目前，隨著國家對供熱系統采取熱計量方式的推廣，基于對流量進行限制的自力式流量限制閥已失去使用的實用性，不能滿足供熱需求；此外，為實現節能降耗，避免因對用戶供熱量的差異造成的能量損耗，迫切需要解決二次網水力平衡的有效調整。鑒于此，研發集中供熱管網二次網水力平衡控制系統及其控制方法，提高二次網水力平衡的調整效果，滿足采取熱計量方式的供熱系統的需求，并實現二次網水力平衡的自動適應調整，實現均勻供熱，成為供熱領域關注的課題。
發明內容
本發明的主要目的在于針對上述問題，提供一種集中供熱管網二次網水力平衡控制系統及其控制方法，通過采取手動與自動相結合對二次網水力平衡實現了自動適應調整，保證供熱系統正常、均勻供熱，進而提高用戶用熱的舒適性，并達到節能降耗效果。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種集中供熱管網二次網水力平衡控制系統，其特征在于包括遠程中央計算機控制單元及其控制的若干與各樓棟對應設置的水平水力失調控制單元，所述水平水力失調控制單元包括與所述遠程中央計算機控制單元連接的設置在樓棟入口的GPRS通訊器、本地測控終端、與所述測控終端連接的設置在樓棟入口樓棟供水管上的電動調節閥、分別設置在樓棟入口樓棟回水管上的回水溫度傳感器及樓棟自力式差壓控制閥，所述樓棟自力式差壓控制閥的兩引壓管分別連接在該閥的出水側樓棟回水管和電動調節閥進水側樓棟供水管上；并在樓棟內各用戶入口用戶回水管上設置控制垂直水力失調的用戶自力式差壓控制閥，所述用戶自力式差壓控制閥的兩引壓管分別連接在該閥出水側用戶回水管和用戶入口的用戶供水管上。一種應用上述集中供熱管網二次網水力平衡控制系統進行水力平衡控制的方法，其特征在于包括如下步驟A、手動初步調整水平水力失調
通過手動設定樓棟回水管上的樓棟自力式差壓控制閥的差壓值，實現水平水力失調的初步調整；B、自動適應調整水平水力失調:(I).中央計算機控制單元依據室外溫度計算出樓棟回水溫度設定值t，并判斷通訊系統是否有故障:(1.1).當通訊系統正常時，則啟動遠程控制，測控終端接收中央計算機控制單元的樓棟回水溫度設定值t，并進入步驟⑵；(1.2).當通訊系統有故障時，則啟動本地控制，進入步驟⑶；(2).測控終端采集樓棟回水溫度T及電動調節閥的開度數據并上傳至中央計算機控制單元；并將采集的樓棟回水溫度T與接收的中央計算機控制單元的樓棟回水溫度設定值t進行偏差值計算，得到偏差值Λ T=T-t，并把偏差值Λ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥的開度:(2.1).當偏差值Λ T > 0，調小電動調節閥的開度；(2.2).當偏差值Λ T < 0，調大電動調節閥的開度；(2.3).當偏差值Λ T=O,電動調節閥的開度維持原狀態；(3).測控終端采集樓棟回水溫度T及電動調節閥的開度數據；判斷是否接收過樓棟回水溫度設定值t:(3.1)當接收過樓棟回水溫度設定值t時，將采集的樓棟回水溫度T與通訊故障前中央計算機控制單元下發的最近時間的樓棟回水溫度設定值t進行偏差值計算，得到偏差值Λ T=T-t,并把偏差值Λ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥的開度:(3.1.1).當偏差值Λ T > 0，調小電動調節閥的開度；(3.1.2).當偏差值Λ T < 0，調大電動調節閥的開度；(3.1.3).當偏差值=0，電動調節閥的開度維持原狀態；(3.2)當沒接收過樓棟回水溫度設定值t時，將采集的樓棟回水溫度T與測控終端存儲的本地樓棟回水溫度初始設定值h進行偏差值計算，得到偏差值ΛT=T-t，并把偏差值Δ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥的開度:(3.2.1).當偏差值Λ T > 0，調小電動調節閥的開度；(3.2.2).當偏差值Λ T < 0，調大電動調節閥的開度；(3.2.3).當偏差值=0，電動調節閥的開度維持原狀態；C、手動調整樓棟內垂直水力失調:通過手動設定用戶回水管上的用戶自力式差壓控制閥的差壓值，實現樓棟內垂直水力失調的調整。本發明的有益效果是:在通過手動樓棟自力式差壓控制閥對水平水力失調進行初步調整的基礎上，通過采用樓棟回水溫度傳感器隨時測量樓棟的回水溫度，又采取了本地測控終端閉環控制和中央計算機控制單元遠程實時控制的雙重結構的控制系統對電動調節閥的開度進行調節，達到可靠及時的適應性調整；這里，由于自力式差壓控制閥其機械結構的特性決定，在差壓值設定后，不能根據實際運行工況的變化對設定值進行適應性的調整，因此不能真正滿足水平水力失調調整的需求，但由于其具有工作可靠、穩定的性能，采用在自力式差壓控制閥完成主體調整的基礎上，配合電動調節閥進行適應性自動調整，可以獲得更均勻的水平水力平衡效果。本發明中，還采用用戶手動自力式差壓控制閥實現了二次網垂直水力失調的調整。此外，本發明中采用自力式差壓控制閥代替傳統的自力式流量限制閥，既可實現水平水力失調和垂直水力失調的調整，又能滿足供熱系統采取熱計量方式的推廣需要。通過本發明提供的控制系統及其方法的實施提高了供熱系統二次網水力平衡性能，防止資源浪費，提高了供熱均勻性、節能性，從而提高用戶用熱的可靠性、舒適性，同時提高了系統的經濟性。
圖1是集中供熱管網二次網水力平衡控制系統的結構框圖；圖2是集中供熱管網二次網水力平衡控制系統的自動適應調整水平水力失調方法的流程圖。圖中:1中央計算機控制單元，2測控終端，20用戶供水管，30用戶回水管，3，GPRS通訊器，4球閥，5電動調節閥，6除污器，7樓棟自力式差壓控制閥，71、72樓棟自力式差壓控制閥引壓管，8回水溫度傳感器，80樓棟供水管，90樓棟回水管，9用戶自力式差壓控制閥，91、92用戶自力式差壓控制閥引壓管，Al-An樓棟，B1-Bm用戶，Cl-Cn水平水力失調控制單
J Li ο以下結合附圖和實施例對本發明詳細說明。
具體實施例方式圖1示出某供熱居民區的集中供熱管網二次網水力失調控制系統，本實施例中，圖中的η為9，m為15。即該供熱居民區有9個樓棟A1-A9，每個樓棟中有15個用戶B1-B15，并對應樓棟A1-A9有9個水平水力失調控制單元C1-C9。基于上述供熱區域，該集中供熱管網二次網水力平衡控制系統的特征在于包括遠程中央計算機控制單元I及其控制的9個與各樓棟對應設置的水平水力失調控制單元C1-C9，上述水平水力失調控制單元C1-C9分別包括與上述遠程中央計算機控制單元I連接的設置在樓棟入口的GPRS通訊器2、本地測控終端3、與上述測控終端3連接的設置在樓棟入口樓棟供水管80上的電動調節閥5、分別設置在樓棟入口樓棟回水管90上的回水溫度傳感器8及樓棟自力式差壓控制閥7，上述樓棟自力式差壓控制閥的兩引壓管71、72分別連接在該閥的出水側樓棟回水管90和電動調節閥進水側樓棟供水管80上；并在樓棟內各用戶入口的用戶回水管30上設置控制垂直水力失調的用戶自力式差壓控制閥9，上述用戶自力式差壓控制閥的兩引壓管91、92分別連接在該閥出水側用戶回水管30和用戶入口的用戶供水管20上。如圖1所示，在樓棟供水管80和用戶供水管20及樓棟回水管90和用戶回水管30上分別設有控制管路開、閉的球閥4，在在樓棟供水管80和用戶供水管20上還設有對管路中的雜質進行除污凈化的除污器6，這些設施是樓棟裝置和入戶熱力小室中的標準配置設備。樓棟自力式差壓控制閥7采用了 Honeywell公司的型號為Kombi_3-plus的自力式差壓控制閥，其功能是⑴.對二次網水平水力失調進行初步調整。⑵.限制電動調節閥回路的差壓值，保證電動調節閥5的正常工作。自力式差壓控制閥的工作原理是當熱水介質通過閥芯、閥座截流后，進入電動調節閥回路，而電動調節閥的壓差通過引壓管71、72分別引入自力式差壓控制閥的上下膜室，在上下膜室內產生推動力，與其彈簧的反作用力相平衡，從而決定了閥芯與閥座的相對位置，而閥芯與閥座的相對位置確定了壓差值的大小；當被控壓差變化時，力的平衡被破壞，從而帶動了閥芯運動，改變了閥的阻力系數，達到保證控制壓差為設定值的作用，從而限制電動調節閥回路的差壓值，確使工作壓差不超過最大允許壓差，保證電動調節閥的正常工作。上述用戶自力式差壓控制閥9也米用了 Honeywell公司的型號為Kombi_3-plus的自力式差壓控制閥，其功能是消除二次網垂直水力失調。電動調節閥5采用丹佛斯有限公司的VF2+AME55電動調節閥，其功能是對二次網水力失調進行水平失調適應性自動調整，其開度數據通過有線形式傳至測控終端4。設置在供熱管網管理中心的中央計算機控制單元I為現有計算機硬件系統，主機內存儲各樓棟回水溫度設定值t的計算程序，該設定值為與室外溫度相關的函數值；中央計算機控制單元I的功能是通過向各樓棟測控終端2提供樓棟回水溫度設定值t控制電動調節閥5的開度，進而控制調整二次網水平水力失調達到水平水力平衡；同時通過分別設置在9個樓棟的GPRS通訊器3接收來自各樓棟測控終端2上傳的該樓棟回水溫度數據和電動調節閥開度反饋數據進行監測。上述測控終端2采用了天津市藍深科技發展有限公司的GT50測控終端，該測控終端是直接應用于工業現場的工控機，為包括多種模板的一體化設備，機內存儲二次網水力失調控制程序、本地樓棟回水溫度初始設定值h、接受中央計算機控制單元I下傳的樓棟回水溫度設定值t，并計算采集的樓棟回水溫度數值T和樓棟回水溫度設定值t的偏差值Δ T，進而把計算的偏差值Λ T換算成控制量控制電動調節閥5進行開度調整，實現本地閉環控制；在遠程通訊正常狀態下，采取中央計算機控制單元下發的樓棟回水溫度設定值t進行閉環控制；當遠程通訊出故障時，采用通訊故障前中央計算機控制單元下發的最近時間的樓棟回水溫度設定值t或本地樓棟回水溫度初始設定值h進行本地閉環控制。GPRS通訊器的功能是實現測控終端與中央計算機控制單元的雙向數據通訊的通訊設備，采用目前常規使用的APN虛擬專網的通訊方式，本例中選用了天津市藍深科技發展有限公司的GPRS通訊器。以下為采用上述集中供熱管網二次網水力平衡控制系統進行水力平衡控制的方法，其特征在于包括如下步驟:A、手動初步調整水平水力失調:通過手動設定樓棟回水管90上的樓棟自力式差壓控制閥7的差壓值，實現水平水力失調的初步調整；B、自動適應調整水平水力失調，參見圖2:(I).中央計算機控制單元I依據室外溫度計算出樓棟回水溫度設定值t，并判斷通訊系統是否有故障:(1.1).當通訊系統正常時，則啟動遠程控制，測控終端2接收中央計算機控制單元I的樓棟回水溫度設定值t，并進入步驟⑵；(1.2).當通訊系統有故障時，則啟動本地控制，進入步驟⑶；⑵.測控終端2通過溫度傳感器8采集樓棟回水溫度T及電動調節閥5的開度數據并上傳至中央計算機控制單元I;并將采集的樓棟回水溫度T與接收的中央計算機控制單元I的樓棟回水溫度設定值t進行偏差值計算，得到偏差值Λ T=T-t，并把偏差值Λ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥5的開度:(2.1).當偏差值Λ T > 0，調小電動調節閥5的開度；(2.2).當偏差值Λ T < 0，調大電動調節閥5的開度；(2.3).當偏差值Λ T=O,電動調節閥5的開度維持原狀態；(3).測控終端2采集樓棟回水溫度T及電動調節閥5的開度數據；并判斷是否接收過樓棟回水溫度設定值t:(3.1)當測控終端2接收過樓棟回水溫度設定值t時，將采集的樓棟回水溫度T與通訊故障前中央計算機控制單元I下發的最近時間的樓棟回水溫度設定值t進行偏差值計算，得到偏差值Λ T=T-t，并把偏差值Λ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥5的開度:(3.1.1).當偏差值Λ T > 0，調小電動調節閥5的開度；(3.1.2).當偏差值Λ T < 0，調大電動調節閥5的開度；(3.1.3).當偏差值=0，電動調節閥5的開度維持原狀態；(3.2)當測控終端2沒接收過樓棟回水溫度設定值t時，將采集的樓棟回水溫度T與測控終端存儲的本地樓棟回水溫度初始設定值h進行偏差值計算，這里回水溫度初始設定值h根據不同地區的不同氣候情況進行設定，計算得到偏差值Λ T=T-t,并把偏差值Λ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥5的開度:(3.2.1).當偏差值Λ T > 0，調小電動調節閥5的開度；(3.2.2).當偏差值Λ T < 0，調大電動調節閥5的開度；(3.2.3).當偏差值=0，電動調節閥5的開度維持原狀態；C、手動調整樓棟內垂直水力失調:通過手動設定用戶回水管30上的用戶自力式差壓控制閥9的差壓值，實現樓棟內垂直水力失調的調整。綜上所述，本發明中，通過采用樓棟自力式差壓控制閥對二次網進行手動水平水力失調初步調整，用電動調節閥進行水平水力失調的自動適應調整，同時結合采用用戶手動自力式差壓控制閥進行二次網垂直水力失調的調整，實現了對二次網水力平衡的綜合調整，獲得了更均勻的水力平衡效果。尤其，在電動調節閥進行水平水力失調自動調整過程中通過樓棟回水溫度傳感器隨時測量樓棟的回水溫度，并采用了由中央計算機控制單元遠程實時控制和本地測控終端閉環控制相結合的雙重結構，實現了二次網水平水力平衡的可靠、及時、適應性調整。當檢測的樓棟回水溫度T高于中央計算機控制單元計算的樓棟回水溫度設定值t或本地樓棟回水溫度初始設定值h時，說明該棟樓的供熱流量較大，此時調小電動調節閥5的開度，直至樓棟回水溫度T與樓棟回水溫度設定值t或本地樓棟回水溫度初始設定值h —致后維持閥門開度；當檢測的樓棟回水溫度T低于樓棟回水溫度設定值t或本地樓棟回水溫度初始設定值h時，說明該棟樓的供熱流量較小，此時調大電動調節閥5的開度，直至樓棟回水溫度T與樓棟回水溫度設定值t或本地樓棟回水溫度初始設定值h —致后維持閥門開度；當檢測的樓棟回水溫度T與樓棟回水溫度設定值t或本地樓棟回水溫度初始設定值h —致時，說明該棟樓的供熱流量正常，因此電動調節閥維持開度不變。通過本發明提供的控制系統及其方法的實施提高了供熱系統二次網水力平衡性能，防止資源浪費，提高了供熱均勻性、節能性，從而提高用戶用熱的可靠性、舒適性，同時提高了系統的經濟性。
權利要求
1.一種集中供熱管網二次網水力平衡控制系統，其特征在于包括遠程中央計算機控制單元及其控制的若干與各樓棟對應設置的水平水力失調控制單元，所述水平水力失調控制單元包括與所述遠程中央計算機控制單元連接的設置在樓棟入口的GPRS通訊器、本地測控終端、與所述測控終端連接的設置在樓棟入口樓棟供水管上的電動調節閥、分別設置在樓棟入口樓棟回水管上的回水溫度傳感器及樓棟自力式差壓控制閥，所述樓棟自力式差壓控制閥的兩引壓管分別連接在該閥的出水側樓棟回水管和電動調節閥進水側樓棟供水管上；并在樓棟內各用戶入口用戶回水管上設置控制垂直水力失調的用戶自力式差壓控制閥，所述用戶自力式差壓控制閥的兩引壓管分別連接在該閥出水側用戶回水管和用戶入口的用戶供水管上。
2.一種應用如權利要 求1所述的集中供熱管網二次網水力平衡控制系統進行水力平衡控制的方法，其特征在于包括如下步驟: A、手動初步調整水平水力失調: 通過手動設定樓棟回水管上的樓棟自力式差壓控制閥的差壓值，實現水平水力失調的初步調整； B、自動適應調整水平水力失調: (1).中央計算機控制單元依據室外溫度計算出樓棟回水溫度設定值t，并判斷通訊系統是否有故障: (1.1).當通訊系統正常時，則啟動遠程控制，測控終端接收中央計算機控制單元的樓棟回水溫度設定值t，并進入步驟⑵； (1.2).當通訊系統有故障時，則啟動本地控制，進入步驟⑶； (2).測控終端采集樓棟回水溫度T及電動調節閥的開度數據并上傳至中央計算機控制單元；并將采集的樓棟回水溫度T與接收的中央計算機控制單元的樓棟回水溫度設定值t進行偏差值計算，得到偏差值Λ T=T-t，并把偏差值Λ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥的開度: (2.1).當偏差值ΛT > O，調小電動調節閥的開度； (2.2).當偏差值ΛT < O，調大電動調節閥的開度； (2.3).當偏差值Λ T=O,電動調節閥的開度維持原狀態； (3).測控終端采集樓棟回水溫度T及電動調節閥的開度數據；判斷是否接收到樓棟回水溫度設定值t: (3.1)當接收到樓棟回水溫度設定值t時，將采集的樓棟回水溫度T與通訊故障前中央計算機控制單元下發的最近時間的樓棟回水溫度設定值t進行偏差值計算，得到偏差值Δ T=T-t,并把偏差值Λ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥的開度: (3.1.1).當偏差值Λ T > 0，調小電動調節閥的開度； (3.1.2).當偏差值Λ T < 0，調大電動調節閥的開度； (3.1.3).當偏差值=0，電動調節閥的開度維持原狀態； (3.2)當沒接收到樓棟回水溫度設定值t時，將采集的樓棟回水溫度T與測控終端存儲的本地樓棟回水溫度初始設定值h進行偏差值計算，得到偏差值Λ T=T-t，并把偏差值Λ T轉換成4-20ma的模擬控制信號，控制電動調節閥的開度: (3.2.1).當偏差值Λ T > 0，調小電動調節閥的開度；(3.2.2).當偏差值Λ T < O，調大電動調節閥的開度； (3.2.3).當偏差值=0，電動調節閥的開度維持原狀態； C、手動調整樓棟內垂直水力失調: 通過手動設定用戶回水管上的用戶自力式差壓控制閥的差壓值，實現樓棟內垂直水力失調的調 整。
全文摘要
本發明涉及集中供熱管網二次網水力平衡控制系統及其控制方法，特征是包括遠程中央計算機控制單元及若干對應樓棟的水平水力失調控制單元，該控制單元包括設在樓棟入口的GPRS通訊器、本地測控終端、樓棟供水管上的電動調節閥、樓棟回水管上的回水溫度傳感器及樓棟自力式差壓控制閥，樓棟內用戶回水管上設用戶自力式差壓控制閥。方法為；A.手動初步調整水平水力失調B.自動適應調整水平水力失調中央計算機控制單元依據室外溫度計算出樓棟回水溫度設定值t，測控終端采集樓棟回水溫度T及電動調節閥開度數據，計算偏差值△T，進而控制電動調節閥開度；C.手動調整垂直水力失調。本發明優點保證均勻供熱，節能降耗。
文檔編號F24D19/10GK103075760SQ20131003747
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者黃鸞, 董現海 申請人:天津市熱電設計院