北京金碟科苑电子技术有限公司
 
   
   
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  •  上地基地换热系统的自动控制改造
 
一、 上地信息产业基地能源服务概述
    北京上地信息产业基地是1991年10月经国家科委、北京市人民政府批准建立的我国第一个以电子信息产业为主
导,集科研、开发、生产、经营、培训和服务为一体的综合性高科技产业基地。负责上地信息产业基地区域集中供
热系统运行管理的实创热电公司主要承担向基地进驻企业及生活区居民提供能源服务,系统全部投运后可满足基地
1.8Km2范围内近200万m2各类建筑的生产、生活、供热、制冷用蒸汽。采用0.6MPa的饱和蒸汽为基本热力工作介质:
冬季作为各用户采暖系统的热源,通过换热器(多数为板式换热器)的工作使采暖循环水达到设计温度;夏季以0.6MPa
的饱和蒸汽通过溴化锂制冷机(多数为蒸汽型双效式)的工作循环满足用户的舒适性及工艺性空调要求。
    整个自动化改造的电脑和控制部分选用威达工控机和牛顿-7000系列分散式数据采集模块,经过一年来的运行,
系统稳定可靠,达到了设计要求。下面对系统的每个部分作详尽介绍。
     1.热源
    上地信息产业基地供热厂锅炉房包括4台35吨/时、1.57MPa饱和蒸汽锅炉和3台10吨/时、1.25MPa饱和蒸汽单层
布置组装式饱和蒸汽锅炉,总安装容量170吨/时。主辅锅炉房分别安装有鼓引风机、给水泵、除尘器及水处理设备。    
     2.区域热力管网
     在上地信息产业基地内环形布置了一套区域供热管网,全长5.2Km,由于两根蒸汽管无论对供热(制冷)负荷变
化的适应性还是对提高供汽的可靠性方面都较为有利故蒸汽采用双母管制。为节约能源确保蒸汽凝结水的回收,在
热力管网内同时布置了一根冷凝回水管,要求各蒸汽用户采用闭式回水系统利用凝结水泵进行冷凝水的回打,并保
证冷凝回水率不低于80%。                               
    3. 热制冷站点
    蒸汽进入换热制冷站点后经减压阀送入换热制冷设备,夏季由溴化锂吸收式制冷机组产生7~12℃冷水,用冷冻
水泵通过管道供给空调机组或风机盘管及新风机组等末端装置,站点内配备凝水泵、补水泵、凝水水箱、补水水箱
和软化水装置,在楼顶设置冷却塔;冬季由板式换热器制备55~70℃热水,用采暖循环水泵通过管道供给风机盘管
及新风机组(部分系统末端采用散热器),换热站点内配备软化水装置用以制备软化水供采暖系统循环水使用,在顶
层设置膨胀水箱,出现各类原因造成的系统水压不足(主要表现为膨胀水箱液位降低)需要启动补水泵自补水水箱(某
些系统补水箱与凝水箱共用)进行补水,当凝水水箱液位达到一定值时,启动凝水泵向热网进行凝水回打。
    如此,整个基地只需一套单一热力介质的生产输送系统配合各换热制冷站点的二次系统便可满足进驻企业及生
活区居民的多方面需求,根据采暖和制冷负荷在冬夏两季的不同而分别运行一种炉型,锅炉的利用率较高,同时也
便于相互备用以保安全运行。而各换热制冷站点的设备型号、工艺流程则各异,设计选用设备的不恰当会造成运行
管理的困难,而运行管理的困难则直接关系到设备的使用寿命、运行的安全稳定等,发现各换热制冷站点的不完善
情况,予以分析、解决,在运行管理中提高设备的使用效能,使设备长期安全可靠、高效节能的运行成为从事基地
能源服务人员的重要课题。事实上,以往的运行管理中更多依靠于运行人员的主观能动,不同运行人员的工作水平
不同使得能源消耗比例大小、设备完好程度、能否及时发现隐患等都存在较大差别,运行人员长期运用同一技术,
缺少新技术、新知识的推动作用使得大多数人思想上不重视业务技术的学习,由此实创热电公司1999年下大力气推
行技术改造,旨在带动员工技术水平的提高,更重要的是通过新技术的运用筛选出一批跟上知识更新的朝气蓬勃的
员工队伍;本着锻炼队伍的思想,此项工作计划初期即准备自行完成,并首先从换热系统入手,经过方案初设的讨
论及各专业部门的全面论证决定采用计算机采集与控制方式的监控系统。
     二、 系统原理
     本系统为计算机监控系统,又称DDC系统,即直接控制系统,它对测量数据的处理以及控制算法都是以数字计
算为基础,通过软件实现的。同大多数计算机监控系统一样,主体部分由计算机、现场模块、传感器及执行器等部
件组成。
    1、计算机控制器: 计算机是计算机监控系统的核心,它的主要特点如下:
    1)计算机控制器的工作过程完全由预先编制的软件决定,而常规仪表是由电子逻辑电路或其他机械硬件逻辑实
现,控制管理功能是由软件还是由硬件实现是计算机控制与常规仪表控制的主要区别。
    2)本系统运行以VB编制的程序,将各种输入信号通过数据总线直接接到计算机输入端口,从而实现数据采集与
控制管理保护功能,而不是象常规仪表控制器由各自独立的一对一的单回路控制或保护电路构成,如此计算机控制
器就有可能全面考虑受控对象的各种参数,对其进行统一的系统性的控制、保护及管理。
    3)计算机控制器可以通过图形化的界面友好地同用户进行信息交流,如报警的信息框、运行时间的统计等,大
大方便了用户管理设备。                              
     2、现场模块
    由威达工控牛顿7000系列现场模块完成数据采集与控制信号向执行器的发送,再通过RS485通讯方式将信号传
送制转换器,转换成能与计算机串口连接的RS232通讯方式。
     3、传感器
    传感器感测出需要监测控制的各种物理量并将其变为���信号送至计算机,相当于计算机控制系统的眼睛。本系
统将各类参数的状态以电压、开关信号等方式传送至现场模块,主要有压力传感器、温度传感器、液位传感器及电
流传感器。
    4、执行器
指可由计算机直接控制的各种开关和阀门,计算机通过调整执行器来具体实现控制功能,相当于计算机控制系统的
手和脚。控制器通过现场模块的两类输出通道与执行器连接:
    1)开关量输出通道(DO)。它可以由控制软件将输出通道设置成高电平或低电平,通过驱动电路即可带动继电器
或其他开关元件,也可以驱动指示灯显示状态;
    2)模拟量输出通道(AO)。输出的信号是0~10V的电压,其值的大小是由控制软件决定的,由于计算机内部处理
的信号都是开关量信号,因此这种可连续变化的模拟量信号是通过数字-模拟转换电路(D/A)产生的。
    阀门电动执行器是由电机通过机械减速系统与阀门相连,来控制电机的正转、反转或停转,可以使阀门开大、
关小或不动,下页图为电动执行器的电路原理图。
    本系统选用兰吉尔公司的电动执行阀门,接收现场模块发送的0~10V信号调整阀门开度。                              
    5、供电电源
    共3块,分别为电动执行阀门、压力传感器、电流传感器及现场模块供电。
    6、通讯网(屏蔽线双绞线)
    为减少对信号的干扰,整套系统均用屏蔽双绞线进行信号的传输。
		    图14  电动执行器的电路原理图
                         上地基地换热系统的自动控制改造
                            
    三、硬件构成
    1、硬件框架图如图15所示。
    2、硬件主体:对各类传感器、现场模块及执行器等分述如下:

     1)传感器
    (1)压力传感器
    4040PC型压力传感器为霍尼韦尔开发的第一个采用
单芯片的压力变送器,它的封装适合用于严酷环境,工
作温度为-45~125℃,结构是由不锈钢、玻璃、焊剂、
硅和黄铜组成。采用完全校整和温度补偿,提供线性放
大的输出,基于压阻特性的单芯片技术极大地提高了长
期使用的可靠性。变送器由5VDC供电,输出变化幅度4V,
从0.5~4.5VDC线性正比于输入压力。

    (2)液位传感器
    霍尼韦尔LL系列液位开关可提供非常准确的液位测
量,1个LED和1个光电接收器被放入塑料的半圆球内,根
据光的内部反射原理,当无液体时,绝大多数LED光都会
被光电接收器接收到,当液体覆盖球表面时,圆球顶与
液体界面的折射系数发生变化,光电接收器接收的LED光
将会减少,因此输出将会发生变化,开/关输出信号与现
场模块数字量输入端相连从而为计算机定时读取。                      图15  上地基地换热系统自动控制硬件构成
     供电电源:光电施密特管5V
     输出电流:最大40mA,NPN
     输出:空气中高电平、液体中低电平                                
     (3)电流传感器
     型号CSNE151电流传感器是基于霍尔效应及零磁场平衡原理(反馈系统)来测量电流的。传感器内部磁场总是被控制
在零点,用以平衡零磁场的电流是流过导体的初级电流乘以初次级线圈的比例系数。闭环电流就是传感器的输出,且反
映初级电流被次级线圈减少的关系,电流输出可以通过外接电阻转换为电压输出。
    供电电源:±15VDC
    输出/输入电流比:25mA/25A
    (4)温度传感器
    选用热电阻温度传感器,热电阻是随温度变化的测温元件,其电阻值随温度上升而增大,其受热部分(感温元件)用
细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上,工业上用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻两大类,本系统使用的是铂热
电阻,分度号为Pt100,适用温度范围-200~850℃,两个接线端柱,允差±(0.3+0.005|t|),普通热电阻基本结构除
感温元件外,还有保护套管、安装固定装置、接线盒等。铠装铂热电阻的外壳采用坚固耐磨的不锈钢作铠套,内部充满
高密度氧化物作为绝缘体,感温元件被紧固在铠套端部内。
    2)现场模块
    本系统选用威达工控的牛顿7000系列现场模块,全部为9600bps,功能及地址、通道分配如下:
(1)牛顿-7060
功能    通过液位传感器采集凝结水箱的液位信号,根据液位状况在高液位有水时起凝水泵,低液位无水时停凝水泵
地址	01
In3	    采集高液位信号
In4	    采集低液位信号
RL3NC	控制凝水泵停止
RL1NO	控制凝水泵起动                               
(2)牛顿-7017
功能	通过压力传感器采集各种压力信号
地址	02
Vin0	供水压力
Vin1	补水泵出口压力
Vin2	循环泵出口压力
Vin3	凝水泵出口压力
Vin5	除污器后回水压力
Vin6	换热器入口蒸汽压力
Vin7	入户蒸汽压力
(3)牛顿-7033
功能	通过温度传感器采集供回水温度
地址	03
Sense0	供水温度
Sense1	回水温度
(4)牛顿-7060
功能	通过液位传感器采集膨胀水箱的液位信号,根据液位状况在低液位无水时起补水泵,高液位有水时停补水泵
地址	04
In3     采集高液位信号
In4     采集低液位信号
RL3NC	控制1#补水泵停止
RL1NO	控制1#补水泵起动
RL4NC	控制2#补水泵停止
RL2NO	控制2#补水泵起动                               
(5)牛顿-7024
功能	根据软件程序计算得出的值向电动执行阀门发送0~10V的电压信号以控制阀门开度
地址	05
Vout0	输出电压信号至电动执行阀
(6)牛顿-7017
功能	通过电流传感器采集循环泵的电流
地址	06
Vin3	1#循环泵电流
Vin4	2#循环泵电
(7)牛顿-7060
功能	控制循环泵的起停
地址	07
RL3NC	控制1#循环泵停止
RL1NO	控制1#循环泵起动
RL4NC	控制2#循环泵停止
RL2NO	控制2#循环泵起动                               
(8)牛顿-7520
功能	实现RS485与RS232通讯方式的转换
 
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