一种换热站自动控制系统的温度调节控制装置及方法
【专利摘要】本发明属于换热站控制系统技术领域，公开一种换热站自动控制系统的温度调节控制装置及方法，该方法采用的控制装置包括换热器一次侧的电动调节阀、二次侧恒定的供水温度传感器、分析处理模块、调节阀模块、控制模块、触摸屏，所述触摸屏通过分析处理模块、调节阀模块、控制模块与换热器一次侧的电动调节阀相连；分析处理模块的温度采集端通过信号线与二次侧恒定的供水温度传感器连；所述触摸屏的人机交互界面上设置有供水温度设定触摸键及调节阀的参数比例增益设定触摸键。本发明能够保证二次侧有一个恒定的供水温度，保证热网的热力平衡，保证了供热系统能够安全可靠地运行，其制作简单、水压波动小，响应快，节能效果明显。
【专利说明】
-种换热站自动控制系统的溫度调节控制装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于换热站控制系统技术领域，主要设及一种换热站自动控制系统的溫度 调节控制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，随着城市集中供热规模的不断扩 大，科学的管理热力管网具有非常重大的经济和社会效益。换热站和热水管网是连接热源 和热用户的重要环节，在整个供暖系统中具有举足轻重的作用。
[0003] 目前我国的采暖系统比较落后，具体体现在供暖质量差，即室溫冷热不均，系统效 率低下，而且用户不能自行设定和调节室溫等;缺乏控制手段，只有简单的调节手段，没有 恒溫装置，供热不足和过度时，没有有效的调节手段;缺乏计量手段，没有计量收费造成用 户不主动节能，也造成管理人员缺少数据来运行管理。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种换热站自动控制系统的溫度调节 控制装置及方法。
[0005] 本发明为完成其发明任务采用如下技术方案： 一种换热站自动控制系统的溫度调节控制装置，包括:换热器一次侧的电动调节阀、二 次侧恒定的供水溫度传感器、分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块、触摸屏，所述触摸 屏通过分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块与换热器一次侧的电动调节阀相连;分析 处理模块的溫度采集端通过信号线与二次侧恒定的供水溫度传感器连;所述触摸屏的人机 交互界面上设置有供水溫度1、2、3、4设定触摸键、调节阀的PID参数比例增益、积分时间、微 分时间设定触摸键。
[0006] -种换热站自动控制系统的溫度调节控制装置，所述调节阀PID模块由调节阀的 PID参数比例增益模块、积分时间模块、微分时间模块组成。
[0007] -种换热站自动控制系统的溫度调节控制装置，所述分析处理模块包括:有效性 判断处理模块、滤波处理处理模块、量值变换处理模块、PI的十算处理模块，所述有效性判断 处理模块通过滤波处理处理模块、量值变换处理模块与PID计算处理模块相连;PID计算处 理模块数据端分别与存储模块、触摸显示屏相连。
[000引一种换热站自动控制系统的溫度调节控制方法，是采用二次侧有一个恒定的供水 溫度，在换热器一次侧安装的电动调节阀的主要功能是通过调整阀口开度，调整一次管网 热水流量，控制换热器的二次供热量，保证供热质量;就是通过控制器根据触摸屏设置的溫 度与实际的二次网供水溫度进行比较，并进行PID运算，将运算结果输出到调节阀4-20mA信 号对应调节型电动阀0~100%的开度，通过调整一次侧电动调节阀的开度来实现溫度的稳 定，包括： (1)手动控制 手动控制方式为现场人员手动选择控制模式，在触摸屏上输入调节阀的开度设定值， 从而改变控制模块4-20mA的输出值； 当处于调节型电动阀的开度设定值增大时，控制模块持续缓慢地增大mA的值，直至输 出设定值对应的mA值后，调节型电动阀开大至设定的开度； 当处于调节型电动阀的开度设定值减小时，控制模块持续缓慢地减小mA的值，直至输 出设定值对应的mA值后，调节型电动阀关闭至设定的开度； 当系统失电时，电动调节阀关闭； 间自动控制 自动控制方式为现场人员手动选择控制模式，运用PID跟踪控制功能自动对一次侧高 溫水管网出口电动调节阀进行控制，实现换热器二次侧热水出口溫度的自动控制，满足用 户室溫要求； PID算法:PID跟踪控制功能为比例、积分、微分控制;在连续控制系统中，模拟PID的控 制规律形式3
式（3-1)中，拴钱)是偏差输入函数；??繳是调节器输出函数；咚>是比例系数；11是积分 时间常数;1?是微分时间常数;式(3-1)为模拟量表达式，经离散后的差分方程为
式中，T是义样周期;k是义样序号，k=0，1,2…i ;u<k>是义样时刻k时的输出值;e化)是 采样时刻k时的偏差值;e化-1)是采样时刻k-1时的偏差值。将式(3-2)简化为递推关系式形 式，
式(3_3)中，Sp是调节器设定值;氧镑是采样时刻k时的反馈值;錢接:i)是采样时刻 k-1时的反馈值；rk…、2；)是采样时刻k-2时的反馈值;式(3-3)用作编程算法使用； 根据换热站系统对溫度的调节控制要求，对PID参数进行设置，首先设置比例系数Κρ和 积分Τι、微分时间Td，触摸显示屏中开放窗口，操作人员能够通过触摸修改，预先定义"供水 溫度1设定、供水溫度2设定、供水溫度3设定、供水溫度4设定，即根据不同环境和季节下的 室外溫度设定了 4个期望值，触摸显示屏中开放窗口，操作人员可触摸修改为期望设定值 Sp，通过设定值Sp和实际测量值f(k)的二次网供水溫度化k较，来计算控制偏差e(k)，将控制 偏差转换为受控变量u< k〉输出到调节阀控制阀口开度，进而来改变实际测量值f(k)的二 次网供水溫度k，W便能快速平稳地将实际测量值fk调整到设定值，保证二次侧有一个恒定 的供水溫度。
[0009] 由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性： 一种换热站自动控制系统的溫度调节控制装置及方法，能够通过预先设置对"供水溫 度1设定、供水溫度2设定、供水溫度3设定、供水溫度4,即根据不同环境和季节下的室外溫 度设定了 4个期望值，保证二次侧有一个恒定的供水溫度。
[0010] 由于本发明采用了 PID调节方式的溫度调节控制装置组成的换热站自动控制系 统，保证了热网的热力平衡，保证了供热系统能够安全可靠地运行，实现了无人值守情况下 的远程监。，水压波动小，响应快，节能效果明显。
【附图说明】
[0011] 图1为换热站系统示意图； 图2为换热站自动控制系统示意图； 图3为一次侧电动调节阀的控制系统示意图。
【具体实施方式】
[0012] 结合附图和具体实施例对本发明加 W说明： 如图1、2、3所示，一种换热站自动控制系统的溫度调节控制装置，包括:换热器一次侧 的电动调节阀、二次侧恒定的供水溫度传感器、分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块、 触摸屏，所述触摸屏通过分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块与换热器一次侧的电动 调节阀相连;分析处理模块的溫度采集端通过信号线与二次侧恒定的供水溫度传感器连； 所述触摸屏的人机交互界面上设置有供水溫度1、2、3、4设定触摸键、调节阀的PID参数比例 增益、积分时间、微分时间设定触摸键。
[0013] 所述调节阀PID模块由调节阀的PID参数比例增益模块、积分时间模块、微分时间 模块组成。
[0014] 所述分析处理模块包括:有效性判断处理模块、滤波处理处理模块、量值变换处理 模块、PID计算处理模块，所述有效性判断处理模块通过滤波处理处理模块、量值变换处理 模块与PI的十算处理模块相连;PI的十算处理模块数据端分别与存储模块、触摸显示屏相连。
[0015] -种换热站自动控制系统的溫度调节控制方法，是采用二次侧有一个恒定的供水 溫度，在换热器一次侧安装的电动调节阀的主要功能是通过调整阀口开度，调整一次管网 热水流量，控制换热器的二次供热量，保证供热质量;就是对一次侧电动调节阀的控制，通 过控制器根据触摸屏设置的溫度与实际的二次网供水溫度进行比较，并进行PID运算，将运 算结果输出到调节阀4-20mA信号对应调节型电动阀0~100%的开度，通过调整一次侧电动调 节阀的开度来实现溫度的稳定，包括： (1)手动控制 手动控制方式为现场人员手动选择控制模式，在触摸屏上输入调节阀的开度设定值， 从而改变控制模块4-20mA的输出值； 当处于调节型电动阀的开度设定值增大时，控制模块持续缓慢地增大mA的值，直至输 出设定值对应的mA值后，调节型电动阀开大至设定的开度； 当处于调节型电动阀的开度设定值减小时，控制模块持续缓慢地减小mA的值，直至输 出设定值对应的mA值后，调节型电动阀关闭至设定的开度； 当系统失电时，电动调节阀关闭； 间自动控制 自动控制方式为现场人员手动选择控制模式，运用PID跟踪控制功能自动对一次侧高 溫水管网出口电动调节阀进行控制，实现换热器二次侧热水出口溫度的自动控制，满足用 户室溫要求； PID算法:PID跟踪控制功能为比例、积分、微分控制;在连续控制系统中，模拟PID的控 制规律形式为
式(3-1)中，e(t)是偏差输入函数;碱轉是调节器输出函数;腾是比例系数;11是积分 时间常数;1右是微分时间常数;式(3-1)为模拟量表达式，经离散后的差分方程为
式中，T是义样周期;k是义样序号，k=0，1,2…i ;u<k>是义样时刻k时的输出值;e化)是 采样时刻k时的偏差值;e化-1)是采样时刻k-1时的偏差值。将式(3-2)简化为递推关系式形 式：
式(3-3)中，Sp是调节器设定值;是采样时刻k时的反馈值;Ιβξ?- 是采样时刻 k-1时的反馈值；巧k、…是采样时刻k-2时的反馈值;式(3-3)用作编程算法使用； 根据换热站系统对溫度的调节控制要求，对PID参数进行设置，首先设置比例系数Κρ和 积分Τι、微分时间Td，触摸显示屏中开放窗口，操作人员能够通过触摸修改，预先定义"供水 溫度1设定、供水溫度2设定、供水溫度3设定、供水溫度4设定，即根据不同环境和季节下的 室外溫度设定了 4个期望值，触摸显示屏中开放窗口，操作人员可触摸修改为期望设定值 Sp，通过设定值Sp和实际测量值f(k)的二次网供水溫度化k较，来计算控制偏差e(k)，将控制 偏差转换为受控变量u< k〉输出到调节阀控制阀口开度，进而来改变实际测量值f(k)的二 次网供水溫度k，W便能快速平稳地将实际测量值fk调整到设定值，保证二次侧有一个恒定 的供水溫度。
[0016] 人机交互系统主要由触摸显示屏组成，通过通讯拓扑结构与上位机处理模块通讯，完 成数据交换，既可W监视换热机组的运行情况，也可W调整换热机组的运行状态。触摸显示 屏的界面包括工艺流程总图显示、调节回路显示、设定值显示、报警记录、历史趋势图显示， 可W对历史数据进行存储与检索。
[0017] 工艺流程总图显示：画面中显示整个换热机组工作全过程，实时显示各工艺段的 运行情况，包括该工艺流程图、所有的设备状态、所有的工艺参数W及各控制回路的详细参 数等。W便于操作者能及时准确的掌握换热机组的具体运行情况，能够对现场设备的故障 进行实时诊断。
[0018] 所有的安全调节回路显示:包括所有调节回路，可修改设定值、控制方式、调节参 数等。需要通过输入密码进入触摸显示屏的参数设置界面，便于操作者修改控制参数，操作 方便灵活并具有保护功能。
[0019] 设定值显示、报警记录:包括所有调节回路及控制回路等的设定值、控制方式、调 节参数及报警值等；出现报警后操作人员可查阅报警历史记录，便于故障分析和排除。
[0020] 历史数据的存储与检索：对重要的数据进行在线存储。可W通过历史报表或者历 史趋势曲线的方式来检索历史数据。
【主权项】
1. 一种换热站自动控制系统的温度调节控制装置，其特征是:包括:换热器一次侧的电 动调节阀、二次侧恒定的供水温度传感器、分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块、触摸 屏，所述触摸屏通过分析处理模块、调节阀PID模块、控制模块与换热器一次侧的电动调节 阀相连;分析处理模块的温度采集端通过信号线与二次侧恒定的供水温度传感器连;所述 触摸屏的人机交互界面上设置有供水温度1、2、3、4设定触摸键、调节阀的PID参数比例增 益、积分时间、微分时间设定触摸键。2. 根据权利要求1所述的一种换热站自动控制系统的温度调节控制装置，其特征是:所 述调节阀PID模块由调节阀的PID参数比例增益模块、积分时间模块、微分时间模块组成。3. 根据权利要求1所述的一种换热站自动控制系统的温度调节控制装置，其特征是:所 述分析处理模块包括:有效性判断处理模块、滤波处理处理模块、量值变换处理模块、PID计 算处理模块，所述有效性判断处理模块通过滤波处理处理模块、量值变换处理模块与PID计 算处理模块相连;PID计算处理模块数据端分别与存储模块、触摸显示屏相连。4. 一种换热站自动控制系统的温度调节控制方法，其特征是：是采用二次侧有一个恒 定的供水温度，在换热器一次侧安装的电动调节阀的主要功能是通过调整阀门开度，调整 一次管网热水流量，控制换热器的二次供热量，保证供热质量;就是通过控制器根据触摸屏 设置的温度与实际的二次网供水温度进行比较，并进行PID运算，将运算结果输出到调节阀 4-20mA信号对应调节型电动阀0~100%的开度，通过调整一次侧电动调节阀的开度实现温 度的稳定，包括： ⑴手动控制 手动控制方式为现场人员手动选择控制模式，在触摸屏上输入调节阀的开度设定值， 从而改变控制模块4_20mA的输出值； 当处于调节型电动阀的开度设定值增大时，控制模块持续缓慢地增大mA的值，直至输 出设定值对应的mA值后，调节型电动阀开大至设定的开度； 当处于调节型电动阀的开度设定值减小时，控制模块持续缓慢地减小mA的值，直至输 出设定值对应的mA值后，调节型电动阀关闭至设定的开度； 当系统失电时，电动调节阀关闭； ⑵自动控制 自动控制方式为现场人员手动选择控制模式，运用PID跟踪控制功能自动对一次侧高 温水管网出口电动调节阀进行控制，实现换热器二次侧热水出口温度的自动控制，满足用 户室温要求； PID算法:PID跟踪控制功能为比例、积分、微分控制;在连续控制系统中，模拟PID的控 制规律形式为式(3-1)中，e(〇是偏差输入函数;yft是调节器输出函数;％是比例系数;T丨是积分时 间常数;1>是微分时间常数;式(3-1)为模拟量表达式，经离散后的差分方程为式中，T是米样周期；k是米样序号，k=0,1，2…i ;u〈k>是米样时刻k时的输出值;e(k)是 采样时刻k时的偏差值;e(k-l)是采样时刻k-Ι时的偏差值； 将式(3-2)简化为递推关系式形式： u(k) ? u(k 1) %i(k) rjf(k - 1) ? r；if(k - 2) t Ss,(r；5 ? r5 i r> )(3-3) 式(3-3)中，\是调节器设定值;是采样时刻k时的反馈值;ff|? Cl)是采样时刻k- 1时的反馈值；iG< 一 是采样时刻k-2时的反馈值;式(3-3)用作编程算法使用； 根据换热站系统对温度的调节控制要求，对PID参数进行设置，首先设置比例系数心和 积分h、微分时间TD，触摸显示屏中开放窗口，操作人员能够通过触摸修改，预先定义"供水 温度1设定、供水温度2设定、供水温度3设定、供水温度4设定，即根据不同环境和季节下的 室外温度设定了 4个期望值，触摸显示屏中开放窗口，操作人员可触摸修改为期望设定值 SP，通过设定值SP和实际测量值f(k)的二次网供水温度k比较，来计算控制偏差e(k)，将控制 偏差转换为受控变量u〈 k >输出到调节阀控制阀门开度，进而来改变实际测量值f(k)的二 次网供水温度k，以便能快速平稳地将实际测量值fk调整到设定值，保证二次侧有一个恒定 的供水温度。
【文档编号】G05D23/32GK106066656SQ201610669062
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年8月16日
【发明人】王莎莎, 程胜革, 雷宏展
【申请人】河南柴油机重工有限责任公司