供熱控制系統(tǒng)問題及解決措施
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摘要：對太古集中供熱控制系統(tǒng)進行了介紹，歸納總結了太古集中供熱控制系統(tǒng)的故障，并通過分析其故障產(chǎn)生的原因，從控制服務器故障處理、通訊故障處理、UPS故障處理等方面，提出了針對性的解決措施，從而更好的保障集中供熱自動控制系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定高效運行。
關鍵詞：集中供熱；自動控制；故障處理
1概述
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，自動化控制設備在集中供熱系統(tǒng)的應用更加廣泛，集中供熱系統(tǒng)的自控運行管理也趨于完善。通過自控系統(tǒng)的深入實施和熱網(wǎng)的集中管理，使得熱網(wǎng)資源的利用率得到持續(xù)提高。本文以太古集中供熱系統(tǒng)為例，介紹了太古供熱的自動控制系統(tǒng)以及總結運行以來常見故障以及處理方法［1］。太古集中供熱系統(tǒng)涉及熱源、熱網(wǎng)、換熱站和熱用戶，隨著供熱規(guī)模的擴大，供熱系統(tǒng)復雜程度不斷提高，原有的人工調整方式嚴重制約城市大熱網(wǎng)的精細化控制。必須借助先進的自動化控制技術和設施設備來實現(xiàn)集中控制。集中供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)自動化控制是在各個熱網(wǎng)換熱站、關鍵管線節(jié)點上安裝自動控制設備，建設自動化控制總站，并對熱網(wǎng)傳遞上來的數(shù)據(jù)信息進行綜合分析研判，并執(zhí)行相應的調整。太古集中供熱自動控制系統(tǒng)包括機電設備層、就地儀表層、現(xiàn)場控制層、通信網(wǎng)絡層、中央監(jiān)控層、信息管理層（見圖1），自動控制能夠實現(xiàn)熱網(wǎng)運行系統(tǒng)的自動精細控制，使得城市集中供熱系統(tǒng)的熱量實現(xiàn)均衡輸出，減少了資源、能源的消耗，提升了供熱服務質量［2］。
2太古集中供熱控制系統(tǒng)
太古集中供熱自動化控制系統(tǒng)包括高溫網(wǎng)系統(tǒng)和一級網(wǎng)系統(tǒng)，一般涉及電動閥門的開度控制、變頻器的頻率調整等內容［3］。
2．1太古一級網(wǎng)系統(tǒng)
太古集中供熱一級網(wǎng)系統(tǒng)通過全網(wǎng)平衡控制系統(tǒng)進行控制，以溫度和熱量為控制目標，通過調節(jié)閥門開度和分布式回水加壓泵的頻率進行流量控制，實現(xiàn)溫度和熱量的控制。在系統(tǒng)運行的過程中，現(xiàn)場PLC采集并計算二次循環(huán)水的溫度變化，并上傳計算結果，服務器對比目標參數(shù)與現(xiàn)場參數(shù)差異，下達閥門開度要求到對應的現(xiàn)場控制器上，現(xiàn)場根據(jù)接收到的指令信息來完成對電動閥門開度的調整。常規(guī)換熱站自控設備設置見圖2［4］。
2．2高溫網(wǎng)系統(tǒng)
太古集中供熱高溫網(wǎng)系統(tǒng)主要包括三個中繼泵站（1號、2號、3號）、事故補水站及中繼能源站。高溫網(wǎng)下位控制系統(tǒng)通過PLC柜控制變頻器和風機運行、閥門開關以及自動補水系統(tǒng)。以2號泵站為例來介紹單個泵站的自控實現(xiàn)方法。2號泵站車間有2個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)有供回水泵各4臺，共計16臺水泵，供回水進出口主閥及旁通閥16個?？刂葡到y(tǒng)包括，控制運行計算機2臺、主PLC集控柜1臺，與水泵1∶1匹配水泵就地PLC柜16臺。水泵及閥門控制系統(tǒng)有遠程、就地2種控制模式。系統(tǒng)主要的控制流程如下：太古集中供熱高溫網(wǎng)自控系統(tǒng)計算機上位系統(tǒng)采用的是西門子的WinCCOA系統(tǒng)，現(xiàn)場PLC下位系統(tǒng)采用logix5000（如圖3所示）。調度中心通過服務器的WinCCOA程序下發(fā)指令通過logix5000程序至主PLC集控柜的CPU。CPU系統(tǒng)收集到指令，將收集整理的數(shù)據(jù)信息進行匯總分析，之后將其數(shù)據(jù)信息傳送到現(xiàn)場水泵就地PLC柜及閥門。就地PLC會根據(jù)處理結果發(fā)出指令，變頻器根據(jù)指令的要求去控制循環(huán)水泵啟停及運行頻率，通過固定的數(shù)據(jù)，變頻器能夠在二次循環(huán)中進行定壓、定流量處理，從而使得熱網(wǎng)能夠保證有序、合理的運轉狀態(tài)。閥門本體與主PLC集控柜之間是由控制線直連的，包括控制信號與反饋信號。閥門在收到主PLC集控柜的CPU的信息后，會根據(jù)指令執(zhí)行開閥、關閥、停止的信號。閥門會將開度、開關到位、故障信號等反饋到調度中心控制電腦［5］。
3太古集中供熱控制系統(tǒng)的故障
太古集中供熱控制系統(tǒng)已經(jīng)安全平穩(wěn)運行5個采暖季。對投運以來的故障進行統(tǒng)計分類，歸納如下。
3．1通訊故障
各泵站與調度中心之間的數(shù)據(jù)和操控指令傳輸通過電信城域網(wǎng)的通訊方式進行傳輸（如圖4所示），通訊系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的“傳輸神經(jīng)”，如果在運行時期調度中心機房服務器與泵站發(fā)生通訊故障，調度中心人員無法實時監(jiān)測生產(chǎn)數(shù)據(jù)，相當于失去了“眼睛”，不能做出及時準確的判斷，并且操作指令無法下發(fā)，長時間通訊終端還會影響其他關聯(lián)工作站、操作控制系統(tǒng)的運行。通過多年的運行觀察，導致通訊出現(xiàn)故障的原因一般是交換機、路由器故障及通訊光纜中斷。
3．2UPS故障
電是控制系統(tǒng)的動力之源。控制系統(tǒng)除了接入市電外，自控系統(tǒng)PLC柜、計算機、服務器和通信設備等均需要接入UPS，在市電發(fā)生故障時，電源無擾切換至UPS電源供電，確保系統(tǒng)可以繼續(xù)穩(wěn)定運行，不會驟然停車，保證有足夠時間執(zhí)行緊急停運和處理故障，UPS的常見故障有：1）UPS電池使用時間嚴重超過服役年限。2）UPS電池長期未進行充放電測試。3）誤將UPS的極性接反，從而會導致逆變器的損毀。4）連接好電池后沒有將電池的開關打開。5）線路維修更改了原本的相序，導致UPS電源不能正常啟動。
3．3PLC模塊故障
PLC模塊是控制系統(tǒng)的“功能器官”，PLC模塊故障是一種常規(guī)故障，一般PLC顯示屏可顯示模塊故障代碼。PLC模塊常見故障有：1）外圍電路元器件故障。自動控制系統(tǒng)的PLC模塊控制一旦出現(xiàn)元器件損傷，整個控制柜系統(tǒng)就會停止工作。同時，PLC控制柜輸出端子帶負載能力是有限的，一旦超過了規(guī)定的最大數(shù)值，就需要及時對外接繼電器或接觸器才能夠重新恢復工作。2）輸入端燒毀或輸入卡損壞?，F(xiàn)場儀器或傳感器送來PLC的模擬輸入信號在顯示屏上的數(shù)據(jù)不正常，用標準信號發(fā)生器替換模擬輸入信號數(shù)據(jù)也顯示不正常。3）輸出卡出現(xiàn)故障。PLC或控制器的模擬輸出有問題，利用顯示屏的數(shù)據(jù)輸入功能給該模擬輸出端輸出一個固定的模擬信號，如果還是有問題，即可初步判定該輸出卡有故障。
3．4接線端子接觸不良
接線端子是連接器的一種，是連接自控設備和導線的專用設備，外部的電壓、電流、信號傳遞到與之匹配的連接器接觸件上。因此，要求接觸件具備優(yōu)良的結構。但是由于接觸件結構設計不合理、材料選用錯誤、模具不穩(wěn)定、加工尺寸、表面粗糙等都會引發(fā)端子接線的接觸不良。端子接線接觸不良一般會在工作一段時間后顯示出來。具體表現(xiàn)機理是控制柜配線出現(xiàn)缺陷或者使用中震動加劇會引發(fā)接觸不良的問題。
3．5傳感器故障
傳感器是控制系統(tǒng)的“感知器官”。集中供熱系統(tǒng)中常見的傳感器有壓力、溫度、流量、液位傳感器，這些設備是熱網(wǎng)運行的重要數(shù)據(jù)來源，在系統(tǒng)運行過程中常會出現(xiàn)的故障如下：1）傳感器不顯示數(shù)值?？赡艿脑驗殡娫淳€路斷路、電源故障、PLC模擬輸入通道問題或儀表本體電路損壞。2）數(shù)值誤差大?？赡艿脑驗榱砍淘O定、取源位置、PLC模擬輸入通道問題或儀表本體電路損壞，同時這些儀表要定期進行校準。
3．6電動調節(jié)閥故障
電動調節(jié)閥在系統(tǒng)運行過程中常會出現(xiàn)的故障有指令給定開度和閥門實際開度不一致、閥門反饋信號錯誤。故障原因可以從以下幾方面進行判定：給定通道模擬量輸出是否正常、反饋通道模擬量輸入是否正常、閥體是否有異物卡住、重新上電復位閥門或者手動校準閥門、查看執(zhí)行器與閥體是否匹配、閥門本體有沒有進水、控制線纜有沒有中斷等。
4自動控制系統(tǒng)故障的解決對策
自動控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行對太古集中供熱系統(tǒng)尤其是太古高溫網(wǎng)系統(tǒng)至關重要，因此在自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因，快速找到故障辦法，保證供熱系統(tǒng)的正常運行。當出現(xiàn)因自控系統(tǒng)故障而導致系統(tǒng)停止，需要維保人員快速查找原因，采取相應的解決對策。結合近幾年采暖季發(fā)生的故障，總結了以下幾點故障處理措施［6－7］。
4．1控制服務器故障處理
控制服務器為整個供熱自控系統(tǒng)的核心大腦，當發(fā)生故障時，不能正常反映現(xiàn)場的運行參數(shù)，操作指令無法下發(fā)。為防止故障的發(fā)生，控制系統(tǒng)服務器設置兩臺服務器互為冗余，當主服務器發(fā)生故障時，系統(tǒng)會自動切換至備用冗余服務器，待自控人員處理完故障時，再將服務器切換至主服務器，期間對控制系統(tǒng)不會產(chǎn)生任何影響。并且，在日常運行過程中，定期對服務器進行點檢，檢查服務器硬盤容量，保證服務器正常運行；定期對兩臺服務器進行手動切換，確保備用服務器一直處于工作狀態(tài)，在主服務器故障時無縫銜接。
4．2通訊故障處理
當調度中心與各泵站發(fā)生通訊故障時，各泵站數(shù)據(jù)在調度中心丟失，但泵站本地控制計算機數(shù)據(jù)正常。此時，要求各泵站將權限切至泵站本地控制，并且報告調度中心目前的運行情況。維保人員檢查相關設備，如果屬于通訊設備故障或損壞，及時更換備品備件，如果經(jīng)分析是運營商通訊故障，通知運營商進行處理。故障處理后，再將各泵站操作權限切至調度中心控制。
4．3UPS故障處理
UPS電池是易耗物品，按照規(guī)定每三年更換一次電池，以確保電池電量能夠維持市電故障時的應急時間。為了保證UPS電池的使用壽命，電池保養(yǎng)必不可少。根據(jù)供暖行業(yè)的時間特殊性，每年的停暖之后和供暖前期都會徹底對UPS電池進行充放電，保持電池的有效利用率。在供暖期間，定期對UPS進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)UPS故障，將UPS的供電無擾切換到市電，根據(jù)面板上的故障信息進行對應的處理，處理完畢后將供電方式切換UPS供電，此操作對系統(tǒng)無影響。
4．4PLC柜及模塊故障處理
根據(jù)5a的運行經(jīng)驗，PLC柜發(fā)生的故障大多數(shù)是柜內的模塊與接線端子故障，當調度中心顯示車間某臺水泵就地PLC柜故障時，需將這臺水泵的控制權限切換到變頻器控制，然后根據(jù)報的故障情況進行PLC柜的維修，更換模塊、尾纖或者緊固端子線。待處理完故障后，再將水泵權限切到調度中心控制。
4．5現(xiàn)場儀表與閥門故障處理
現(xiàn)場儀表主要包括壓力、溫度、熱量表、液位計等。當調度中心顯示某一儀表故障時，維保人員排查現(xiàn)場儀表的接線，與PLC柜的通訊，如儀表本身故障，需要及時更換備品備件。電動閥門故障處理需要先將閥門控制切到閥門本體控制，這樣保證在閥門故障的情況下，閥門不會自動執(zhí)行開關動作，然后對閥門控制器進行檢查維修。
4．6及時更換備用件
自控系統(tǒng)的主要功能原件都是電子原件，工作環(huán)境中溫度、濕度以及灰塵等都會影響電子原件的壽命。因此在發(fā)現(xiàn)故障的原因之后要及時替換備用件。需要注意的是，在更換備用件的時候要始終保持設備處于斷電的狀態(tài)，并在更換電子原件的時候及時記錄和檢查原件的開關狀態(tài)，如果是需要區(qū)分正負極的供電設備，安裝時要注意，避免電極反接損壞設備。
5結語
太古集中供熱系統(tǒng)的自控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)調度中心與熱源和各個熱力站運行參數(shù)的一致性調節(jié)，實現(xiàn)了按需供熱的精細化調整。為了能夠更好的促進集中供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，自控維保要結合實際加強對集中供熱自動控制系統(tǒng)運行故障的分析，快速判斷故障原因，采取有針對的解決對策，從而更好的保障集中供熱自動控制系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定高效運行。
作者:馮關儒 單位:太原市熱力集團有限責任公司
