供热控制系统问题及解决措施

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摘要：对太古集中供热控制系统进行了介绍，归纳总结了太古集中供热控制系统的故障，并通过分析其故障产生的原因，从控制服务器故障处理、通讯故障处理、UPS故障处理等方面，提出了针对性的解决措施，从而更好的保障集中供热自动控制系统的持续稳定高效运行。

关键词：集中供热；自动控制；故障处理

1概述

随着社会经济的发展和科技的进步，自动化控制设备在集中供热系统的应用更加广泛，集中供热系统的自控运行管理也趋于完善。通过自控系统的深入实施和热网的集中管理，使得热网资源的利用率得到持续提高。本文以太古集中供热系统为例，介绍了太古供热的自动控制系统以及总结运行以来常见故障以及处理方法［1］。太古集中供热系统涉及热源、热网、换热站和热用户，随着供热规模的扩大，供热系统复杂程度不断提高，原有的人工调整方式严重制约城市大热网的精细化控制。必须借助先进的自动化控制技术和设施设备来实现集中控制。集中供热系统热网自动化控制是在各个热网换热站、关键管线节点上安装自动控制设备，建设自动化控制总站，并对热网传递上来的数据信息进行综合分析研判，并执行相应的调整。太古集中供热自动控制系统包括机电设备层、就地仪表层、现场控制层、通信网络层、中央监控层、信息管理层（见图1），自动控制能够实现热网运行系统的自动精细控制，使得城市集中供热系统的热量实现均衡输出，减少了资源、能源的消耗，提升了供热服务质量［2］。

2太古集中供热控制系统

太古集中供热自动化控制系统包括高温网系统和一级网系统，一般涉及电动阀门的开度控制、变频器的频率调整等内容［3］。

2．1太古一级网系统

太古集中供热一级网系统通过全网平衡控制系统进行控制，以温度和热量为控制目标，通过调节阀门开度和分布式回水加压泵的频率进行流量控制，实现温度和热量的控制。在系统运行的过程中，现场PLC采集并计算二次循环水的温度变化，并上传计算结果，服务器对比目标参数与现场参数差异，下达阀门开度要求到对应的现场控制器上，现场根据接收到的指令信息来完成对电动阀门开度的调整。常规换热站自控设备设置见图2［4］。

2．2高温网系统

太古集中供热高温网系统主要包括三个中继泵站（1号、2号、3号）、事故补水站及中继能源站。高温网下位控制系统通过PLC柜控制变频器和风机运行、阀门开关以及自动补水系统。以2号泵站为例来介绍单个泵站的自控实现方法。2号泵站车间有2个系统，每个系统有供回水泵各4台，共计16台水泵，供回水进出口主阀及旁通阀16个。控制系统包括，控制运行计算机2台、主PLC集控柜1台，与水泵1∶1匹配水泵就地PLC柜16台。水泵及阀门控制系统有远程、就地2种控制模式。系统主要的控制流程如下：太古集中供热高温网自控系统计算机上位系统采用的是西门子的WinCCOA系统，现场PLC下位系统采用logix5000（如图3所示）。调度中心通过服务器的WinCCOA程序下发指令通过logix5000程序至主PLC集控柜的CPU。CPU系统收集到指令，将收集整理的数据信息进行汇总分析，之后将其数据信息传送到现场水泵就地PLC柜及阀门。就地PLC会根据处理结果发出指令，变频器根据指令的要求去控制循环水泵启停及运行频率，通过固定的数据，变频器能够在二次循环中进行定压、定流量处理，从而使得热网能够保证有序、合理的运转状态。阀门本体与主PLC集控柜之间是由控制线直连的，包括控制信号与反馈信号。阀门在收到主PLC集控柜的CPU的信息后，会根据指令执行开阀、关阀、停止的信号。阀门会将开度、开关到位、故障信号等反馈到调度中心控制电脑［5］。

3太古集中供热控制系统的故障

太古集中供热控制系统已经安全平稳运行5个采暖季。对投运以来的故障进行统计分类，归纳如下。

3．1通讯故障

各泵站与调度中心之间的数据和操控指令传输通过电信城域网的通讯方式进行传输（如图4所示），通讯系统是整个系统的“传输神经”，如果在运行时期调度中心机房服务器与泵站发生通讯故障，调度中心人员无法实时监测生产数据，相当于失去了“眼睛”，不能做出及时准确的判断，并且操作指令无法下发，长时间通讯终端还会影响其他关联工作站、操作控制系统的运行。通过多年的运行观察，导致通讯出现故障的原因一般是交换机、路由器故障及通讯光缆中断。

3．2UPS故障

电是控制系统的动力之源。控制系统除了接入市电外，自控系统PLC柜、计算机、服务器和通信设备等均需要接入UPS，在市电发生故障时，电源无扰切换至UPS电源供电，确保系统可以继续稳定运行，不会骤然停车，保证有足够时间执行紧急停运和处理故障，UPS的常见故障有：1）UPS电池使用时间严重超过服役年限。2）UPS电池长期未进行充放电测试。3）误将UPS的极性接反，从而会导致逆变器的损毁。4）连接好电池后没有将电池的开关打开。5）线路维修更改了原本的相序，导致UPS电源不能正常启动。

3．3PLC模块故障

PLC模块是控制系统的“功能器官”，PLC模块故障是一种常规故障，一般PLC显示屏可显示模块故障代码。PLC模块常见故障有：1）外围电路元器件故障。自动控制系统的PLC模块控制一旦出现元器件损伤，整个控制柜系统就会停止工作。同时，PLC控制柜输出端子带负载能力是有限的，一旦超过了规定的最大数值，就需要及时对外接继电器或接触器才能够重新恢复工作。2）输入端烧毁或输入卡损坏。现场仪器或传感器送来PLC的模拟输入信号在显示屏上的数据不正常，用标准信号发生器替换模拟输入信号数据也显示不正常。3）输出卡出现故障。PLC或控制器的模拟输出有问题，利用显示屏的数据输入功能给该模拟输出端输出一个固定的模拟信号，如果还是有问题，即可初步判定该输出卡有故障。

3．4接线端子接触不良

接线端子是连接器的一种，是连接自控设备和导线的专用设备，外部的电压、电流、信号传递到与之匹配的连接器接触件上。因此，要求接触件具备优良的结构。但是由于接触件结构设计不合理、材料选用错误、模具不稳定、加工尺寸、表面粗糙等都会引发端子接线的接触不良。端子接线接触不良一般会在工作一段时间后显示出来。具体表现机理是控制柜配线出现缺陷或者使用中震动加剧会引发接触不良的问题。

3．5传感器故障

传感器是控制系统的“感知器官”。集中供热系统中常见的传感器有压力、温度、流量、液位传感器，这些设备是热网运行的重要数据来源，在系统运行过程中常会出现的故障如下：1）传感器不显示数值。可能的原因为电源线路断路、电源故障、PLC模拟输入通道问题或仪表本体电路损坏。2）数值误差大。可能的原因为量程设定、取源位置、PLC模拟输入通道问题或仪表本体电路损坏，同时这些仪表要定期进行校准。

3．6电动调节阀故障

电动调节阀在系统运行过程中常会出现的故障有指令给定开度和阀门实际开度不一致、阀门反馈信号错误。故障原因可以从以下几方面进行判定：给定通道模拟量输出是否正常、反馈通道模拟量输入是否正常、阀体是否有异物卡住、重新上电复位阀门或者手动校准阀门、查看执行器与阀体是否匹配、阀门本体有没有进水、控制线缆有没有中断等。

4自动控制系统故障的解决对策

自动控制系统的正常稳定运行对太古集中供热系统尤其是太古高温网系统至关重要，因此在自控系统出现故障时，根据故障现象分析故障原因，快速找到故障办法，保证供热系统的正常运行。当出现因自控系统故障而导致系统停止，需要维保人员快速查找原因，采取相应的解决对策。结合近几年采暖季发生的故障，总结了以下几点故障处理措施［6－7］。

4．1控制服务器故障处理

控制服务器为整个供热自控系统的核心大脑，当发生故障时，不能正常反映现场的运行参数，操作指令无法下发。为防止故障的发生，控制系统服务器设置两台服务器互为冗余，当主服务器发生故障时，系统会自动切换至备用冗余服务器，待自控人员处理完故障时，再将服务器切换至主服务器，期间对控制系统不会产生任何影响。并且，在日常运行过程中，定期对服务器进行点检，检查服务器硬盘容量，保证服务器正常运行；定期对两台服务器进行手动切换，确保备用服务器一直处于工作状态，在主服务器故障时无缝衔接。

4．2通讯故障处理

当调度中心与各泵站发生通讯故障时，各泵站数据在调度中心丢失，但泵站本地控制计算机数据正常。此时，要求各泵站将权限切至泵站本地控制，并且报告调度中心目前的运行情况。维保人员检查相关设备，如果属于通讯设备故障或损坏，及时更换备品备件，如果经分析是运营商通讯故障，通知运营商进行处理。故障处理后，再将各泵站操作权限切至调度中心控制。

4．3UPS故障处理

UPS电池是易耗物品，按照规定每三年更换一次电池，以确保电池电量能够维持市电故障时的应急时间。为了保证UPS电池的使用寿命，电池保养必不可少。根据供暖行业的时间特殊性，每年的停暖之后和供暖前期都会彻底对UPS电池进行充放电，保持电池的有效利用率。在供暖期间，定期对UPS进行检查，如果发现UPS故障，将UPS的供电无扰切换到市电，根据面板上的故障信息进行对应的处理，处理完毕后将供电方式切换UPS供电，此操作对系统无影响。

4．4PLC柜及模块故障处理

根据5a的运行经验，PLC柜发生的故障大多数是柜内的模块与接线端子故障，当调度中心显示车间某台水泵就地PLC柜故障时，需将这台水泵的控制权限切换到变频器控制，然后根据报的故障情况进行PLC柜的维修，更换模块、尾纤或者紧固端子线。待处理完故障后，再将水泵权限切到调度中心控制。

4．5现场仪表与阀门故障处理

现场仪表主要包括压力、温度、热量表、液位计等。当调度中心显示某一仪表故障时，维保人员排查现场仪表的接线，与PLC柜的通讯，如仪表本身故障，需要及时更换备品备件。电动阀门故障处理需要先将阀门控制切到阀门本体控制，这样保证在阀门故障的情况下，阀门不会自动执行开关动作，然后对阀门控制器进行检查维修。

4．6及时更换备用件

自控系统的主要功能原件都是电子原件，工作环境中温度、湿度以及灰尘等都会影响电子原件的寿命。因此在发现故障的原因之后要及时替换备用件。需要注意的是，在更换备用件的时候要始终保持设备处于断电的状态，并在更换电子原件的时候及时记录和检查原件的开关状态，如果是需要区分正负极的供电设备，安装时要注意，避免电极反接损坏设备。

5结语

太古集中供热系统的自控系统能够实现调度中心与热源和各个热力站运行参数的一致性调节，实现了按需供热的精细化调整。为了能够更好的促进集中供热系统的稳定运行，自控维保要结合实际加强对集中供热自动控制系统运行故障的分析，快速判断故障原因，采取有针对的解决对策，从而更好的保障集中供热自动控制系统的持续稳定高效运行。

作者:冯关儒 单位:太原市热力集团有限责任公司