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摘要:對(duì)太古集中供熱控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹,歸納總結(jié)了太古集中供熱控制系統(tǒng)的故障,并通過(guò)分析其故障產(chǎn)生的原因,從控制服務(wù)器故障處理、通訊故障處理、UPS故障處理等方面,提出了針對(duì)性的解決措施,從而更好的保障集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定高效運(yùn)行。
關(guān)鍵詞:集中供熱;自動(dòng)控制;故障處理
1概述
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,自動(dòng)化控制設(shè)備在集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛,集中供熱系統(tǒng)的自控運(yùn)行管理也趨于完善。通過(guò)自控系統(tǒng)的深入實(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)以及總結(jié)運(yùn)行以來(lái)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(kuò)大,供熱系統(tǒng)復(fù)雜程度不斷提高,原有的人工調(diào)整方式嚴(yán)重制約城市大熱網(wǎng)的精細(xì)化控制。必須借助先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)和設(shè)施設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)集中控制。集中供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)自動(dòng)化控制是在各個(gè)熱網(wǎng)換熱站、關(guān)鍵管線節(jié)點(diǎn)上安裝自動(dòng)控制設(shè)備,建設(shè)自動(dòng)化控制總站,并對(duì)熱網(wǎng)傳遞上來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析研判,并執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)整。太古集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)包括機(jī)電設(shè)備層、就地儀表層、現(xiàn)場(chǎng)控制層、通信網(wǎng)絡(luò)層、中央監(jiān)控層、信息管理層(見圖1),自動(dòng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)熱網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)的自動(dòng)精細(xì)控制,使得城市集中供熱系統(tǒng)的熱量實(shí)現(xiàn)均衡輸出,減少了資源、能源的消耗,提升了供熱服務(wù)質(zhì)量[2]。
2太古集中供熱控制系統(tǒng)
太古集中供熱自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括高溫網(wǎng)系統(tǒng)和一級(jí)網(wǎng)系統(tǒng),一般涉及電動(dòng)閥門的開度控制、變頻器的頻率調(diào)整等內(nèi)容[3]。
2.1太古一級(jí)網(wǎng)系統(tǒng)
太古集中供熱一級(jí)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)全網(wǎng)平衡控制系統(tǒng)進(jìn)行控制,以溫度和熱量為控制目標(biāo),通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開度和分布式回水加壓泵的頻率進(jìn)行流量控制,實(shí)現(xiàn)溫度和熱量的控制。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)PLC采集并計(jì)算二次循環(huán)水的溫度變化,并上傳計(jì)算結(jié)果,服務(wù)器對(duì)比目標(biāo)參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)差異,下達(dá)閥門開度要求到對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)控制器上,現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)接收到的指令信息來(lái)完成對(duì)電動(dòng)閥門開度的調(diào)整。常規(guī)換熱站自控設(shè)備設(shè)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(gè)中繼泵站(1號(hào)、2號(hào)、3號(hào))、事故補(bǔ)水站及中繼能源站。高溫網(wǎng)下位控制系統(tǒng)通過(guò)PLC柜控制變頻器和風(fēng)機(jī)運(yùn)行、閥門開關(guān)以及自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)。以2號(hào)泵站為例來(lái)介紹單個(gè)泵站的自控實(shí)現(xiàn)方法。2號(hào)泵站車間有2個(gè)系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)有供回水泵各4臺(tái),共計(jì)16臺(tái)水泵,供回水進(jìn)出口主閥及旁通閥16個(gè)??刂葡到y(tǒng)包括,控制運(yùn)行計(jì)算機(jī)2臺(tái)、主PLC集控柜1臺(tái),與水泵1∶1匹配水泵就地PLC柜16臺(tái)。水泵及閥門控制系統(tǒng)有遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)上位系統(tǒng)采用的是西門子的WinCCOA系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)PLC下位系統(tǒng)采用logix5000(如圖3所示)。調(diào)度中心通過(guò)服務(wù)器的WinCCOA程序下發(fā)指令通過(guò)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(jìn)行匯總分析,之后將其數(shù)據(jù)信息傳送到現(xiàn)場(chǎng)水泵就地PLC柜及閥門。就地PLC會(huì)根據(jù)處理結(jié)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(yùn)行頻率,通過(guò)固定的數(shù)據(jù),變頻器能夠在二次循環(huán)中進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)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(hào)與反饋信號(hào)。閥門在收到主PLC集控柜的CPU的信息后,會(huì)根據(jù)指令執(zhí)行開閥、關(guān)閥、停止的信號(hào)。閥門會(huì)將開度、開關(guān)到位、故障信號(hào)等反饋到調(diào)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(yùn)行5個(gè)采暖季。對(duì)投運(yùn)以來(lái)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類,歸納如下。
3.1通訊故障
各泵站與調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)和操控指令傳輸通過(guò)電信城域網(wǎng)的通訊方式進(jìn)行傳輸(如圖4所示),通訊系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的“傳輸神經(jīng)”,如果在運(yùn)行時(shí)期調(diào)度中心機(jī)房服務(wù)器與泵站發(fā)生通訊故障,調(diào)度中心人員無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)數(shù)據(jù),相當(dāng)于失去了“眼睛”,不能做出及時(shí)準(zhǔn)確的判斷,并且操作指令無(wú)法下發(fā),長(zhǎng)時(shí)間通訊終端還會(huì)影響其他關(guān)聯(lián)工作站、操作控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)多年的運(yùn)行觀察,導(dǎo)致通訊出現(xiàn)故障的原因一般是交換機(jī)、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(dòng)力之源??刂葡到y(tǒng)除了接入市電外,自控系統(tǒng)PLC柜、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和通信設(shè)備等均需要接入U(xiǎn)PS,在市電發(fā)生故障時(shí),電源無(wú)擾切換至UPS電源供電,確保系統(tǒng)可以繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,不會(huì)驟然停車,保證有足夠時(shí)間執(zhí)行緊急停運(yùn)和處理故障,UPS的常見故障有:1)UPS電池使用時(shí)間嚴(yán)重超過(guò)服役年限。2)UPS電池長(zhǎng)期未進(jìn)行充放電測(cè)試。3)誤將UPS的極性接反,從而會(huì)導(dǎo)致逆變器的損毀。4)連接好電池后沒(méi)有將電池的開關(guān)打開。5)線路維修更改了原本的相序,導(dǎo)致UPS電源不能正常啟動(dòng)。
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(dòng)控制系統(tǒng)的PLC模塊控制一旦出現(xiàn)元器件損傷,整個(gè)控制柜系統(tǒng)就會(huì)停止工作。同時(shí),PLC控制柜輸出端子帶負(fù)載能力是有限的,一旦超過(guò)了規(guī)定的最大數(shù)值,就需要及時(shí)對(duì)外接繼電器或接觸器才能夠重新恢復(fù)工作。2)輸入端燒毀或輸入卡損壞。現(xiàn)場(chǎng)儀器或傳感器送來(lái)PLC的模擬輸入信號(hào)在顯示屏上的數(shù)據(jù)不正常,用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器替換模擬輸入信號(hào)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(wèn)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(gè)固定的模擬信號(hào),如果還是有問(wèn)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(shè)備和導(dǎo)線的專用設(shè)備,外部的電壓、電流、信號(hào)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(jié)構(gòu)。但是由于接觸件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、材料選用錯(cuò)誤、模具不穩(wěn)定、加工尺寸、表面粗糙等都會(huì)引發(fā)端子接線的接觸不良。端子接線接觸不良一般會(huì)在工作一段時(shí)間后顯示出來(lái)。具體表現(xiàn)機(jī)理是控制柜配線出現(xiàn)缺陷或者使用中震動(dòng)加劇會(huì)引發(fā)接觸不良的問(wèn)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(shè)備是熱網(wǎng)運(yùn)行的重要數(shù)據(jù)來(lái)源,在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)的故障如下:1)傳感器不顯示數(shù)值??赡艿脑?yàn)殡娫淳€路斷路、電源故障、PLC模擬輸入通道問(wèn)題或儀表本體電路損壞。2)數(shù)值誤差大??赡艿脑?yàn)榱砍淘O(shè)定、取源位置、PLC模擬輸入通道問(wèn)題或儀表本體電路損壞,同時(shí)這些儀表要定期進(jìn)行校準(zhǔn)。
3.6電動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)的故障有指令給定開度和閥門實(shí)際開度不一致、閥門反饋信號(hào)錯(cuò)誤。故障原因可以從以下幾方面進(jìn)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(fù)位閥門或者手動(dòng)校準(zhǔn)閥門、查看執(zhí)行器與閥體是否匹配、閥門本體有沒(méi)有進(jìn)水、控制線纜有沒(méi)有中斷等。
4自動(dòng)控制系統(tǒng)故障的解決對(duì)策
自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)太古集中供熱系統(tǒng)尤其是太古高溫網(wǎng)系統(tǒng)至關(guān)重要,因此在自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),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(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)因自控系統(tǒng)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)停止,需要維保人員快速查找原因,采取相應(yīng)的解決對(duì)策。結(jié)合近幾年采暖季發(fā)生的故障,總結(jié)了以下幾點(diǎn)故障處理措施[6-7]。
4.1控制服務(wù)器故障處理
控制服務(wù)器為整個(gè)供熱自控系統(tǒng)的核心大腦,當(dāng)發(fā)生故障時(shí),不能正常反映現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行參數(shù),操作指令無(wú)法下發(fā)。為防止故障的發(fā)生,控制系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)置兩臺(tái)服務(wù)器互為冗余,當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至備用冗余服務(wù)器,待自控人員處理完故障時(shí),再將服務(wù)器切換至主服務(wù)器,期間對(duì)控制系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生任何影響。并且,在日常運(yùn)行過(guò)程中,定期對(duì)服務(wù)器進(jìn)行點(diǎn)檢,檢查服務(wù)器硬盤容量,保證服務(wù)器正常運(yùn)行;定期對(duì)兩臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行手動(dòng)切換,確保備用服務(wù)器一直處于工作狀態(tài),在主服務(wù)器故障時(shí)無(wú)縫銜接。
4.2通訊故障處理
當(dāng)調(diào)度中心與各泵站發(fā)生通訊故障時(shí),各泵站數(shù)據(jù)在調(diào)度中心丟失,但泵站本地控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)正常。此時(shí),要求各泵站將權(quán)限切至泵站本地控制,并且報(bào)告調(diào)度中心目前的運(yùn)行情況。維保人員檢查相關(guān)設(shè)備,如果屬于通訊設(shè)備故障或損壞,及時(shí)更換備品備件,如果經(jīng)分析是運(yùn)營(yíng)商通訊故障,通知運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行處理。故障處理后,再將各泵站操作權(quán)限切至調(diào)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(shí)的應(yīng)急時(shí)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(shí)間特殊性,每年的停暖之后和供暖前期都會(huì)徹底對(duì)UPS電池進(jìn)行充放電,保持電池的有效利用率。在供暖期間,定期對(duì)UPS進(jìn)行檢查,如果發(fā)現(xiàn)UPS故障,將UPS的供電無(wú)擾切換到市電,根據(jù)面板上的故障信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理,處理完畢后將供電方式切換UPS供電,此操作對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響。
4.4PLC柜及模塊故障處理
根據(jù)5a的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),PLC柜發(fā)生的故障大多數(shù)是柜內(nèi)的模塊與接線端子故障,當(dāng)調(diào)度中心顯示車間某臺(tái)水泵就地PLC柜故障時(shí),需將這臺(tái)水泵的控制權(quán)限切換到變頻器控制,然后根據(jù)報(bào)的故障情況進(jìn)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(quán)限切到調(diào)度中心控制。
4.5現(xiàn)場(chǎng)儀表與閥門故障處理
現(xiàn)場(chǎng)儀表主要包括壓力、溫度、熱量表、液位計(jì)等。當(dāng)調(diào)度中心顯示某一儀表故障時(shí),維保人員排查現(xiàn)場(chǎng)儀表的接線,與PLC柜的通訊,如儀表本身故障,需要及時(shí)更換備品備件。電動(dòng)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(huì)自動(dòng)執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作,然后對(duì)閥門控制器進(jìn)行檢查維修。
4.6及時(shí)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(huì)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(shí)替換備用件。需要注意的是,在更換備用件的時(shí)候要始終保持設(shè)備處于斷電的狀態(tài),并在更換電子原件的時(shí)候及時(shí)記錄和檢查原件的開關(guān)狀態(tài),如果是需要區(qū)分正負(fù)極的供電設(shè)備,安裝時(shí)要注意,避免電極反接損壞設(shè)備。
5結(jié)語(yǔ)
太古集中供熱系統(tǒng)的自控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度中心與熱源和各個(gè)熱力站運(yùn)行參數(shù)的一致性調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)了按需供熱的精細(xì)化調(diào)整。為了能夠更好的促進(jìn)集中供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,自控維保要結(jié)合實(shí)際加強(qiáng)對(duì)集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行故障的分析,快速判斷故障原因,采取有針對(duì)的解決對(duì)策,從而更好的保障集中供熱自動(dòng)控制系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定高效運(yùn)行。
作者:馮關(guān)儒 單位:太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司