DCS自控系统

DCS自控5.1中央操作站：监控中心设于首层控制室内,分别设置能源机房、屋顶冷却塔、地热泵站和配电室4个子站。工作站采用全中文的SIMATICSOFTWARE控制软件，全中文的SIMATICHMI人机接口，西门子SIMATICS7-400控制器，西门子专用的高性能工业计算机。利用温度传感器、压力传感器、压差传感器、流量计以及制冷机组负荷传感器等装置对所控设备的供回水温度、温差、压力、压差、供水流量、机组负荷以及室外环境温湿度等运行过程参数进行采集，通过内置专业软件的控制算法技术调节变频调速设备的转速以改变介质的流量，从而获得一定的节能效果。即通过过程参量的采集实施过程参量控制实现集中控制，分散管理之目的。5.2锅炉及锅炉换热系统自控：此系统主要由12台模块化燃气热水锅炉、4台锅炉热水循环泵、1台换热机组、1套集分水器及系统的相关电动水阀等被控设备构成；主要是通过安装在各设备供水管的水流开关信号自动控制锅炉、循环泵及换热机组的启动和停止，防止损坏电机设备。对锅炉负荷侧电动阀、换热机组一次侧供回水电动阀作开关控制并显示在人机界面上，通过安装在锅炉二次侧集分水器之间的压力传感器信号，对集分水器之间的压差旁通阀进行开关及开度控制并显示在人机界面上，维持管路压差平衡，设置时间和冷热量控制的上下限范围，防止机组的频繁启停；对锅炉供回水近端温度、换热机组两侧供回水近端温度进行检测，对换热机组一次侧、二次侧供回水总管的温度和压力进行检测；对锅炉、循环泵、换热机组的手自动状态/运行状态/故障告警进行远端监视，很好保护设备节省运营成本。5.3单冷冷水机组自控：此系统主要由1台单冷冷水机组，2台冷冻循环泵，3台冷却循环泵，4台冷却塔及相关的电动水阀等被控设备组成。在冷水机组两侧供回水近端安装温度传感器检测供回水温度，在各设备的供水管安装水流开关检测水流状态，保护电机设备；对于冷冻泵自控系统按照时间表或者现场空调机组使用情况开启冷冻泵，根据供回水压差自动调节水泵的运行台数和频率，根据冷机的流量要求以及水泵的流量特性曲线确定最低运行频率，在节能的同时保证系统的安全运行，通过降低频率降低转速的方式将获得30%以上的节能效果在冷冻侧安装电动阀控制供水量[因为水泵的功耗和转速是3次方关系]；对于冷却水泵，自控系统充分利用冷水机组低温冷却水高效率的特点，调整冷却水流量从而控制冷水机组的蒸发压力在最佳的范围内，实现高运行效率而降低能耗，另外自控系统调整冷却水泵的运行台数使冷水机组获得高效率省电运行的工况，采用此种方式将使冷水机组获得5~10%的节能效果；对于冷却塔，自控系统按照冷却水回水温度的情况启停冷却塔风机，根据冷却水回水温度期望值自动调节冷却塔风机的运行台数和频率，通过降低频率降低转速的方式将获得30%以上的节能效果[因为冷却塔风机的功耗和转速是3次方关系]。各设备启动顺序：冷冻/冷却水泵→冷却塔风机（若冷却水供水温度高于设定值）→主机；停止顺序则相反。5.4地源热泵系统自控：此系统由3台地源热泵机组，4台负荷侧循环水泵，4台地埋侧循环水泵，共用1套集分水器，1套定压补水装置及相关的电动阀门组成。系统按内部预先编写的时间程序或通过管理中心操作员，启动地源热泵机组及各相关设备之联锁控制。1）系统能保证各设备开机\关机的顺序。当其中一台水泵出现故障时，另一台水泵会自动投入工作。主机自身具备控制功能，能够完成主机的启停工作，自动控制系统对机组自带的控制功能做分控接口，对主机的运行状态进行监测，并对主机的运行数据进行采集、存储、分析和统计；2）根据供／回水温差和回水流量计算系统在该区域的冷（热）负荷，并根据实际冷（热）负荷以及机组的运行时间累计决定机组的启停组合及台数；3）对地源热泵机组的电动蝶阀进行分组控制，并与地源热泵机组实现联动功能；4）对地源侧循环水泵的启停进行控制，并对其运行状态进行监测；对每台水泵的运行时间进行记录，启动机组时，根据水泵的运行时间决定开启哪台水泵；当水泵运行到一定的时间时，自动提示对水泵进行监测和保养；5）对用户侧的循环水泵和相关电动蝶阀进行控制，相关的电动蝶阀分为办公模式（全开）、加班模式（单独开启指定相关的电动蝶阀）和下班模式（全关）；对用户侧的循环水泵的启停进行控制，并对其运行状态进行监测；5）自动控制监测数据，通过上述控制和监测系统，能够实时监测系统的各项指标。如冷冻水温度、流量和冷却水温度、流量等。通过数据处理，计算出整个系统主机、各个单体用户、地埋管系统、冷却塔系统等各个系统的耗能和产生的能量，从而计算整个空调系统以及各个分系统的能效。通过数字终端系统以图表的形式直观地呈现各项数据。5.5井水及水源热泵系统自控：在能源站的北面设有一口地热井，出水量130m3/h，出水温度60℃，采用梯级利用水源热泵系统。地热井水一次侧第一级温度60-41℃，第二级温度41-8℃，回灌水温度8℃，按百分之百回灌设计，井水采用间接换热未产生井水污染。地热井水二次侧第一级提供40-47℃热水直接供给供暖空调系统，第二级提供23-7℃热水作为水源热泵系统的源水。在能源站设2台水源热泵机组，冬季提供40-47℃热水，夏季提供6-13℃冷水；机组夏季提供冷量，冬季提供热量；水源热泵机组水源侧采用串联连接方式，第一级进出水温度23-15℃，第二级进出水温度15-7℃；水源热泵机组夏季采用冷却塔冷却，冷却塔进出水温度32-37℃。此系统主要由2台水源热泵，2台井水换热机组，3台负荷侧循环水泵，3台水源侧循环水泵，共用1套集分水器，7台冷却塔，1套井水回灌系统及相关的电动阀门等被控设备组成。1)启停控制-井水第一级换热机组、井水第二级换热机组、水源热泵机组第一级、水源热泵机组第二级、负荷侧循环泵、冷却侧第一级循环泵、冷却侧第二级循环泵冷却塔风机等的启停控制；2）开关及开度控制：控制管路系统各部位电动阀的开关及电动阀开启度控制并在上位机人机界面显示；3）量度负荷侧分集水器之间的压差，控制其旁通阀的开度，维持压差平衡；4）根据冷却水回水温度，控制冷却塔风机的运行台数，并联冷却塔控制电动阀的开度调节水量平衡；5）设置时间和冷热量控制的上下限范围，防止机组的频繁启停；6）对于冷量需求阶段，通过量度冷冻水供回水温度，计算空调实际冷负荷，根据冷负荷确定开启冷水机组台数和开启顺序，制冷阶段机组开启顺序为：优先开启地源热泵机组，再根据冷量需求开启水源热泵机组或单冷冷水机组；7）对于热量需求阶段，通过量度供暖空调热水供回水温度，计算供暖空调实际热负荷，根据热负荷确定开启供热机组台数和开启顺序，供热阶段机组开启顺序为：优先开启地热井水一次换热机组，再开启水源热泵第一级机组，再开启水源热泵第二级机组，再开启地源热泵机组，最后开启燃气热水锅炉。检测内容主要有：1）温度检测：水源热泵机组两侧供/回水温度，机组负荷侧供/回水总管路温度，分水器到各设备供回水总管温度，机组冷却塔各单体两侧供回水温度，机组冷却塔供回水总管温度，井水一、二级换热机组两侧供/回水管路温度，回灌井口装置水管温度。2）压差检测：负荷侧供回水压差检测，水源侧供回水压差检测，换热机组一次侧和二供回水压差检测，地热井水供水和回灌水压力检测。3）水流开关信号检测：各机组负荷侧水流开关检测，机组水源侧水流开关检测，各换热机组一次侧和二次侧水流开关检测。根据水流开关信号，自动控制相应机组的开启和停机。连锁和保护：1）根据温度检测信号和节能及值班供暖模式等控制要求连锁开启和关闭各机组，根据控制要求连锁各机组的开启和关闭。机组开启顺序：季供热机组开启顺序为：优先开启地热井水一次换热机组——再开启水源热泵第一级机组——再开启水源热第二级机组，停机时顺序相反；2）根据压差检测信号连锁控制供回水之间的电动阀调节水量平衡；3）根据水流开关检测信号控制机组的启停；4）根据各检测信号连锁安全保护装置并设置报警装置。5.6太阳能热水系统自控：此系统由6号楼集热装置，7/8号楼集热装置，国际教育后勤保障楼集热装置，1套辅助加热系统，1台太阳能集热水箱，1台生活热水储热水箱，2台变频集热循环泵，2台水箱间循环泵，2台辅热循环泵，2台热水给水泵，自来水补水装置及相关的电动阀门等被控设备构成。此系统设计为PLC远程自动控制和监测系统。分站和监控中心可通过CDMA、GPRS、无线电波等无线通讯链接，也可通过485通讯、以太网等有线方式连接。控制系统包括以下运行模式的控制：集热运行、放热运行、停电保护、防冻保护、辅助加热、过热防护、放空排水等。使用西门子PLC远程自控系统的优势：1）控制关系合理,运行稳定、可靠；2）太阳能集热系统与辅助能源系统有机的结合，尽可能的利用太阳的能量；3）控制参数可以设定，任意控制温度与水位，保证热水供应；4）系统智能化运行；实现无人值守；5）系统实现自动和手动切换。系统上位机具有以下显示功能：1)上水、循环、加热、供水、伴热带等状态指示；2）集热器温度、储热水箱温度、储热水箱上部温度、恒温水箱出口温度、集热管道温度、供水管道温度、自来水管道温度等各点的温度检测和显示；3）水位显示（20-100%）；4）故障实时显示。系统具备以下控制功能：1）集热、温差循环控制（温差可调）功能；2）上水控制功能：定温上水（储热水箱上部温度达到设定值时,温度上下限可调），高温上水（当恒温水箱温度高于设定温度）；3）手动上水,强制补水（恒温水箱水位低于最低水位）功能；4）加热控制功能：手动加热、低温加热（恒温水箱出口温度低于设定值）；5）防冻控制功能：防冻循环（防冻温度上下限可调）;防冻伴热输出（防冻温度上下限可调）；6）水箱温度修正功能功能；7）温度传感器故障保护水位传感器故障保护防干烧水泵防空转等保护功能；8）可操作现场仪表或远程控制端的上水、循环、加热、供水等键，使其分别工作在自动运行或停止运行或手动运行状态。5.7各单体楼电动阀自控系统：此系统主要是对“27个单体楼供冷/供热管道入户电动阀及相应温度传感器”进行远程自动化控制。自控要求：在各单体楼热力入口供水管总阀门后，设电动阀，电动阀控制在西区能源站控制室，并显示阀门开启状态。供冷/供暖空调分设两根管的设两个电动阀。在单体楼靠近热力入口处的第一个房间设温度检测装置，信号引回西区能源站控制室。本系统控制逻辑相对简单，但是各个单体楼距离能源站较远，I/0点分别分散，如果每一个控制点位都分别向能源站布线的话，不仅会增加工作成本，浪费管线，而且传输的信号衰减也会比较严重，甚至无法采集。综合设计院要求及现场实际难度考虑，我们设计了“1个中央站+9个远程站”的方式进行控制，1）中央站设在能源站，主要是对各个远程站的所有温度信息，电动阀的开启状态汇总到中央控制室内，便于远程监视，进行统一的管理；2）把27个单体楼分成9块，设立9个远程站，采用就近原则，离每3个单体楼最近的位置设置1个远程站；远程站主要是采集各个传感器的温度，结合设定温度指令，进行PID运算后，对相应电动阀发出动作命令；同时把所有的这些数据及指令上传给中央站。他即可独立工作，也可通过上位机进行工作，当远端控制发送意外时，他就脱离上位机自主运行。9个远程站采用的是光纤链路的形式与远程站进行通讯，安全、可靠。解决了施工麻烦、繁琐的问题，并且性价比非常高