换热机组控制柜仪表技术方案.docx

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换热机组控制柜仪表技术方案

换热机组控制柜控制及仪表技术方案

公司换热机组现状

目前公司现有换热站房110多个，共有机组170多套，还有部分换热站未实现自动控制，需要工作人员24小时值守，导致换热站运行成本居高不下，同时存在大量人员费用与安全隐患等一系列问题。

本次改造是在现有换热站的基础上，通过局部改造、优化，实现换热站的集中控制、无人值守，最终达到减员增效、降低运行成本的目的。

机组技术总体要求

1、先进性

采用国际领先的工业自动化控制技术和数据存储管理技术，效益高，投资少，所有设备及设备安装须达到国家相应规定的标准，具有科学、先进性、便于维修和管理的特点，可以保证在未来5~10年不落后于最新技术的发展。

2、稳定性

系统注重稳定性和可靠性，图形界面友好、无故障、运行时间长。

3、经济性

减少一次性的投资，并确保系统具有很高的可靠性和极低的故障率，将功能变更、运行与维护费用减至最低限度。

4、安全性

严密的技术防范措施保障系统安全。

在确保供热系统运行安全、可靠的前提与基础上，可以实现其经济性，节约能源。

5、可靠性

系统对使用环境（温度-25℃~150℃，相对湿度5%~95%）具有良好的适应性，并确保具有极低的故障率。

6、可扩展性

包含硬件的可扩展性和软件的可扩展性两个方面，升级扩充只需要增加模块，保护投资成本。

具体技术方案如下

一、换热机组仪表主要组成

就地显示仪表：

温度计为双金属温度计，温度计精度等级1级；压力表为弹簧管式压力表，压力表精度等级≤1级；表弯为白钢材质，表座为20#无缝材质；温度测量范围：

一次侧0—150℃；二次侧0—100℃；压力测量范围0—1.6Mpa。

远传仪表：

包括压力传感器、温度传感器、流量计等。

管路、电缆、电缆桥架及附件

二、控制系统：

包括循环水泵变频器、补水泵变频器、可编程控制器和必要的电器元件等。

控制柜，变频柜要求配线整齐规范，线号清晰，严格按照图纸施工。

动力线和信号线分开安装在桥架里或者穿线管，桥架设隔板，严格将AC电路和DC电路加以区分。

电控柜与换热机组本体放在同一基础上。

电缆出线应安装接头及波纹管穿线。

系统运行状态信号及故障信号应全部输入PLC。

控制器开关量输入输出及模拟量输入输出点预留10%空点做为备用点。

所有信号线应保证可靠接地，接地电阻小于5欧。

控制柜控制器采集模拟信号包括软水箱液位，一次网供回水温度，一次网供回水压力，一次网回水流量，积水坑液位，二次网供回水温度，二次网供回水压力，室外温度，补水流量，电动调节阀开度控制、水泵运转频率及电流等。

安装水、电、热计量；并随时将数据传送到集控中心。

加装热计量表，选用超声波或电磁流量装置；并带有核算瞬时显示及累计量功能。

水、电计量功能同上。

水、电、热计量信号全部采集到集控及操作柜。

换热站触摸屏人机界面设置操作权限，设置相应密码。

权限应该包括管理员权限，操作员权限等。

三、换热机组控制与使用功能要求

①机组控制

气候补偿和恒温供水功能：

即根据气候的变化自动调节供热量。

应用可编程控制器，根据室外温度变化和当地供热负荷曲线，决定二次侧的供水温度，二次侧供水温度的实测值和设定值相比较后，并进行PID调节，控制器输出信号至电动调节阀，调节电动调节阀的开度，从而改变一次侧的流量，实现二次侧供水温度的质调节和一交侧流量的量调节。

②补水定压

补水定压采用变频补水定压，循环水泵入口压力低于设定值时，可自动启动补水泵，并根据循环水泵入口压力的变化调节补水泵的转速；循环水泵入口压力高于设定值时，补水泵停止运行。

定温差控制

应用可编程控制器，通过触摸屏和远端设定二次供回水温差，经过二次供回水温差的实测值和设定值相比较后，并进行PID调节，控制器输出信号至变频器，变频器调节循环泵运行频率，实现温差控制。

四、换热机组保护功能

（1）自动卸压功能：

当二次侧因水压力超标时，安全阀自动开启泄压。

（2）开机自检功能：

二次侧回水压力设定一个低限保护值（在控制器操作面板上可以调整此值），当二次侧压力没有达到此值时，不能启动循环泵只能开启补水系统补水，待达到设定值后方可启动循环泵。

（3）来电自启满足无人值守功能：

板式换热机组在送电后，控制器工作，机组自检后，系统按顺序启动。

（4）循环水泵全部通过变频器控制，可以实现软启软停，避免了水泵启停时产生的巨大冲击和水锤现象对设备的损坏，以及对电器设备的保护，对水泵和设备起到良好的保护作用，延长设备的使用寿命。

循环泵不采用工频，采用双变频方式；补水泵变频器为一拖二设计（注：

补水泵带工频功能，且两台补水泵均配置工频回路）。

（5）失压保护：

二次侧回水压力低于低限设定值时，自动补水系统投入运行，开始补水。

自动补水系统投入运行后二次侧回水压力仍继续降低即发声光信号报警（该信号远传调度中心）。

（6）断电保护：

停电后自动关闭电动调节阀，切断热源，控制器及变频器自动复位并使各种设定参数和运行状态参数保持原断电前设置。

（7）超温保护：

二次供水温度超过85℃（操作面板可调设定值）

（8）超压保护：

二次供水压力超过设定高限值（操作面板可调设定值）循环泵停止运行并关闭一次侧电动调节阀。

（9）机组控制柜具良好的通风。

（10）变频器异常情况下，机组可以实现就地启停控制。

（11）集控中心实现可监可控。

可以手动控制电动调节阀开度，变频器频率及起停电机。

（12）换热机组的二次侧有能避免压力过高的措施，采用的措施是安装电磁阀和安全阀来进行泄水，能够避免压力过高。

（13）积水坑内安装潜水泵，手动方式运行时通过按钮控制潜水泵启停。

自动运行积水坑液位开关控制潜水泵自动排水。

积水坑水位开关信号输入控制器，自动运行时控制器控制高水位自动启动水泵排水并报警，低水位排水停止。

潜水泵电机热保护。

（14）软水箱液位保护。

软水箱设置液位传感器，用来检测水箱高高及低低液位保护及高低液位自动补水。

液位信号传输至控制器，并在换热站触摸屏液位显示。

控制器控制水箱高低水位报警，低水位时停止补水泵。

（15）现场控制柜急停按钮做为系统应急措施，按下急停按钮，系统全部停止，弹起急停按钮系统复位。

（16）变频运行电机，变频故障信号应输入到PLC，并做报警指示及控制程序做相应保护。

（17）换热站触摸屏以文本形式显示报警及故障原因，故障发生时换热站现场发出声光报警。

五、电动调节阀的要求

1、电动调节阀优先选用国际知名名牌的优质产品。

功能：

接受来自控制系统的控制信号调节系统一次流量，并将位置反馈信号远传至控制系统。

2、电动调节阀执行器用以接收4~20mA的标准信号，根据此信号的大小自动调整阀门的开启度，达到对热力站二次网的温度的调节。

电动调节阀要求调节线性度好，调节范围宽，关断力强。

3、厂家根据要求提供电动调节阀的选型计算说明书。

4、作用形式：

电开。

六、远传仪表

温度传感器、压力传感器选用国际、国内知名品牌的优质产品。

据有国家级（包括国外的国家级）质量监督部门的检验证书。

1温度变送器：

精度：

±0.5%

温度0—120℃

输出信号：

二线制4~20mADC或三线制0-10VDC

工作电压：

直流24V

使用环境温度：

-20--70℃；功耗：

≤0.5W

防护等级：

IP56

②压力变送器：

精度（包括线形度、回差和重复性）：

±0.5%

压力0—1.6mpa

输出信号：

二线制4~20mADC或三线制0-10VDC

稳定性：

12个月漂移量小于URL的±0.1%

上电时间：

输出达到第一个有效测量值的时间不超过5秒

防护等级：

IP65

过程连接：

外螺纹M20X1.5或G1/2

安装方式：

应加关断阀以及环形弯或U型弯，水泵出口压力应增加防震装置

介质温度：

0-120℃

七、变频器

选用国际知名品牌的优质产品，例如ABB、丹佛斯变频器；循环泵采用双变频器设计；补水泵采用单变频一拖二设计。

变频器要符合以下要求：

①变频器应符合GB/T12668.2的规定，并具有CE或UL认证。

A.变频器应适合于电机容量和负载特性的要求。

B.变频器的额定值如下：

a.功率因数：

COS＞≈0.98；

b.频率控制范围：

oHz～50Hz；

c.频率精度：

0.5%；

C.变频器应有下列保护功能。

a.过载保护；

b.过电压保护；

c.瞬间停电保护；

d.输出短路保护；

e.欠电压保护；

f.接地故障保护；

g.过电流保护；

h.内部温升保护；

D.欠相保护。

a.变频器应具有模拟量及数字量的输入输出（I/O）信号，所有模拟量信号应为国际标准信号，变频器应符合电磁兼容的规定。

控制输入：

4～20mA/0-10V

频率值输出：

4～20mA

远程启泵控制：

继电器接点

电机运行信号：

继电器接点

电机故障信号：

继电器接点

E.操作面板应有下列功能

a.变频器的启动、停止；

b.变频器参数的设定控制；

c.显示设定点和参数；

d.显示故障并报警；

e.在变频器前的操作面板上应有中文字说明。

八、电控柜

主要元器件选用国际先进产品，如空开、转换开关、指示灯、按钮等；

把由仪表控制部分与变频器放在一个控制柜中，具体项目为：

控制器、直流稳压电源、配电器、端子排，并留有足够的余量（20%～30%）。

要求柜体采用下进线、上散热形式安装于机组座上。

电控柜安装散热风扇。

设置独立信号保护地及动力保护接地，接地电阻小于5欧。

控制柜加装信号接地母线。

控制柜预留一定内部空间（预留空间增加一组主回路小型短路器，及交流接触器，增加3-5个中间继电器，增加一块控制器扩展模块）

九、控制器

控制器选用西门子1200型、施耐德M218系列控制器的可编程控制器（PLC）。

控制器开关量及模拟量输入输出点预留不小于10%作为备用点。

控制器开关量采用继电器输出，开关量输出大的启动电流时，控制回路加中间继电器隔离。

控制器技术要求：

①控制器应采用国际知名品牌产品，具有CE或UL认证。

低功耗设计，CPU模块功耗在5W左右，I/O模块功耗在2W左右。

②控制器应满足换无人值守热站控制功能的要求，必须具有PID控制功能；

在调试中，水泵PID应调试合适。

防止启停过快。

2电源：

220V.AC

3本I/O点：

数字量输入：

24点24V，DC

数字量输出：

16点继电器输出

模拟量输入：

16点4~20mA

模拟量输出：

8点4~20mA

⑤CPU模块可扩展I/O模块：

DI：

≥8点，DQ≥12点，AI≥4点；AQ≥4点，系统需要时扩展。

⑥多通信接口RS485，MODBUSTCP/IP等，CPU模块带2个串口。

⑦编成语言：

支持梯形图语言，符合IEC61131-3标准编程语言。

⑧具备以太网通讯功能。

模拟量模块支持4～20mA，1～5V，0～20mA，0～5V，0～10，±10V输入输出。

十、流量计

电磁流量计或超声波流量计

A.概述

功能：

测量、指示和管道内热水的流量，累积量热量显示

形式：

法兰连接、管段式、直流脉冲处理器型

组成：

一次侧量元件变送、转换核算显示及法兰信号传送至显示屏系统，以及全部安装附件和电缆

B.性能：

测量精度：

±0.5%

重复性：

±0.1%

环境温度:

-40+60℃

介质温度：

-30~160℃

工作压力：

1.6Mpa

防护等级：

传感器：

IP65

C、特点：

指示器：

LCD数字指示

电子单元：

微处理器、自动校零、自诊断、故障报警、小量程切换。

D、一次测量元件

测量管材料：

碳钢

直管段：

应满足前10D（直径）后5D安装要求

E、流量积算仪

隔离输出信号：

4~20mA，DC瞬时流量；

配置：

RS-485接口，MODBUS等标准协议

电源：

24AC，50Hz，断电自动储存系统数据

故障报警：

开关量输出自身报警220VAC，5A空管报警输出

十一、热量积算仪

功能说明：

通过采集机组一次侧的供回水温度及流量信号，显示一次网的瞬时流量，累积流量，瞬时热量，累积热量。

通过与控制器的通讯实现瞬时流量，累积流量，瞬时热量，累积热量到控制器的数据传输，并能在触摸屏及远程人机界面上显示及存储。

目的是实现单台机组的热消耗记录，采集及考核。

通讯口：

RS485（控制器通讯匹配）

补偿方式：

温度补偿

十二、智能型综合电力仪表

输入范围：

0-5A（配与总功率及最大电流相匹配的3台电流互感器）

显示屏：

LCD或LED

通讯口：

RS485（控制器通讯匹配）

报警输出：

上下限报警各一路，继电器输出。

电流互感器精度等级：

0.5级

十三、控制方式

就地模式：

通过控制柜触摸屏或现场控制箱或控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。

远程模式：

即远程手动控制方式。

即操作人员通过操作终端（HMI）或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘选择“手动”方式并对设备进行启/停、开/关操作。

注：

本地模式和远程模式为同步操作、，并没有本地/远程选择转换，即在通讯正常的情况下本地可以操作同时远程可以操作。