摘要：文章概述了分散式供暖自动控制系统的构成与应用，其基本控制原理，软硬件配置，系统基本架构及其应用效果。
关键词：分散式自动控制系统，比例积分微分调节，质调节，量调节，质、量调节相结合，开环控制，闭环控制
供暖系统的自动化设计和改装，我们的观点是尽可能简单便捷，能用单片机就不用逻辑控制器（PLC），能用PLC就不用工业计算机，如果变频器的功能足够，就把变频器的功能开发到极致，因为系统越复杂，出现问题的可能性越大，维修的难度也越大。
仅就功能而言，分散式自动控制系统系统可在节约系统通信网络投资的情况下实现系统的智能控制。即在热源厂与各个终端换热站内设置自动控制系统，信号的传输依靠系统内的介质，而不设置单独的系统信息传输网络，热源锅炉房和每个分站内设置的系统其基本架构及其组件。
为了更好的总结修改供暖参数曲线，系统内可设置单独的存储处理单元，实际上在有了一定的运行经验后这个单元完全可以不要，我们在系统搭建之初在方案中虽然考虑了单独设置存储处理单元，但在具体实施时将其取消了。
系统的基本控制原理是：理论上室外温度和室内耗热量之间存在对应函数关系，即二者成正比例：
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（1）
式（1）中：Q→系统耗热量；G→系统流量；K1、K2→换热系数；tg、th、tn、tw→供水温度、回水温度、室内温度、室外温度。
依据上述理论，我们采用比例积分微分调节（PID）方式，其数学表达式是：
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（2）
式（2）中：y→调节器输出信号；kp→比例放大系数；x→调节器的输入偏差信号；Tt→积分时间；TD→微分时间。
在实际的调节过程中采用的是质、量调节相结合：一次网在换热站采用量调节为主，质调量调相结合（质调通过热源厂增减负荷实现），二次网主要采用质调节，因为二次网的热用户终端设施基本都是手动调节装置，没办法随系统实时进行量调节。
供暖管网设计和实际运行时其流量基本在紊流阻力平方区，不论一次侧和二次侧，其阻力与流量的二次方成正比，即：
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（6）
式（3）至（6）中：ΔHy→系统管道比摩阻，k→管道相对粗糙度，G→系统流量，ρ→介质密度，υ→介质流速，A→管道横断面积，d→管道直径，Hj→系统对应管件局部阻力，ζ→管件局部阻力系数，Hz→系统总阻力，Σ→求和符号，L→各对应管径管段长度。
式（1-6）中等号右边“+”号前面的部分是系统的沿程阻力之和，“+”号后面的部分是系统的局部阻力之和。
所以当在某一个流量值下系统手动调平衡后如果流量值变化，各部位的阻力会变化，此时如果系统不能实现随动，系统的平衡就会发生变化，即出现水力失衡。系统存在一个能达到平衡的最适宜流量，在此流量基础上系统的平衡调节比较容易，如果流量继续低的话系统调节难度变大，甚至几乎没法达到水力平衡，另外系统循环泵实际输出功率与系统流量和阻力相关联，其关系是：
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（7）
式（7）中：P→循环泵电机实际输出功率；η离心式循环泵机械效率，通常取0.8左右，其余符号意义同前，式（1-7）的H是系统的实际阻力，也是水泵的工作扬程而不是铭牌扬程。
根据式（3）至式（7）可推知循环泵电机实际输出功率是系统流量的三次函数，这也就解释了为什么离心式循环泵在低扬程大流量下会超负荷。
式（3）至式（7）是二次网采用质调节的原因和依据，实际实施中通过手动调节系统总出口阀门和二次循环泵变频自动调速相结合的方式将系统二次流量确定在系统的最适当流量值附近的一定范围内，且流量宜小不宜大，否则随流量的增加电动机输出功率将急速增大。
系统二次侧在每次正常运行时频率是固定的，所调节的主要是热媒温度，即质调节。当二次侧温度达到或超出要求值时，控制器会发出动作指令给现场执行器（变频器和电动阀门的伺服电机），电动阀门关小；二次侧循环泵降低运行频率，减小系统循环流量直至减速停机。
如果在运行时传感器检测到二次侧循环水温度低于设定值（此设定温度经过室外温度和室内典型温度点的温度补偿修正）时，站内分散式控制系统（单片机、PLC、微型计算机等）即发出指令给现场执行器（电动阀门、循环泵变频器等），现场执行器执行命令并反馈给分散式控制器（一次网加大输入流量、二次侧循环泵升至设定频率保证系统循环流量），其反馈通过现场传感器实现（流量计、压力计，温度计）。
当一次温度低于设定值时，系统默认的是一次侧处于停机状态，控制器会指令二次系统循环泵关机，当一次侧温度超出设定值时，控制器指令二次系统循环泵启动运行。
各个分站均实行此种控制方式，这样对于一次总站或者热源厂锅炉房来说，系统的流量和压力分布是变化的，当各个分站的一次侧阀门趋向于关闭时，系统一次侧的流量会减少到最低值，一次流量在最低值时热源厂的一次供水温度会上升，达到设定值时热源厂内分散式控制器发出减负荷（或停机）指令，此时锅炉减负荷或者停机。
也可以将一次网流量的最低值作为减负荷或者停机的触发信号。一次循环泵保持一定时间段运行以便将一次循环温度降低并将锅炉余热送出给热网，直至一次循环温度降至设定温度时循环泵停机，然后每隔一个设定的时段一次主循环泵启动并短时运行一段时间（20分钟左右），这有两个作用：一是将锅炉内燃料在压火状态下的热量送入热网以防止炉内汽化；二是可以检测各个站的一次网流量分配电动阀是否开启（读取系统一次流量信息），如已经开启则锅炉需要启动以增加供热量。
为防止各个换热站内的一次侧电动阀门同时全部关闭导致一次侧循环突然停顿造成超温，最远端的一个或几个站内一次侧电动阀门设置一个最小流通量（本案设置为额定流量的20%）从而不会完全关闭。
对于各个分站和热源厂来说，因为是采用介质来传递信号，受系统惯性的影响，其信号传递会出现大滞后，为了更好的节能，其有些环节可以采用开环控制，比如在热源厂、锅炉房等，有时候可以采用时钟控装置并设定为分段定时启动和停机（即先于触发信号做出控制指令），并且目前的工业锅炉房很难做成全自动的，虽然技术上和理论上可以实现，但因为工业锅炉及其配套的设备的可靠性问题，锅炉运行时锅炉房内仍需有人值守巡视监测，这样实行开环控制时巡视人员可以根据实际情况进行及时调整。
我们的做法是开环和闭环相结合，在供暖初期和末期，热源厂的能力相对过剩，这个时段利用时钟控制锅炉的启停机，锅炉停机时热源循环泵不停机，直到热网高温侧回水温度降至设定值时，主泵停机。同样主泵启动时二次循环泵不立即启动，直到换热站温度传感器检测到一次高温水到达换热器时才启动。而在供热的高峰期（室外气温典型采集点的温度低于参考值）时采用闭环自动控制，时钟控制退出。
参考书目：《城镇供热系统监控技术研讨会论文集》中国城镇供热协会技术委员会 2007年1月10日
《供暖通风设计手册》陆耀庆主编 中国建筑工业出版社1987年12月第一版