簡論集中供熱系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)

1、簡論集中供熱系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)哈爾濱哈投投資股份有限公司供熱公司 史寶國 高陽【摘 要】提出了熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場控制器要具備的功能， 供熱系統(tǒng)的控制關(guān)鍵在于溫度和壓力控制， 提出了溫度和壓力控制策略， 對熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通訊方案進行了比較， 并結(jié)合實例對間接連接和混水連接系統(tǒng)形式的控制方案進行了分析。 前言 集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)的需求隨著城市集中供熱規(guī)模的不斷擴大， 以及熱力公司對管理效率的日漸重視， 尤其是新建大中型熱網(wǎng)， 在設(shè)計階段監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)是一個不可缺少的部分。但由于熱力系統(tǒng)具有一些與一般工業(yè)控制過程完全不同的特性， 不少系統(tǒng)集成商對熱力工藝過程缺乏必要的深入了解， 導(dǎo)致很多熱網(wǎng)在采用監(jiān)控

2、系統(tǒng)后， 運行的效果并不如人所愿。而對于一些熱力公司來說， 由于對熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的認識不夠， 往往對要上的系統(tǒng)功能了解不足， 有時盲目追求不切合實際的功能或在投資受限的情況下削減了一些必需的基礎(chǔ)功能， 最終導(dǎo)致系統(tǒng)運行的效果大打折扣。供熱系統(tǒng)的連接方式有直供、間供、混供三種， 連接形式的不同， 其控制方式也是不同的， 直接連接形式的供熱系統(tǒng)比較簡單， 因此有必要對間接連接和混水連接的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進行認真分析， 并總結(jié)出一些基本概念， 以便大家對熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)能有一個全面的了解。 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)概述 一個完整的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)(圖一)在物理層面上它主要由四部分組成： 監(jiān)控中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備、一次

3、儀表； 在軟件層面上主要包括三部分： 現(xiàn)場控制軟件、通訊軟件、中央監(jiān)控調(diào)度軟件。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。目前在國內(nèi)， 對于供熱系統(tǒng)的計算機監(jiān)控方式， 有兩種不同的思路： 一種是采用中央集中式監(jiān)控方法； 另一種是采用中央與就地分工協(xié)作的監(jiān)控方法。前一種方法是中央獨攬大權(quán)， 熱力站機組只有測試儀表和執(zhí)行機構(gòu)，它的功能只是參數(shù)和指令的上傳下達， 熱力站現(xiàn)場控制器不做自動調(diào)控的決策功能。這種方法對中央監(jiān)控軟件的功能要求比較高， 當(dāng)熱電廠不是“以熱定電”即當(dāng)熱電廠供熱量不足時， 能進行流量的均勻調(diào)節(jié)， 但其靈活性差，局部故障容易影響全局的正常運行。例如， 當(dāng)中央調(diào)度室發(fā)生通訊故障的時候，

4、整個熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)就全部失靈了。第二種方法， 即中央與就地分工協(xié)作監(jiān)控方法， 其供熱量的自動調(diào)節(jié)決策功能完全“下放”給就地的熱力站機組， 中央控制室只負責(zé)全網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)視以及總供熱量、總循環(huán)流量的自動調(diào)控。這種方法比較靈活，故障率少， 容易適應(yīng)熱網(wǎng)不同建設(shè)期的需要。圖一第二種方法概括起來也可以叫做： “中央監(jiān)測，統(tǒng)一調(diào)度， 現(xiàn)場控制， 故障報警”。就我國目前的集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)狀況而言， 我們可以從熱力站和系統(tǒng)兩個方面對監(jiān)控系統(tǒng)水平進行劃分。從熱力站監(jiān)控的內(nèi)容上可將熱力站的現(xiàn)場監(jiān)控分為三個層次： 一、監(jiān)測級： 即只采集、觀測熱力站的運行參數(shù)， 不對閥門水泵等進行自動調(diào)節(jié)， 但補水必須是自動的； 二、基

5、本控制級： 在監(jiān)測的基礎(chǔ)上對二次網(wǎng)供水溫度進行自動控制， 即通過一次網(wǎng)側(cè)的電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)供熱量； 三、高級控制級： 在監(jiān)測和對二次供水溫度進行控制的同時， 還對二次側(cè)進行變流量控制， 如對二次循環(huán)泵進行變頻調(diào)節(jié)流量。 從監(jiān)控系統(tǒng)自身的范圍上也可分為三個層次： 一、站級： 即只對單個換熱站進行控制，一般必須做到自動補水、供水溫度自動調(diào)節(jié)等，站級的控制要求做到自動運行， 而且應(yīng)該起到顯著的節(jié)能效果； 二、基本系統(tǒng)級： 在多個換熱站在站級控制的基礎(chǔ)上增加通訊系統(tǒng)實現(xiàn)中央監(jiān)測或控制， 系統(tǒng)可以根據(jù)運行狀況， 進行人工的輔助控制參數(shù)調(diào)整， 保證整個熱網(wǎng)運行的高效和節(jié)能； 三、高級系統(tǒng)級： 在基本系統(tǒng)級的

6、基礎(chǔ)上， 增加系統(tǒng)分析、統(tǒng)計自動優(yōu)化平衡整個熱網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行， 同時可以和企業(yè)其他管理信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)共享。 熱力站控制功能 熱力站的控制是由具有測控功能的現(xiàn)場控制器、控制柜、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)以及通訊系統(tǒng)組成。 基本功能熱力站控制的基本功能主要是由現(xiàn)場控制器實現(xiàn)， 分述如下： ）參數(shù)測量 主要完成管網(wǎng)現(xiàn)場過程的模擬量 （ 如溫度、壓力、熱量等）、狀態(tài)量（ 如泵的狀態(tài)、溫度等） 及脈沖量的測量、并完成相應(yīng)的物理量的上下限比較等功能。 ）數(shù)據(jù)存儲 現(xiàn)場控制器能按一定的時間間隔采集被測參數(shù)。一般情況下這些參數(shù)通過通訊線路定期傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的服務(wù)器中。為防止監(jiān)控中心的故障或停電， 現(xiàn)場控制器應(yīng)具有 以上

7、的數(shù)據(jù)存儲能力， 能存儲一段時間的數(shù)據(jù)， 以便監(jiān)控中心恢復(fù)正常后將故障期間數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控中心， 從而保證數(shù)據(jù)不丟失。 ）通訊功能 現(xiàn)場控制器能在主動或被動方式下與監(jiān)控中心通過通訊線路進行數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)與現(xiàn)場控制機支持有線或無線通訊線路。諸如：電話撥號、 寬帶通訊、 等通訊方式。 ）自診斷自恢復(fù)功能 現(xiàn)場控制器能上電后可自動對關(guān)鍵部位進行自檢。在運行過程中， 當(dāng)受到干擾程序出現(xiàn)異常后， 可自行恢復(fù)到異常前的狀態(tài)， 繼續(xù)運行， 不會出現(xiàn)死機現(xiàn)象。 ）日歷、時鐘功能 現(xiàn)場控制器能設(shè)有日歷和時鐘（ 年、月、日、分、秒）， 并可接受監(jiān)控中心對時命令， 使整個系統(tǒng)時間保持一致。 ）掉電保護功能 現(xiàn)場控制器

8、能不需要電池而無限期保存數(shù)據(jù)。 ）顯示操作功能 現(xiàn)場控制器能具備 寸彩色液晶顯示和操作界面。 ）控制調(diào)節(jié)功能 現(xiàn)場控制器能在監(jiān)控中心的命令下和允許的范圍內(nèi)， 對熱力站和其它現(xiàn)場過程設(shè)備進行自動控制和調(diào)節(jié)。）組態(tài)功能現(xiàn)場控制器能將站名、站號、物理量轉(zhuǎn)換公式、參數(shù)采樣頻率、限值均可在監(jiān)控中心和現(xiàn)場進行組態(tài)。）報警功能現(xiàn)場控制器能夠主動上報參數(shù)異常、事件或故障。 基本控制參數(shù)現(xiàn)場控制設(shè)備能夠靈活的完成室外溫度補償、自動補水、溫度調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)等自動控制環(huán)節(jié)。、溫度控制、室溫參與控制二次網(wǎng)供溫控制有直接設(shè)定控制、室外溫度補償控制等多種控制模式。其中直接設(shè)定控制指在現(xiàn)場控制設(shè)備操作界面上運行人員根據(jù)經(jīng)驗

9、直接設(shè)定合適的二次網(wǎng)供水溫度， 然后控制設(shè)備通過調(diào)節(jié)一次網(wǎng)電動閥保證二次網(wǎng)供水溫度達到設(shè)定值； 室外溫度補償控制則根據(jù)室外溫度的變化， 隨時調(diào)整二次網(wǎng)供水溫度， 既可以通過對照查表， 也可以通過設(shè)定曲線的方式實現(xiàn)。供熱系統(tǒng)的效果主要是室內(nèi)溫度達標(biāo)，而在熱力站控制時是采用二次網(wǎng)的供水溫度來代替室內(nèi)溫度， 明顯有不合理的地方， 因此， 采集室溫來參與熱力站的控制是非?？扇〉?。、壓力（流量）控制根據(jù)二次網(wǎng)的供水壓力或供回水壓差來控制二次網(wǎng)循環(huán)水泵的運行臺數(shù)或頻率， 取壓點的位置可以在二次網(wǎng)的供回水管上， 有條件的場合可以將測壓點放在系統(tǒng)的最不利用戶的供回水干管上。該控制模式下也可以稱為變流量運行控制

10、， 在確定控制方案時， 一定要注意溫度和壓力同時變化的場合， 如二次網(wǎng)流量的變化會導(dǎo)致二次網(wǎng)供水溫度的變化， 原先控制穩(wěn)定的二次網(wǎng)供水溫度就發(fā)生了變化， 還需要再次調(diào)節(jié)， 這樣溫度控制出現(xiàn)了振蕩。、補水控制（略） 通訊系統(tǒng) 通訊是整個熱網(wǎng)控制系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的樞紐，各個熱力站、熱源、管道監(jiān)控節(jié)點和泵站通過通訊系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體。為了實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、控制、調(diào)度， 必須建立連接所有監(jiān)控點的通訊網(wǎng)絡(luò)。整個通訊系統(tǒng)分上位機、下位機和通訊網(wǎng)絡(luò)三個部分， 其中各部分實現(xiàn)的功能如下： 上位機 ! 定時數(shù)據(jù)采集功能 ! 單站采集 ! 控制功能 ! 接收下位機上傳的故障 下位機 ! 故障的主動上傳 ! 接收

11、上位機通訊程序的各種控制指令 ! 給上位機提供各種數(shù)據(jù)等服務(wù) 通訊網(wǎng)絡(luò) 通訊是整個熱網(wǎng)控制系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的樞紐，各個熱力站通過通訊系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體。為了實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、控制、調(diào)度， 必須建立連接所有監(jiān)控點的通訊網(wǎng)絡(luò)。通訊網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個郵政系統(tǒng)， 把每個人發(fā)送的信件及時準(zhǔn)確地傳送到目的地， 對于用戶而言， 通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是“透明”的， 即用戶只需要關(guān)心自己要發(fā)送什么信件， 而不必關(guān)心郵局是如何組織的。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展， 各種虛擬寬帶技術(shù)已經(jīng)越來越成熟， 從最初的 到、（ 虛擬專用網(wǎng)）、（ 虛擬撥號專用網(wǎng)）， 以及無線的 、 通訊方式， 可供用戶選擇的空間越來越大。具體選擇何種通訊網(wǎng)絡(luò)

12、應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)馗鞣N電信運營商提供的服務(wù)性能和價格綜合比較， 下面我們提供三種主要的通訊方案以供參考： 寬帶： 是這兩年電信運營商推廣力度最大的一種通訊解決方案， 主要面向個人或企業(yè)用戶實現(xiàn)在家里高速上網(wǎng)的要求， 其通訊速度可以達到 或 ， 完全可以達到實時在線的系統(tǒng)要求， 其障礙關(guān)鍵在于運行費用， 各地收費價格差異很大。對于企業(yè)用戶而言， 一條 不限時包月費用在 元不等。對于眾多的熱力站來說，每個站點申請一條 ， 監(jiān)控中心申請一條固定 地址的 。普通電話撥號： 即每個熱力站申請一條專用的普通電話線即可， 監(jiān)控中心根據(jù)需要點數(shù)適當(dāng)申請多條電話線。該種方式實施最為簡單， 投資最低， 運行費用也不高，

13、而且通訊線路非常可靠， 容易維護， 幾乎不會出現(xiàn)線路故障， 但實時性較差， 個熱力站通常 分鐘左右可以保證輪巡一遍 （之間建立通訊的握手時間較長造成）。 無線移動網(wǎng)： 普通無線通訊方式在大城市一般較少采用， 主要原因是干擾 嚴(yán) 重 。 最 近 采 用 手 機 移 動 通 訊 網(wǎng) 絡(luò) 如、 的系統(tǒng)開始頻繁出現(xiàn)。經(jīng)過眾多的項目實踐， 通訊方式日趨成熟， 而且運行費用低廉， 有的地方移動公司推出的 經(jīng)濟套餐為 元月， 流量為 ，超出部分為 分 字節(jié)， 自由套餐價格大約在 元月， 不限數(shù)據(jù)流量。 的通訊方式具有價格便宜， 實時性好， 網(wǎng)絡(luò)覆蓋面大等特點， 是一種不錯的通訊系統(tǒng)方案。采用 通訊， 通常有

14、兩種實施方案，采用移動虛擬網(wǎng)或 接入。 幾種通訊方式性能的比較： 換熱站控制實例 某 熱 力 站 供 熱面積： ， 建筑類型： 普通住宅； 最 高 建 筑 ： 層循環(huán)水泵： 臺、流量 、揚程 ； 換熱器換熱面積： 和 。 測試時間： 年 月 日。 用戶室溫很明顯， 在測試時間段內(nèi)， 室內(nèi)溫度均超過了 。這表明以下所有的數(shù)據(jù)是在滿足用戶室溫的情況下得到的。 二次網(wǎng)供水溫度和設(shè)定值比較從圖中可以得出： （）、一天之中二次網(wǎng)的供水溫度設(shè)定值改變了三次， 當(dāng)然這個改變是由人為操作的，不一定合理： 點到 點的室外溫度低于 點至 點的， 但是供水溫度的設(shè)定值卻由 提高到 ， 而應(yīng)該是下降； （）、供水溫度的實際值與設(shè)定值的偏差小于 ， 完全低于建設(shè)部板式換熱機組關(guān)于溫度控制精度為±的標(biāo)準(zhǔn)， 可以說明該控制方式精度很高。 節(jié)能分析平均室外溫度 ， 一次網(wǎng)： 平均供水溫度 ， 平均回水溫度 ， 平均瞬時流量 ， 平均瞬時熱量 ，單位面積一次網(wǎng)瞬時流量 ·， 單位面積瞬時熱量 ·； 二次網(wǎng)： 平均供水溫度 ， 平均回水溫度 ， 平均流量 ， 單位面積流量 ·。 如果按照目前的供熱水平， 可以折算成全年單位面積熱量： ×× （ 天 ）