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基于多種通訊方式的城市熱網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)

2022年05月13日 16:08:18人氣：955來源：南京科遠智慧科技集團股份有限公司

文章作者：裝備自動化事業(yè)部劉進波

【摘要】本文主要介紹基于多種通訊方式的城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、換熱站、用戶側(cè)供熱計量監(jiān)控站的功能及實現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】城市熱網(wǎng)；Hcity；實時數(shù)據(jù)庫；SC200系列小型PLC；HVIEW觸摸屏；GraphX組態(tài)軟件；變頻器；換熱站

城市供熱系統(tǒng)是由熱源、熱網(wǎng)、熱用戶(工礦企業(yè)、學校、醫(yī)院、居民小區(qū)等)組成的龐大、封閉、復雜的循環(huán)系統(tǒng)。隨著城市供熱管網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展，由單一熱源到多熱源，管網(wǎng)規(guī)模和設(shè)備數(shù)量不斷擴大，熱用戶急劇增長。如何有效管理城市供熱系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備，提高熱網(wǎng)運行效率，節(jié)約能源，滿足用戶需求成為擺在城市供熱部門面前急需解決的問題。

一、城市熱網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)概況

城市熱網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)的監(jiān)控范圍包括：熱電聯(lián)產(chǎn)電廠或區(qū)域供暖鍋爐房、一次管網(wǎng)及區(qū)域換熱站、用戶側(cè)二次管網(wǎng)系統(tǒng)等組成的龐大的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，長期以來我國城市供熱管理問題很多：系統(tǒng)管理模式粗放、各子系統(tǒng)之間分別由不同的供應商提供、產(chǎn)品魚龍混雜、可靠性差、存在數(shù)據(jù)交互鴻溝；自動調(diào)節(jié)品質(zhì)差、甚至長期靠人工手動運行、鍋爐燃控效率低；一次管網(wǎng)損耗嚴重、二次用戶側(cè)供熱效果差、損耗大、缺乏有效的計量結(jié)算和管控的手段等問題。

HCity1.0是科遠股份新近推出的針對城市熱網(wǎng)調(diào)度管理的完整解決方案，系統(tǒng)承擔著城市供熱的系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測、運行參數(shù)設(shè)定、負荷預測、調(diào)度指揮、統(tǒng)計分析等多重功能，是整個熱力系統(tǒng)的監(jiān)控管理中心，系統(tǒng)主要包括：中心熱網(wǎng)調(diào)度管控中心、區(qū)域換熱站、用戶側(cè)計量溫控系統(tǒng)等，基于科遠專業(yè)的SC200小型PLC、HVIEW觸摸屏、GraphX組態(tài)軟件、SyncBase實時數(shù)據(jù)庫、智能調(diào)節(jié)閥等核心產(chǎn)品，具有強大的管理和監(jiān)控功能，支持從工作站到掌上電腦等本地、遠程和無線終端設(shè)備連接，具有高度穩(wěn)定、可靠性同時具有極大的系統(tǒng)伸縮性，支持海量數(shù)據(jù)存貯及數(shù)據(jù)分析和發(fā)掘，為城市供熱管理提供了便捷、可靠、有效的管理手段。

二、熱網(wǎng)調(diào)度管理中心

熱網(wǎng)調(diào)度管理中心是HCity的運行管理中樞，基于移動網(wǎng)絡、寬帶、電話撥號等網(wǎng)絡通訊技術(shù)，采集和記錄各區(qū)域換熱站、用戶棟樓計量管控站的數(shù)據(jù)，承擔整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)監(jiān)測、運行參數(shù)設(shè)定、負荷預測、調(diào)度指揮、統(tǒng)計分析等多重功能。系統(tǒng)由多臺監(jiān)控管理操作站、數(shù)據(jù)服務器及通訊數(shù)據(jù)采集等組成。

1、城市熱網(wǎng)監(jiān)控操作站

城市熱網(wǎng)監(jiān)控操作站用戶監(jiān)控管理熱網(wǎng)負荷和設(shè)備的主要人際交互接口，基于科遠*的GraphX組態(tài)軟件和通用的PC計算機，多臺操作站之間可實現(xiàn)冗余配置。主要功能包括：

（1）實時數(shù)據(jù)采集可控制指令下傳功能，通過電話線通訊、VPN、光纖、GPRS、數(shù)傳電臺等網(wǎng)絡手段，采集管網(wǎng)各分站的溫度、壓力、流量、變頻電機等設(shè)備的數(shù)據(jù)信號。系統(tǒng)具有極大的伸縮性，GraphX組態(tài)軟件的組態(tài)點定義可方便的擴充采集點IO，便于熱網(wǎng)管理系統(tǒng)的分批施工建設(shè)。

（2）圖形化數(shù)據(jù)顯示功能，以區(qū)域地圖+熱網(wǎng)流程圖的方式，顯示用戶的操作界面，GraphX具有所見即所得的界面組態(tài)功能，可方便用戶增減、修改圖形界面。

（3）報警、數(shù)據(jù)、操作等記錄功能，GraphX組態(tài)軟件可靈活定義IO點的越限報警設(shè)置，并以不同的顏色、閃爍等對應指示不同的報警級別，同時具有強大的歷史紀錄功能，包括IO的數(shù)據(jù)值、報警時間、操作記錄等等。

（4）具有強大的曲線顯示功能，可動態(tài)定義需顯示的IO點，每幅畫面最多可以不同顏色顯示8根曲線，同時可顯示歷史數(shù)據(jù)曲線，支持局部放縮、數(shù)據(jù)導入導出功能。

（5）權(quán)限管理功能，可定義多個不同的用戶級別實現(xiàn)系統(tǒng)的安全管理功能。

2、數(shù)據(jù)服務器

數(shù)據(jù)服務器基于科遠股份強大的SyncBase實時數(shù)據(jù)庫

和高性能服務器，是HCity數(shù)據(jù)采集和記錄的中心站，普通關(guān)系型數(shù)據(jù)庫無法滿足大量數(shù)據(jù)變化時采集和存儲的需求，分布式城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)具有大量實時變化的IO點，SyncBase實時數(shù)據(jù)庫采用無損壓縮技術(shù)，具有多種類型數(shù)據(jù)采集接口，具有每秒可完成10萬個點數(shù)據(jù)的存取，最小分辨率為1ms的能力，主要功能包括：

（1）系統(tǒng)配置功能

SyncBase的系統(tǒng)配置包括身份和權(quán)限管理、定值管理、數(shù)據(jù)錄入和輪值表管理，針對城市熱網(wǎng)管理系統(tǒng)，HCity實現(xiàn)了主站、各區(qū)域換熱站、用戶側(cè)計量終端等設(shè)備的管理配置，方便用戶分批建設(shè)和配置系統(tǒng)。

（2）實時監(jiān)控

豐富的圖形化監(jiān)控，能夠同時提供50個用戶使用Web瀏覽器在2秒鐘內(nèi)打開畫面，畫面數(shù)據(jù)刷新速率不小2秒，用戶既可在控制中心瀏覽熱網(wǎng)數(shù)據(jù)，也可在任意地點通過網(wǎng)絡連入服務器，以WEB方式瀏覽熱網(wǎng)數(shù)據(jù)。

（3）歷史曲線

*以Web形式提供，能夠提供50個用戶在2秒鐘內(nèi)調(diào)出至少10年之前的數(shù)據(jù)。

（4）綜合報表

*基于Web的報表配置和管理平臺，支持復雜的二次計算和用戶自定義表單。

（5）性能優(yōu)化和計算

基于強大的實時數(shù)據(jù)庫，用戶可便捷完成管網(wǎng)損耗分析、設(shè)備故障診斷等高級功能。、

三、區(qū)域換熱站控制系統(tǒng)

區(qū)域換熱站是熱網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，主要完成以下功能：現(xiàn)場溫度、壓力、流量、電流、液位信號、閥門開度等的采集；現(xiàn)場各調(diào)節(jié)閥、電機、變頻器的控制及運行監(jiān)視。在換熱站中，可通過觸摸屏簡單方便的完成人機交互，監(jiān)控各種設(shè)備穩(wěn)定運行。

1、換熱站控制系統(tǒng)主要功能

換熱站控制是實現(xiàn)熱網(wǎng)負荷控制的關(guān)鍵，實現(xiàn)它將一次側(cè)蒸汽或高溫水通過熱交換器換成可以直接進入用戶末端的采暖熱水，其主要控制功能包括：

（1）一次網(wǎng)側(cè)

支持帶氣候補償?shù)亩喂┧疁囟?、二次供回水平均溫度和根?jù)設(shè)定的二次供水溫度為一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥的控制目標。同時可調(diào)節(jié)二次供水溫度隨室外溫度變化的供熱曲線。

支持帶無擾切換的PID控制，在控制精度允許的范圍內(nèi)，避免一次電動調(diào)節(jié)閥開度的頻繁變化，控制穩(wěn)定，延長電動調(diào)節(jié)閥的使用壽命。系統(tǒng)可調(diào)節(jié)一次回水溫度差，避免能源浪費。

（2）二次網(wǎng)側(cè)

系統(tǒng)支持帶氣候補償?shù)亩喂┗厮畨翰睿ㄗ儔鹤兞髁浚┖秃愣ǖ亩喂┗厮畨翰睿ǘ▔鹤兞髁浚瑸槎窝h(huán)泵的調(diào)節(jié)目標。

支持一臺變頻器在多臺水泵之間切換運行，并且循環(huán)使用各臺泵，均衡其運行時間，延長設(shè)備使用壽命。

（3）補水側(cè)

支持膨脹水箱定壓補水、循環(huán)水泵入口補水泵定壓補水和旁通管補水泵定壓的自動控制，根據(jù)恒壓點的實測壓力值與設(shè)定壓力值的比較偏差，通過變頻器改變補水泵的運行頻率，保證恒壓點的壓力恒定。

（4）軟化水側(cè)

在控制回路里應包含對軟化水裝置的自動控制。根據(jù)軟化水箱的水位，控制軟化水裝置的啟停。

（5）其它功能

就地觸摸屏可顯示重要參數(shù)的歷史曲線、實時數(shù)據(jù)、狀態(tài)情況，包括：一次供回水溫度；一次供回水壓力；二次供回水溫度；二次供回水壓力；二網(wǎng)次流量；循環(huán)水泵電流值、轉(zhuǎn)速值等。

2、換熱站控制系統(tǒng)組成部件

本系統(tǒng)由科遠SC200小型PLC、HVIEW觸摸屏以及變頻器、調(diào)節(jié)控制閥、GPRS或以太網(wǎng)絡設(shè)備、UPS設(shè)備、防雷設(shè)備等設(shè)備組成，具有可靠性指標高、自動調(diào)節(jié)品質(zhì)高、可全自動無人值守的特點。

換熱站設(shè)計就地手動控制、觸摸屏控制、遠程熱網(wǎng)監(jiān)控中心控制三種方式，支持電話線通訊、VPN、光纖、GPRS、數(shù)傳電臺等上行通訊接口，同時支持與其它模塊通訊的接口，如與現(xiàn)場智能電表、水表的通訊及熱用戶處的溫度抽樣點進行通訊。

科遠SC200小型PLC是換熱站控制系統(tǒng)的核心部件，典型的換熱站配置包括SC224M控制器模件、熱電阻溫度測量模件、AI模擬量測量模件、AO模擬量輸出模件等。

SC224M為主控制器模件，本體上設(shè)有1個百兆以太網(wǎng)口、1個485通訊口、1個232口，可靈活實現(xiàn)與HMI觸摸屏、GPRS通訊終端、變頻器、以及其它智能儀表的通訊。

HVIEW觸摸屏為設(shè)置在換熱站機柜上的7寸真彩色人機交互界面，運行強大的GraphX組態(tài)軟件嵌入式版本，除能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)的流程數(shù)據(jù)畫面顯示、曲線顯示、設(shè)備操作等功能外，還能實現(xiàn)當?shù)刂匾獢?shù)據(jù)的歷史紀錄功能，便于用戶查看當?shù)負Q熱站的溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)。

四、用戶側(cè)供熱計量溫控系統(tǒng)

集中供熱系統(tǒng)在按照用戶用熱量收費時，必須為用戶提供室內(nèi)溫度控制裝置，隨著用戶室溫調(diào)節(jié)手段的具備，二次網(wǎng)將從傳統(tǒng)的定流量運行轉(zhuǎn)變?yōu)樽兞髁窟\行，即原有分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)模式必須調(diào)整為分階段改變溫度的量調(diào)節(jié)模式。因此集中供熱系統(tǒng)按照用戶熱量收費時，必須全面考慮整個熱網(wǎng)系統(tǒng)的運行工況調(diào)節(jié)，需將用戶側(cè)的溫控調(diào)節(jié)納入至整個熱網(wǎng)管理監(jiān)控系統(tǒng)中。

本系統(tǒng)是HCity設(shè)置在用戶側(cè)二次熱網(wǎng)上的熱力計量和溫控系統(tǒng)，改變了用戶側(cè)熱量計量不準確和無法監(jiān)控的特點，推進了熱力企業(yè)通過供熱計量收費體制的改革實現(xiàn)企業(yè)的大幅度節(jié)能運行，做到用戶和企業(yè)的雙贏。

系統(tǒng)由樓棟供熱控制器、關(guān)斷控制閥、智能溫度調(diào)節(jié)閥、熱量計量儀表、分布式溫度采集單元組成，構(gòu)成用戶側(cè)完整的溫度控制、熱量計量子系統(tǒng)。

支持多樓層分區(qū)溫度調(diào)節(jié)控制功能，用戶可設(shè)置各分區(qū)的溫度，由調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)控制樓層溫度。

分布式溫度采集單元、智能溫度調(diào)節(jié)閥支持有線和無線方案，方便用戶施工安裝。

樓棟供熱控制器支持IC卡預付費模式，解決了供熱收費難的問題，同時，系統(tǒng)對于IC卡金額到一定限額時采用短消息的方式發(fā)送給的用戶，通知該用戶按時充值，否則，余額用完后，系統(tǒng)遠程自動控制現(xiàn)場的電動閥門關(guān)斷閥門。

五、結(jié)束語

城市集中供熱系統(tǒng)是非常龐大復雜的社會基礎(chǔ)建設(shè)工程，在國家大力提倡推廣節(jié)能環(huán)保的大背景下，供熱企業(yè)和廣大熱用戶都迫切盼采用現(xiàn)代科技改造老舊的熱網(wǎng)管理和計量模式，提高供熱品質(zhì)，減少熱網(wǎng)的損耗和杜絕各類浪費，HCity城市熱網(wǎng)管理調(diào)度管理系統(tǒng)為用戶提供了一套*、實用、可靠的解決方案，大規(guī)模推廣實施必將會取得良好的經(jīng)濟和社會效益。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫觸摸屏組態(tài)軟件變頻器

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