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基于多种通讯方式的城市热网调度管理系统
发布时间:2012-11-29
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文章作者:装备自动化事业部  刘进波

【摘  要】本文主要介绍基于多种通讯方式的城市热网监控系统、换热站、用户侧供热计量监控站的功能及实现方法。
【关键词】城市热网;Hcity;实时数据库;SC200系列小型PLC;HVIEW触摸屏;GraphX组态软件;变频器;换热站 


   城市供热系统是由热源、热网、热用户(工矿企业、学校、医院、居民小区等)组成的庞大、封闭、复杂的循环系统。随着城市供热管网建设的高速发展,由单一热源到多热源,管网规模和设备数量不断扩大,热用户急剧增长。如何有效管理城市供热系统的设施设备,提高热网运行效率,节约能源,满足用户需求成为摆在城市供热部门面前急需解决的问题。


   城市供热系统是由热源、热网、热用户(工矿企业、学校、医院、居民小区等)组成的庞大、封闭、复杂的循环系统。随着城市供热管网建设的高速发展,由单一热源到多热源,管网规模和设备数量不断扩大,热用户急剧增长。如何有效管理城市供热系统的设施设备,提高热网运行效率,节约能源,满足用户需求成为摆在城市供热部门面前急需解决的问题。

一、城市热网调度管理系统概况

   城市热网调度管理系统的监控范围包括:热电联产电厂或区域供暖锅炉房、一次管网及区域换热站、用户侧二次管网系统等组成的庞大的分布式监控系统,长期以来我国城市供热管理问题很多:系统管理模式粗放、各子系统之间分别由不同的供应商提供、产品鱼龙混杂、可靠性差、存在数据交互鸿沟;自动调节品质差、甚至长期靠人工手动运行、锅炉燃控效率低;一次管网损耗严重、二次用户侧供热效果差、损耗大、缺乏有效的计量结算和管控的手段等问题。
   HCity1.0是科远股份新近推出的针对城市热网调度管理的完整解决方案,系统承担着城市供热的系统运行状态监测、运行参数设定、负荷预测、调度指挥、统计分析等多重功能,是整个热力系统的监控管理中心,系统主要包括:中心热网调度管控中心、区域换热站、用户侧计量温控系统等,基于科远专业的SC200小型PLC、HVIEW触摸屏、GraphX组态软件、SyncBase实时数据库、智能调节阀等核心产品,具有强大的管理和监控功能,支持从工作站到掌上电脑等本地、远程和无线终端设备连接,具有高度稳定、可靠性同时具有极大的系统伸缩性,支持海量数据存贮及数据分析和发掘,为城市供热管理提供了便捷、可靠、有效的管理手段。

二、热网调度管理中心

   热网调度管理中心是HCity的运行管理中枢,基于移动网络、宽带、电话拨号等网络通讯技术,采集和记录各区域换热站、用户栋楼计量管控站的数据,承担整个系统的运行状态监测、运行参数设定、负荷预测、调度指挥、统计分析等多重功能。系统由多台监控管理操作站、数据服务器及通讯数据采集等组成。
    1、城市热网监控操作站
   城市热网监控操作站用户监控管理热网负荷和设备的主要人际交互接口,基于科远先进的GraphX组态软件和通用的PC计算机,多台操作站之间可实现冗余配置。主要功能包括:
   (1)实时数据采集可控制指令下传功能,通过电话线通讯、VPN、光纤、GPRS、数传电台等网络手段,采集管网各分站的温度、压力、流量、变频电机等设备的数据信号。系统具有极大的伸缩性,GraphX组态软件的组态点定义可方便的扩充采集点IO,便于热网管理系统的分批施工建设。
   (2)图形化数据显示功能,以区域地图+热网流程图的方式,显示用户的操作界面,GraphX具有所见即所得的界面组态功能,可方便用户增减、修改图形界面。
    (3)报警、数据、操作等记录功能,GraphX组态软件可灵活定义IO点的越限报警设置,并以不同的颜色、闪烁等对应指示不同的报警级别,同时具有强大的历史纪录功能,包括IO的数据值、报警时间、操作记录等等。
   (4)具有强大的曲线显示功能,可动态定义需显示的IO点,每幅画面最多可以不同颜色显示8根曲线,同时可显示历史数据曲线,支持局部放缩、数据导入导出功能。
   (5)权限管理功能,可定义多个不同的用户级别实现系统的安全管理功能。
    2、数据服务器
    数据服务器基于科远股份强大的SyncBase实时数据库
和高性能服务器,是HCity数据采集和记录的中心站,普通关系型数据库无法满足大量数据变化时采集和存储的需求,分布式城市热网监控系统具有大量实时变化的IO点,SyncBase实时数据库采用无损压缩技术,具有多种类型数据采集接口,具有每秒可完成10万个点数据的存取,最小分辨率为1ms的能力,主要功能包括:
    (1)系统配置功能
    SyncBase的系统配置包括身份和权限管理、定值管理、数据录入和轮值表管理,针对城市热网管理系统,HCity实现了主站、各区域换热站、用户侧计量终端等设备的管理配置,方便用户分批建设和配置系统。
    (2)实时监控
    丰富的图形化监控,能够同时提供50个用户使用Web浏览器在2秒钟内打开画面,画面数据刷新速率不小2秒,用户既可在控制中心浏览热网数据,也可在任意地点通过网络连入服务器,以WEB方式浏览热网数据。
   (3)历史曲线
    完全以Web形式提供,能够提供50个用户在2秒钟内调出至少10年之前的数据。
   (4)综合报表
    完全基于Web的报表配置和管理平台,支持复杂的二次计算和用户自定义表单。
   (5)性能优化和计算
   基于强大的实时数据库,用户可便捷完成管网损耗分析、设备故障诊断等高级功能。、

三、区域换热站控制系统

   区域换热站是热网系统的重要组成部分,主要完成以下功能:现场温度、压力、流量、电流、液位信号、阀门开度等的采集;现场各调节阀、电机、变频器的控制及运行监视。在换热站中,可通过触摸屏简单方便的完成人机交互,监控各种设备稳定运行。
    1、换热站控制系统主要功能
   换热站控制是实现热网负荷控制的关键,实现它将一次侧蒸汽或高温水通过热交换器换成可以直接进入用户末端的采暖热水,其主要控制功能包括:





    (1)一次网侧
   支持带气候补偿的二次供水温度、二次供回水平均温度和根据设定的二次供水温度为一次网电动调节阀的控制目标。同时可调节二次供水温度随室外温度变化的供热曲线。
   支持带无扰切换的PID控制,在控制精度允许的范围内,避免一次电动调节阀开度的频繁变化,控制稳定,延长电动调节阀的使用寿命。系统可调节一次最大回水温度差,避免能源浪费。
    (2)二次网侧
    系统支持带气候补偿的二次供回水压差(变压变流量)和恒定的二次供回水压差(定压变流量),为二次循环泵的调节目标。
   支持一台变频器在多台水泵之间切换运行,并且循环使用各台泵,均衡其运行时间,延长设备使用寿命。
   (3)补水侧
   支持膨胀水箱定压补水、循环水泵入口补水泵定压补水和旁通管补水泵定压的自动控制,根据恒压点的实测压力值与设定压力值的比较偏差,通过变频器改变补水泵的运行频率,保证恒压点的压力恒定。
   (4)软化水侧
   在控制回路里应包含对软化水装置的自动控制。根据软化水箱的水位,控制软化水装置的启停。
   (5)其它功能
就地触摸屏可显示重要参数的历史曲线、实时数据、状态情况,包括:一次供回水温度;一次供回水压力;二次供回水温度;二次供回水压力;二网次流量;循环水泵电流值、转速值等。
    2、换热站控制系统组成部件
   本系统由科远SC200小型PLC、HVIEW触摸屏以及变频器、调节控制阀、GPRS或以太网络设备、UPS设备、防雷设备等设备组成,具有可靠性指标高、自动调节品质高、可全自动无人值守的特点。
   换热站设计就地手动控制、触摸屏控制、远程热网监控中心控制三种方式,支持电话线通讯、VPN、光纤、GPRS、数传电台等上行通讯接口,同时支持与其它模块通讯的接口,如与现场智能电表、水表的通讯及热用户处的温度抽样点进行通讯。
   科远SC200小型PLC是换热站控制系统的核心部件,典型的换热站配置包括SC224M控制器模件、热电阻温度测量模件、AI模拟量测量模件、AO模拟量输出模件等。
   SC224M为主控制器模件,本体上设有1个百兆以太网口、1个485通讯口、1个232口,可灵活实现与HMI触摸屏、GPRS通讯终端、变频器、以及其它智能仪表的通讯。
   HVIEW触摸屏为设置在换热站机柜上的7寸真彩色人机交互界面,运行强大的GraphX组态软件嵌入式版本,除能够实现常规的流程数据画面显示、曲线显示、设备操作等功能外,还能实现当地重要数据的历史纪录功能,便于用户查看当地换热站的温度、压力、流量数据。

四、用户侧供热计量温控系统

   集中供热系统在按照用户用热量收费时,必须为用户提供室内温度控制装置,随着用户室温调节手段的具备,二次网将从传统的定流量运行转变为变流量运行,即原有分阶段改变流量的质调节模式必须调整为分阶段改变温度的量调节模式。因此集中供热系统按照用户热量收费时,必须全面考虑整个热网系统的运行工况调节,需将用户侧的温控调节纳入至整个热网管理监控系统中。
   本系统是HCity设置在用户侧二次热网上的热力计量和温控系统,改变了用户侧热量计量不准确和无法监控的特点,推进了热力企业通过供热计量收费体制的改革实现企业的大幅度节能运行,做到用户和企业的双赢。



   系统由楼栋供热控制器、关断控制阀、智能温度调节阀、热量计量仪表、分布式温度采集单元组成,构成用户侧完整的温度控制、热量计量子系统。
   支持多楼层分区温度调节控制功能,用户可设置各分区的温度,由调节阀自动调节控制楼层温度。
   分布式温度采集单元、智能温度调节阀支持有线和无线方案,方便用户施工安装。
    楼栋供热控制器支持IC卡预付费模式,解决了供热收费难的问题,同时,系统对于IC卡金额到一定限额时采用短消息的方式发送给指定的用户,通知该用户按时充值,否则,余额用完后,系统远程自动控制现场的电动阀门关断阀门。

五、结束语

   城市集中供热系统是非常庞大复杂的社会基础建设工程,在国家大力提倡推广节能环保的大背景下,供热企业和广大热用户都迫切盼采用现代科技改造老旧的热网管理和计量模式,提高供热品质,减少热网的损耗和杜绝各类浪费,HCity城市热网管理调度管理系统为用户提供了一套先进、实用、可靠的解决方案,大规模推广实施必将会取得良好的经济和社会效益。
400-881-8758