SCADA控制系統(tǒng)在供熱節(jié)能工程中的應(yīng)用

李盛 杜萌 戰(zhàn)小康

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,人們對節(jié)能和供熱質(zhì)量有了更高的要求。設(shè)專人值守的換熱站傳統(tǒng)運行方式已不能滿足人們的需求。因此,SCADA控制系統(tǒng)在城市供熱領(lǐng)域的應(yīng)用日漸廣泛。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng),即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等功能。

1 SCADA系統(tǒng)在城市建筑供熱中的應(yīng)用

1.1 工程概況

該城市集中供熱工程建筑面積約200萬m2,各個供熱區(qū)域分散設(shè)置水—水換熱站。工程供熱區(qū)域面積大、換熱站數(shù)量多且分散,管理困難。經(jīng)分析比較,決定采用SCADA控制系統(tǒng)。

在監(jiān)控中心設(shè)置一套SCADA系統(tǒng),監(jiān)控中心能夠和各區(qū)域換熱站進行無線通訊,實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。各區(qū)域換熱站也能通過無線通訊方式將站內(nèi)的運行參數(shù)上傳至監(jiān)控中心。各換熱站內(nèi)分別設(shè)置遠(yuǎn)程終端控制器(RTU),實現(xiàn)對本換熱站的就地全自動獨立控制。系統(tǒng)完成后,各換熱站可實現(xiàn)智能無人職守運行。

1.2 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)置一臺通訊服務(wù)器;兩臺互為熱備份的冗余主、從操作站;一個操作員站;一個工程師站以及打印機,UPS電源等。監(jiān)控中心能夠采集各換熱站的運行參數(shù),并通過人機界面以數(shù)字、棒圖等多種形式顯示。重要參數(shù)可實時歷史記錄,并建立實時歷史數(shù)據(jù)庫。對如換熱站能耗等重要參數(shù),自動生成相應(yīng)分析圖表。監(jiān)控中心操作人員可對控制參數(shù)及控制曲線等進行修改,并下載到各換熱站現(xiàn)場終端裝置(RTU),使其按修改后的參數(shù)運行。

監(jiān)控中心能夠?qū)Ω鲹Q熱站的故障進行相應(yīng)的分析診斷,并報警通知監(jiān)控中心操作人員。當(dāng)換熱站內(nèi)某一測量值超出設(shè)定的正常范圍或某一開關(guān)量(泵、閥門等)狀態(tài)改變時,可根據(jù)不同的優(yōu)先級,做出聲光報警,并在監(jiān)控中心操作站顯示屏上顯示報警信息及相應(yīng)動態(tài)畫面,以便監(jiān)控中心操作人員對其及時處理。所有報警信息均被記錄在報警數(shù)據(jù)庫,以供今后檢索和事故分析。

1.3 遠(yuǎn)程終端站

各區(qū)域換熱站內(nèi)設(shè)置的遠(yuǎn)程終端站由遠(yuǎn)程終端控制器(RTU)、現(xiàn)場傳感器及通訊系統(tǒng)組成。遠(yuǎn)程終端控制器通過與其相連的現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行機構(gòu)獨立完成對各換熱站的數(shù)據(jù)采集以及控制功能,并可完成與監(jiān)控中心的通訊。

1.3.1 遠(yuǎn)程終端控制器(RTU)檢測點

遠(yuǎn)程終端控制器(RTU)通過現(xiàn)場傳感器對換熱站如下參數(shù)進行實時檢測:1)室外溫度;2)換熱機組一次管網(wǎng)側(cè)供、回水溫度及壓力;3)換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)供、回水溫度及供水壓力;4)換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)除污器前、后回水壓力;5)水箱液位。

通過遠(yuǎn)程終端控制器(RTU)的液晶顯示屏可顯示下列參數(shù):

1)室外溫度;2)換熱機組一次管網(wǎng)側(cè)供、回水溫度值及壓力值;3)換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)供、回水溫度值及壓力值;4)換熱機組一次管網(wǎng)側(cè)調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)與開度;5)泄壓閥的狀態(tài)與泄壓設(shè)定值(可現(xiàn)場修改);6)換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)補水壓力設(shè)定值(可現(xiàn)場修改);7)補水泵運行狀態(tài);8)循環(huán)泵運行狀態(tài);9)換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)除污器前后壓差值及其報警設(shè)定值(可現(xiàn)場修改);10)換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)供回水壓差值及其設(shè)定值(可現(xiàn)場修改);11)水箱液位及其報警設(shè)定值(可現(xiàn)場修改);12)換熱機組運行時各類故障報警。

1.3.2 遠(yuǎn)程終端控制器(RTU)控制功能

遠(yuǎn)程終端控制器通過室外溫度傳感器,實時采集室外溫度值,根據(jù)室外溫度值以及遠(yuǎn)程終端控制器內(nèi)已設(shè)定的運行曲線自動確定換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)供水的溫度設(shè)定值。遠(yuǎn)程終端控制器經(jīng)過PID運算自動調(diào)節(jié)換熱機組一次管網(wǎng)側(cè)供水管上調(diào)節(jié)閥的開度,使換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)實際供水溫度始終與遠(yuǎn)程終端控制器對其設(shè)定值保持相同。這樣不僅滿足供熱需求且極大的節(jié)約了能源,避免了二次管網(wǎng)側(cè)供水的溫度過高而造成的熱能浪費。

遠(yuǎn)程終端控制器通過變頻器,根據(jù)換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)供、回水壓差設(shè)定值自動控制換熱站內(nèi)兩臺循環(huán)泵(一用一備)的運行,并實現(xiàn)循環(huán)泵的定時輪換,交替使用,以避免備用泵因長時間處于停機狀態(tài)而銹死。在運行過程中若任一臺循環(huán)泵發(fā)生故障,則自動切換另一臺循環(huán)泵投入運行,同時向監(jiān)控中心報警。若兩臺循環(huán)泵均發(fā)生故障,則立即停止換熱機組運行并向監(jiān)控中心報警。

遠(yuǎn)程終端控制器通過變頻器,根據(jù)二次管網(wǎng)側(cè)回水壓力設(shè)定值經(jīng)PID運算自動控制換熱站內(nèi)兩臺補水泵(一用一備)的運行。補水泵亦自動定時輪換。若一臺補水泵出現(xiàn)故障,自動切換至另一臺補水泵投入運行,同時向監(jiān)控中心報警。

遠(yuǎn)程終端控制器根據(jù)換熱機組二次管網(wǎng)側(cè)泄壓保護值自動開停泄壓閥,并在設(shè)定值處設(shè)一回差,避免泄壓閥頻繁動作。泄壓閥動作時,向監(jiān)控中心報警。

1.3.3 遠(yuǎn)程終端控制器(RTU)安全保護功能

換熱機組的水箱液位若超出報警高、低限值;除污器前后壓差值超出報警設(shè)定值;遠(yuǎn)程終端控制器均立即向監(jiān)控中心報警。

當(dāng)系統(tǒng)失電時,換熱機組一次管網(wǎng)側(cè)供水管上的調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉,同時向監(jiān)控中心報警。供電恢復(fù)時,遠(yuǎn)程終端控制器可實現(xiàn)復(fù)電自檢開機。

1.4 無線通訊系統(tǒng)

通過設(shè)置在監(jiān)控中心及各換熱站內(nèi)的GPRS無線通訊模塊,可利用城市移動通訊網(wǎng),實現(xiàn)監(jiān)控中心與各換熱站遠(yuǎn)程終端控制器間的GPRS無線通訊。監(jiān)控中心可定時采集各換熱站的運行參數(shù),也可根據(jù)需要,單獨對某一換熱站進行訪問。當(dāng)某換熱站出現(xiàn)故障時,故障換熱站優(yōu)先向監(jiān)控中心發(fā)送相關(guān)故障信息。

2 結(jié)語

SCADA智能控制系統(tǒng)在城市建筑供熱中的應(yīng)用,不但提高了供熱質(zhì)量,而且為能源的節(jié)約和運營成本的降低提供了有效途徑。

[1]張佳煒,龍海南.GPRS技術(shù)在SCADA系統(tǒng)中的實現(xiàn)與應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2004(23):29-33.

[2]張建林.基于PLC網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測系統(tǒng)及其與SCADA的集成[J].江蘇機電工程,2004(5):11-14.