計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在供熱管網(wǎng)中應(yīng)用探索

鄭琨

【摘要】 隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，各地都開展“藍(lán)天碧水工程”，集中供熱事業(yè)迅猛發(fā)展，管網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大；另一方面，隨著人們生活水平的提高，對(duì)供熱質(zhì)量的需求也越來(lái)越高。這些，都使得技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造成為各熱力公司面臨的緊迫問(wèn)題，粗放型的供熱方式必須向“高效、節(jié)能、舒適 ”的高技術(shù)型供熱方式轉(zhuǎn)變，因此，供熱管網(wǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)正是適應(yīng)時(shí)代要求的產(chǎn)物。

【關(guān)鍵詞】 計(jì)算機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng) 供熱管網(wǎng)

我國(guó)北方地區(qū)基本位于寒帶及高寒帶地區(qū)，有著漫長(zhǎng)的冬季需要進(jìn)行供暖，以保障人民日常工作及生活。但由于技術(shù)、工藝及其他因素的限制，我國(guó)過(guò)去一直采用小鍋爐小區(qū)域供熱系統(tǒng)，致使城市形象大打折扣，環(huán)境污染嚴(yán)重，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，各地都開展“藍(lán)天碧水工程”，集中供熱事業(yè)迅猛發(fā)展，管網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大；另一方面，隨著人們生活水平的提高，對(duì)供熱質(zhì)量的需求也越來(lái)越高。這些，都使得技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造成為各熱力公司面臨的緊迫問(wèn)題，粗放型的供熱方式必須向“高效、節(jié)能、舒適 ”的高技術(shù)型供熱方式轉(zhuǎn)變，因此，供熱管網(wǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)正是適應(yīng)時(shí)代要求的產(chǎn)物。

一、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的作用及位置

熱網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用PC+PLC模式，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)的集中管理、分散控制。系統(tǒng)主工控機(jī)設(shè)在熱網(wǎng)控制中心，主要負(fù)責(zé)采集過(guò)程數(shù)據(jù)，并提供操作指導(dǎo)、設(shè)備控制、故障診斷、報(bào)警信息、事件報(bào)告、數(shù)據(jù)處理、趨勢(shì)顯示。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由1個(gè)熱網(wǎng)控制中心及若干個(gè)PLC遠(yuǎn)程子站組成，負(fù)責(zé)各站內(nèi)數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)節(jié)、系統(tǒng)報(bào)警、通過(guò)接口模塊和通訊系統(tǒng)將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳送到熱網(wǎng)控制中心上位機(jī)等功能。熱網(wǎng)控制中心主要任務(wù)是負(fù)責(zé)供熱系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，集中體現(xiàn)為：（1）全熱網(wǎng)熱力平衡管理，包括對(duì)一次網(wǎng)的平衡管理和二次網(wǎng)的平衡管理。（2）基于熱力平衡的熱網(wǎng)，熱源供熱量合理并跟隨氣象預(yù)報(bào)（包含風(fēng)、雪天影響等）進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)和規(guī)劃。實(shí)現(xiàn)跟隨環(huán)境溫度變化執(zhí)行科學(xué)供熱運(yùn)行，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

二、供熱管網(wǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)原理和組成

2.1供熱網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的5大功能

（1）及時(shí)檢測(cè)參數(shù)，了解系統(tǒng)工況，做到“居調(diào)度室而知全局”。（2）均勻調(diào)節(jié)流量，消除冷熱不均，消除水力工況失調(diào)，不能單靠系統(tǒng)投運(yùn)前的一次性初調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常的流量均勻調(diào)節(jié)是必不可少的。除電動(dòng)自力式調(diào)節(jié)閥外，其它手動(dòng)調(diào)節(jié)閥將無(wú)能為力。（3）合理匹配工況，保證按需供熱。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)軟件開發(fā)，配量供熱系統(tǒng)熱特性識(shí)別和工況優(yōu)化分析程序，根據(jù)前幾天供熱系統(tǒng)的實(shí)測(cè)供回水溫度、循環(huán)流量、室外溫度，以及歷年同期情況和氣象預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)當(dāng)天的最佳況匹配，進(jìn)而對(duì)熱源和熱力網(wǎng)實(shí)行直接自動(dòng)控制或運(yùn)行指導(dǎo)。（4）及時(shí)診斷故障，確保安全運(yùn)行。（5）健全運(yùn)行檔案，實(shí)現(xiàn)量化管理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以建立各種信息數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)\(yùn)行進(jìn)程的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)需要打印運(yùn)行日志。水壓圖、煤耗、電耗、水耗、供熱量等運(yùn)行控制指標(biāo)，還可調(diào)閱各重要參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)。供熱系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，不但可以改善供熱效果，而且能大大提高系統(tǒng)的熱能利用率，一般在手動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，還能再節(jié)能10% 20%左右。

2.2計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的2種監(jiān)控方式

目前在國(guó)內(nèi)，對(duì)于供熱系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式有兩種不同的思路：（1）采用中央集中式監(jiān)控方式，即中央大權(quán)獨(dú)攬，熱力站機(jī)組只有測(cè)試儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的功能只是參數(shù)的下情上達(dá)和指令的上情下達(dá)本身沒(méi)有獨(dú)立的自動(dòng)調(diào)控的決策功能：（2）中央與就地分工協(xié)作的監(jiān)控方法，即集散式（或又稱分布式）的系統(tǒng)。在后者系統(tǒng)中，各熱力站的專用控制器（或 PLC系統(tǒng)） 就成為連接一次網(wǎng)和二次網(wǎng)，起“承上啟下”作用的關(guān)鍵設(shè)備。對(duì)一次網(wǎng)來(lái)說(shuō)，中央控制室從各熱力站控制器獲得需求信息，然后綜合調(diào)配各站的供量，調(diào)節(jié)自身出力，滿足總負(fù)荷的變化。對(duì)二次網(wǎng)來(lái)說(shuō)，控制器要保證在室外溫度變化的情下用戶室內(nèi)溫度達(dá)到需求，并確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，這是目前國(guó)內(nèi)外最常采用的方式。由于供熱網(wǎng)廣域分布的特點(diǎn)，其監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)方式是保證運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，常將其稱為SCADA系統(tǒng) （監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：supervis0rycontro1 And

2.3監(jiān)控系統(tǒng)硬件 4大組成部分

供熱網(wǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從硬件角度看由4大部分（或4個(gè)層次）組成。

（1）中央控制室系統(tǒng)又稱管理級(jí)。有和熱源監(jiān)控系統(tǒng)（如鍋爐房或熱電廠首站）全為一體的，也有單獨(dú)對(duì)外部供熱網(wǎng)實(shí)施監(jiān)控的，有和單位局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的，也有自成體系的。其硬件部分主要包括：工控機(jī) （上位機(jī)）、服務(wù)器、 UPS電源、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等。

（2）通訊系統(tǒng)又稱通訊級(jí)。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的各種通訊手段，一般分為有線傳輸和無(wú)線傳輸兩大類型。

（3）熱力站自控系統(tǒng)又稱自動(dòng)級(jí)。由于換熱站的自控系統(tǒng)功能明確，監(jiān)測(cè)參數(shù)相對(duì)固定（國(guó)家換熱站機(jī)組規(guī)范 中有明確規(guī)定），所以，一般不再采用 PLC系統(tǒng)，而是使用針對(duì)不同應(yīng)用要求而開發(fā)的換熱站專用控制器。控制器的基本功能除參數(shù)監(jiān)測(cè)、安全保護(hù)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳外，主要就是通過(guò)控制一次側(cè)調(diào)節(jié)閥開度而改變一次側(cè)流量，從而達(dá)到控制二次側(cè)水溫的目的。根據(jù)應(yīng)用層次不同，大概可以分為 3類。a簡(jiǎn)單單回路控制器。在生活熱水系統(tǒng)中，換熱器二次側(cè)水溫要求相對(duì)穩(wěn)定，所以只安裝自力式溫控閥便可基本滿足要求。b氣候補(bǔ)償型控制器。根據(jù)室外溫度的變化而改變二次網(wǎng)的水溫，在保證室內(nèi)溫度合格的前提下，做到舒適、節(jié)能。這也是一種簡(jiǎn)單的控制器，只采集室外溫度和二次供水溫度，根據(jù)面板定的控制曲線改變調(diào)節(jié)閥開度。它不能采集更多的參數(shù)，也沒(méi)有更復(fù)雜的功能，但價(jià)格便宜，安裝使用方便，運(yùn)行可靠，所以特別適合在小型機(jī)組上應(yīng)用，在無(wú)人值守站中也可使用。由于它沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)功能，所以在大型的供熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中不使用。c標(biāo)準(zhǔn)換熱站控制器。為了適應(yīng)我國(guó)供熱網(wǎng)規(guī)模大，工況復(fù)雜，技術(shù)水平相對(duì)落后的情況，對(duì)作為供熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)核心設(shè)備的換熱站控制器就提出了較高要求。調(diào)節(jié)功能。通過(guò)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度控制曲線或有關(guān)指令控制次側(cè)調(diào)節(jié)閥開度改變一次側(cè)流量，從而調(diào)節(jié)二次側(cè)水溫，使其達(dá)到預(yù)定的要求。計(jì)算功能。通過(guò)采集一次網(wǎng)瞬時(shí)流量、一次供水溫度、一次回水溫度，計(jì)算出一次網(wǎng)瞬時(shí)熱量，進(jìn)而進(jìn)行流量累積和熱量累積。同樣，二次網(wǎng)也可以如此。控制功能包括二次側(cè)供水溫度/供回水平均溫度控制 （不同時(shí)段的不同曲線：最高及最低限制），一次側(cè)回水溫度最高限制，一次、二次回水溫度限制 （DRT），一次流量最高、最低限制，閥位最大、最小開度限制，二次側(cè)供、回壓差控制，二次側(cè)回水定壓，手動(dòng)/自動(dòng)方式切換等等 。安全功能。包括防汽化，二次供溫超高限保護(hù)及報(bào)警，二次供壓超高限保護(hù)及報(bào)警，二次回溫超低限保護(hù)及報(bào)警，泵變頻器運(yùn)行保護(hù)及報(bào)警，水箱水位低保 護(hù)及報(bào)警聯(lián)網(wǎng)功能。適應(yīng)多種方式的廣域網(wǎng)聯(lián)接，本地多臺(tái)控制器的局域聯(lián)接。（4）最后要說(shuō)明的是控制器自身有內(nèi)部的軟件，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品大部分不需要復(fù)雜的二次開發(fā)，只進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)置或組態(tài)即可。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張志軍，徐向東，徐春暉. 熱力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào)，2000（04）.

[2] 吳忠仁. 計(jì)算機(jī)技術(shù)在熱力監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用探討[J]. 中國(guó)科技信息，2013（09）.