熱網監控系統在高校集中供熱系統中的應用

王憲輝

（北京大學動力中心，北京　100871）

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熱網監控系統在高校集中供熱系統中的應用

王憲輝

（北京大學動力中心，北京100871）

摘要：簡述了熱網監控系統的建設背景，從監控中心、通信網絡系統、現場監控單元等方面，介紹了熱網監控系統的功能及組成要素，并分析了其在實際工程中的應用效果，指出熱網監控系統具有高效、可靠、節能等優點，值得在供熱單位推廣應用。

關鍵詞：集中供熱，熱網監控系統，換熱站，節能

根據中國建筑能耗基本現狀調查，2013年北方城鎮供暖能耗占全國建筑能耗的24%，北方城鎮地區多采用集中供熱方式，供熱系統的能耗組成包括終端的建筑耗熱量、熱源端的熱損失、換熱站熱損失、管網熱損失和輸配能耗等。集中供熱系統的各個環節都具備一定的節能潛力，其中因熱網不平衡引起的能源損失占較大比例。因此，當我們開展建筑節能工作時，熱網的監控可作為一個主要方向，盡可能挖掘其節能潛力。

集中供熱系統的熱網和換熱站目前存在自動化程度低、運行人員水平參差不齊和站點多調節難等特點，僅依靠傳統辦法難以解決由此帶來的問題。熱網監控系統能夠實現熱網的數字化管理，通過采集供熱系統的溫度、壓力、熱量（流量）和閥門開度等信息，實現對供熱狀態的測量和記錄，并對供熱過程進行控制。本文結合北京大學集中供暖鍋爐房的實際案例，對熱網監控系統的應用進行探討。

1　熱網監控系統建設的背景

近年來，國家對高等教育非常重視，投入大量資金幫助高校發展，校園基礎設施建設的進程加快，新的教學樓、學生宿舍和試驗樓等陸續投入使用，學校的集中供熱系統也隨之得到快速發展。

2006年—2015年，北京大學校內陸續新建了公共教室、成府園區、中關新園和物理西樓等大量建筑，接管了勺園和太平洋大廈等現有建筑，并正在對學生宿舍樓等進行滾動改造，集中供暖鍋爐房的總供熱面積從108萬m2增加到170萬m2，新增換熱站13座。北京大學集中供暖鍋爐房在完成增容改造和清潔能源改造后，供熱能力達到158 MW，換熱站總共有20座，由學校統一管理的換熱站17座，用熱單位自管站3座。

北京大學集中供暖系統于2014年開始建設熱網監控系統，作為集中供暖鍋爐房清潔能源改造的后續和完善工程，在集中供暖鍋爐房鍋爐控制室安裝了監控中心，在校園內16座換熱站安裝了現場監控單元，將學校局域網敷設進換熱站。換熱站內安裝的是西門子S7-200可編程控制器、電動調節閥等設備。監控中心集中顯示所有換熱站的一二次管網溫度、壓力、流量等參數，操作人員根據采集的室外溫度和供熱曲線，不用親自到現場即可完成對換熱站流量等參數的調節和控制。本次改造安裝站內控制系統共16套，投運后取得了一定的效果，接下來學校計劃繼續完善監控系統，將監控對象延伸到供暖主要干線和末端典型熱用戶，以便更全面地采集熱網數據，更科學合理地進行熱網調控。

2　系統結構

集中供熱的熱網監控系統分為兩級監控，一級監控是監控中心，上位系統采用GE公司生產的iFIX工控系統。二級監控為現場監控單元，下位系統采用西門子公司生產的S7-200可編程控制器，系統以校園局域網的光纜通信為主。熱網監控系統的結構比較復雜，包括監控中心，數據通信網絡和現場監控單元三個方面。監控中心采用組態軟件作開發軟件，實現運行參數信息交換和運行狀態遠程控制；數據通信網絡通過建立監控中心與各換熱站之間的通信連接，幫助熱網監控系統實現數據傳輸。現場控制單元，以可編程控制器系統為核心，通過現場傳感器實現站內過程參數的采集，并將數據傳送至監控中心，同時還接受監控中心下達的調節指令。

2.1監控中心

監控中心是熱網監控系統的控制和指揮中心，采集到的信息在這里集合并進行交換，監控中心采用功能強大的iFIX工控系統，該系統提供優秀的SCADA引擎、豐富的連接選項和開放式架構，還具有高度擴展性和分布式特點的聯網模式。iFIX工控系統能很好地完成數據采集儲存、畫面組態、運行狀態顯示、控制操作和報警管理等。工作人員通過監控中心調節與現場調解相結合的方式，對熱網各部分的工作狀態參數進行監控。

監控中心軟件要求具備友好的人機界面，軟件主要實現的功能包括：1）對換熱站的溫度、壓力和流量等數據實時更新；2）設定現場參數和控制回路的參數；3）重要數據的存儲和備份，可供隨時查詢；4）設備故障的實時診斷和報警，報警記錄可存儲、查詢和打印；5）運行參數形成日報表、月報表和年報表。軟件系統監測到的管網參數進行實時更新，操作人員通過人機界面對相應設備運行參數進行調整，做到供熱量和用熱量的匹配。

2.2通信網絡系統

熱網監控系統通信網絡需具有實時性，靈活性，可擴展性，安全可靠和經濟性的特征。通信網絡分為有線數據通信與無線數據通信，起著數據終端與計算機之間的連接橋梁作用。通過對常用網絡通訊方式的比較，考慮到熱網系統的控制需要和本工程的實際情況，換熱站的數據通信網絡采用學校局域網傳輸數據，在實際操作時，如果學校現有的網絡控制室距離換熱站較近則采用雙絞線連接，距離超過100 m則采用光纜連接。用戶端的溫度數據采集選用GPRS無線網。以上方式既能滿足熱網監控系統對數據通信網絡的要求，還能適當地降低網絡建設和維護成本。

2.3現場監控單元

現場監控單元設置在換熱站內，通過對運行參數的調節和控制，達到供給側和需求側之間的平衡。其主要設備包括可編程控制器、流量計、熱量表、溫度傳感器、壓力傳感器、變頻器和電動控制閥，具備采集、儲存、顯示、通信、自檢、控制、故障報警等功能。監控對象為一二次管網供回水溫度、壓力、室外溫度、一次管網電動調節閥開度、流量等。可編程控制器采用西門子S7-200，它是實現換熱站自動化控制的核心部件。S7-200可編程序控制器具有可靠性高，擴展模塊豐富和結構緊湊的特點，還有強大的指令功能和通訊能力，適用于各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。換熱站現場監控單元通過校園局域網使用TCP/IP協議與iFIX工控系統連接，向上位機傳遞數據，并同時接受上位機下達的參數調整指令。通常情況下，現場監控單元自動控制換熱站的運行，可無須監控中心或換熱站值班人員參與，若出現與上位系統的通信故障，現場監控單元仍然可以正常運行。

3　實際應用效果

3.1改善供熱效果、經濟節能運行

熱網監控系統有效地消除了熱網運行失調現象，改善了位于系統末端換熱站的供熱效果，熱網存在的不平衡問題可得到解決，換熱站的熱損失大大減少。熱網監控系統幫助供熱單位在經濟性和舒適性之間找到平衡點，既能滿足整體用戶室溫達標，提高用熱舒適性，還能有效節約能源。在初寒期、嚴寒期和末寒期也可更有針對性地進行熱網調整，達到節約燃料、減少排放的目的。

3.2保證供熱安全、提高管理水平

熱網監控系統高度自動化，集中供熱系統設備和管網的安全性和穩定性都得到了明顯提高。如果熱網出現運行參數異常情況，監控中心可以第一時間發現問題，并且馬上通過遠程控制系統采取處理措施，降低故障對熱網造成的影響。熱網監控系統具備數據儲存和分析功能，供熱單位在進行有關決策時，不再只是憑經驗做出判斷，可以更多地依靠客觀數據說話，幫助供熱單位提升了管理水平。

3.3勞動強度降低、社會效益明顯

熱網監控系統的自動化設備可幫助供熱單位提高管理效率，工作人員勞動強度降低且人員數量減少。熱網流量處于一個動態變化的過程，改造之前進行一次管網的流量調整時，需要重復測量和調整參數才能達到理想狀態，改造后工作人員可依靠熱網監控系統，收集運行數據，分析運行狀況，及時調整參數。熱網監控系統還為供熱單位走上低能耗、低污染的道路指出了一個方向，具有明顯的社會效益。

4　結語

熱網監控系統具有直觀、高效和高可靠性的特點，分散的換熱站被連接成為一個整體，便于換熱站監控管理，易于實現熱網平衡運行，可達到節能降耗的目的。熱網監控系統一方面提高了集中供熱系統的安全性，另一方面也大大改善了整體供熱效果。與傳統供熱管理方式相比，有勞動強度低，人員數量少，效率高的優點，既節能又環保，值得在供熱單位進行推廣。

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The application of heat network monitoring system in central heating system of colleges and universities

Wang Xianhui
（Power Center，Peking University，Beijing 100871，China）

Abstract：This paper elaborated the construction background of heat network monitoring system，from the monitoring center，communication network system，site monitoring unit and other aspects，introduced the function and components of heat network monitoring system，and analyzed its application effect in practical engineering，pointed out that the heat network monitoring system had high efficient，reliable，energy saving advantages，worth popularization and application in heating unit.

Key words：central heating，heat network monitoring system，heat exchange station，energy saving

中圖分類號：TU995

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0122-02

收稿日期：2016-01-15

作者簡介：王憲輝（1981-），男，工程師