無人值守系統(tǒng)在換熱站運行中的應用

張建

摘 要：無人值守換熱站適應供熱運行的新發(fā)展和新要求，本文介紹了換熱站無人值守系統(tǒng)由監(jiān)控中心控制系統(tǒng)、換熱站控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成，并分別對各個組成部分進行了闡述。

關鍵詞：無人值守系統(tǒng)；監(jiān)控中心控制系統(tǒng)；換熱站控制系統(tǒng)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TK284 文獻標識碼：A

一、綜述

十八大以來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展步入了“新常態(tài)”，在國家社會經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)的大背景下，供熱行業(yè)也同樣進入了一個新的轉(zhuǎn)型期、改革期、挑戰(zhàn)期和機遇期。新的形勢也對供熱行業(yè)的發(fā)展提出了新的要求，供熱企業(yè)將面臨新的壓力與挑戰(zhàn)，我們認為供熱企業(yè)將面臨以下壓力和挑戰(zhàn)：

1 環(huán)境的惡化，霧霾的加重，對供熱運行提出了越來越高的環(huán)保和節(jié)能要求，供熱企業(yè)必須改變現(xiàn)有的供熱運行模式，探索先進的、科學的運行模式。

2 能源價格的提高和勞動力成本的上升，促使供熱企業(yè)的運行成本不斷提高，企業(yè)負擔不斷加大，迫使供熱企業(yè)尋求新的供熱運行管理模式。

3 采暖用戶要求越來越高，消費需求呈個性化趨勢，供熱面臨用戶的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)供熱只講保障將成為歷史，未來企業(yè)比拼的是創(chuàng)意文化，供熱產(chǎn)品將走向舒適化、個性化、數(shù)字化。

4 互聯(lián)網(wǎng)+，人工智能、中國制造2025戰(zhàn)略的推進，為供熱企業(yè)的技術改革和創(chuàng)新提出了新的要求，供熱企業(yè)需要適應市場新形勢與要求、加快新技術推廣和裝備升級，成為當前供熱企業(yè)必須思考和付之行動的問題

無人值守換熱站適應供熱的新發(fā)展和新要求，成為供熱運行管理的發(fā)展方向。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心控制系統(tǒng)、換熱站控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成。換熱站設置換熱站控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)對站內(nèi)設備進行監(jiān)控。供熱企業(yè)監(jiān)控中心設置監(jiān)控中心控制系統(tǒng)，遠程實時掌握各站點的運行情況，并依此對供熱運行進行調(diào)整，以確保城區(qū)供熱效果和供熱安全穩(wěn)定運行。

二、無人值守換熱站監(jiān)控系統(tǒng)組成

1 熱網(wǎng)監(jiān)控中心控制系統(tǒng)

1.1 概述

熱網(wǎng)監(jiān)控中心控制系統(tǒng)采用熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡與換熱站PLC進行通訊，完成換熱站運行與管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)交換，既可以監(jiān)視各換熱站的運行情況，也可以調(diào)整換熱站的運行狀態(tài)。硬件包括服務器、工程師站、操作員站、打印機和交換機、LCD拼接墻等設備，軟件采用熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)各換熱站的數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析、報表生成、報警、曲線、打印等熱網(wǎng)監(jiān)控功能。熱網(wǎng)監(jiān)控中心控制系統(tǒng)將實時、全面的了解整個熱網(wǎng)的運行情況，提供熱源調(diào)節(jié)處理外網(wǎng)變化的依據(jù)。同時它還是熱源和外網(wǎng)安全、可靠、高效經(jīng)濟運行的保證。

1.2 主要功能

A換熱站運行數(shù)據(jù)采集。熱網(wǎng)監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡對換熱站的運行數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)進行遠程實時采集。運行數(shù)據(jù)包括換熱站運行工藝參數(shù)（壓力、溫度、流量、熱量、液位等）和換熱站設備運行參數(shù)（電流、電壓、頻率、閥位、啟停狀態(tài)、運行和故障狀態(tài)等）。

B換熱站設備的遠程控制。通過監(jiān)控中心控制系統(tǒng)遠程發(fā)送設備控制指令到換熱站控制系統(tǒng)，實現(xiàn)換熱站設備的遠程控制；在監(jiān)控中心修改所需要的控制參數(shù)，并遠程下載到換熱站控制系統(tǒng)，調(diào)整換熱站的控制效果。在換熱站控制系統(tǒng)上能設定或修改的參數(shù)在監(jiān)控中心都能進行修改或設定。

C站內(nèi)主要空間的實時監(jiān)測。要求站內(nèi)主要空間、設備的影像資料的在線、不間斷傳輸，并在控制中心上位機儲存、分析。

D供熱數(shù)據(jù)的分析和處理。根據(jù)換熱站的運行數(shù)據(jù)及管網(wǎng)、熱用戶特性，對全網(wǎng)進行動態(tài)的水力及熱力平衡分析計算，確定當前熱源輸出條件下全網(wǎng)最佳的平衡控制方案，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的均衡調(diào)節(jié)和熱網(wǎng)的平衡運行；根據(jù)對換熱站電表、水表、熱表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，對換熱站的能耗進行分析并對換熱站的經(jīng)濟運行提供依據(jù)。

2 換熱站控制系統(tǒng)

2.1 概述

換熱站控制系統(tǒng)主要由動力配電柜、PLC控制器、液晶顯示屏、各種傳感器、執(zhí)行器等設備構成。配電柜完成循環(huán)泵系統(tǒng)和補水系統(tǒng)的控制功能，具有手動、自動和遠程運行模式，換熱站的運行控制程序獨立存在于其控制系統(tǒng)PLC內(nèi)，它能夠脫離監(jiān)控中心控制系統(tǒng)而單獨運行，其運行參數(shù)可以通過監(jiān)控中心的控制系統(tǒng)來觀察并實施調(diào)整。各個換熱站獨立工作的同時，利用網(wǎng)絡將運行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳給監(jiān)控中心控制系統(tǒng)，同時接受監(jiān)控中心進行的運行參數(shù)調(diào)整。

2.2 換熱站控制策略

換熱站運行調(diào)節(jié)的任務主要是根據(jù)氣象條件，供給熱用戶合適的熱量，使室溫保持在一定的水平。其運行調(diào)節(jié)手段主要是質(zhì)調(diào)節(jié)、輔以量調(diào)節(jié)；具體的調(diào)節(jié)手段還取決于其運行的收費模式。

在面積收費的情況下，二級網(wǎng)的運行方式基本是質(zhì)調(diào)節(jié)；運行時，首先要對二級管網(wǎng)進行水力平衡調(diào)節(jié)，綜合循環(huán)流量與管網(wǎng)供回水壓差、輔以典型用戶的室溫參考，確定好循環(huán)泵的運行參數(shù)，基本進行定流量調(diào)節(jié)。而其溫度的調(diào)整，則主要依據(jù)氣候補償原理——根據(jù)不同的室外溫度制定相應的運行溫度曲線。

在熱計量收費情況下，二級網(wǎng)的運行將變成以量調(diào)節(jié)為主、質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)的方式；運行時，二級網(wǎng)的循環(huán)量將會隨著用戶的節(jié)能行為而隨時變化的。而其溫度的調(diào)整，仍然是依據(jù)氣候補償原理，只是不需要像面積收費模式那樣要求嚴格。

另外，因極端特殊原因而導致整體熱量供應不足時，換熱站運行應采用全網(wǎng)平衡供熱原則。

2.3 換熱站控制回路

控制回路大致分為供水溫度控制回路、回水壓力控制回路、水箱水位控制回路、供回水壓差控制回路。所有自控方案均具備手動、自動和遠動三種模式。

2.3.1 供水溫度控制回路

控制思路：設定二次供水溫度值，當二次供水溫度低于設定值時，調(diào)節(jié)閥自動打開，并根據(jù)二次供水實際溫度的變化調(diào)整相應開度，從而實現(xiàn)對一次水流量的控制。

2.3.2 回水壓力控制回路

控制思路：根據(jù)二次網(wǎng)回水壓力設定值自動調(diào)節(jié)補水泵變頻器的頻率，改變補水泵轉(zhuǎn)速，將壓力穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)。

2.3.3 水箱水位控制回路

控制思路：設定水箱液位高低限，當水箱液位低于設定值時，電磁閥自動開啟，向水箱注水；當液位高于設定值時，電磁閥自動關閉，水箱停止注水。

2.3.4 供回水壓差控制回路

控制思路：設定二次供回水壓差，循環(huán)泵變頻器根據(jù)二次供回水壓差自動調(diào)整頻率，使二次供回水壓差維持在設定范圍內(nèi)。

2.4 換熱站設備聯(lián)鎖

為防止站內(nèi)運行時發(fā)生異常狀況造成管網(wǎng)以及設備受損，必須設置聯(lián)鎖保護。聯(lián)鎖保護大致分為循環(huán)泵聯(lián)鎖、補水泵聯(lián)鎖、溫控閥聯(lián)鎖。所有聯(lián)鎖保護必須設置單獨的投入和退出按鈕。

2.4.1 循環(huán)泵聯(lián)鎖

二次回水壓力超低時連鎖停止循環(huán)泵。

2.4.2 補水泵聯(lián)鎖

（1）水箱液位超低時補水泵無法啟動。

（2）二次回水水壓力超高時聯(lián)鎖停止補水泵。

2.4.3 溫控閥聯(lián)鎖

（1）系統(tǒng)斷電時自動關閉溫控閥。

（2）循環(huán)泵在停止狀態(tài)時自動關閉溫控閥。

（3）二次供水溫度超高時自動關閉溫控閥。

2.4.4 泄壓閥的聯(lián)鎖

二次回水壓力超高時打開泄壓閥，正常后關閉泄壓閥。

3 換熱站遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 概述

遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，就是通過網(wǎng)絡可達到的各個站點，并能夠控制云臺/鏡頭、存儲視頻監(jiān)控圖像。遠程傳輸監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡線路將換熱站場景傳送到觀看者的電腦屏幕上。

3.2 主要功能

可以在熱網(wǎng)監(jiān)控中心適時監(jiān)控換熱站運行視頻信息。通過高清的電子眼的全天候‘觀察，讓換熱站運行安全可靠。可以遠程適時監(jiān)測換熱站內(nèi)換熱器、循環(huán)泵、配電柜等信息。因為有不間斷的生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)與視頻圖像記錄，可以為你以后的安全生產(chǎn)管理提供原始數(shù)據(jù)，便于故障分析和排查。通過遠程視頻監(jiān)控，巡檢人員可以適時了解換熱站內(nèi)生產(chǎn)安全，可以做到早預防、早防治，大大降低質(zhì)量安全和人員實地巡邏的工作量。如果遇到安全生產(chǎn)等狀況，可以通過遠程視頻第一時間了解現(xiàn)狀并給出解決辦法。

結(jié)論

總之，無人值守換熱站實現(xiàn)了對換熱站運行的遠程監(jiān)控，在保證供熱安全穩(wěn)定運行的前提下，節(jié)約了大量的人力、物力資源，減少了不必要的浪費，打造了安全、清潔、高效、經(jīng)濟的供熱系統(tǒng)，深化了供熱企業(yè)的節(jié)能減排。同時，通過對供熱數(shù)據(jù)的收集、分析和處理，極大提高了供熱運行管理水平；提高了供熱企業(yè)的信息管理水平和綜合數(shù)據(jù)分析水平；為供熱企業(yè)的客戶服務系統(tǒng)和抄表收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享奠定了良好的基礎。供熱企業(yè)通過整合新的數(shù)據(jù)平臺，最終實現(xiàn)無人值守，無人抄表，無人收費的現(xiàn)代化管理模式，使供熱企業(yè)由傳統(tǒng)的以大量寶貴人力工作為中心的管理模式，向以大數(shù)據(jù)，智能化，系統(tǒng)化為中心的管理模式轉(zhuǎn)變。供熱企業(yè)所獲數(shù)據(jù)將更加準確、全面和及時，將能更快，更準確的處理供熱突發(fā)事件，確保市民供熱要求，同時為制定供熱目標和未來發(fā)展戰(zhàn)略，為城市供暖事業(yè)的健康發(fā)展奠定良好的基礎。

參考文獻

[1]孫剛，王飛，吳新華.供熱工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]西門子樓宇科技產(chǎn)品技術手冊[Z].西門子（中國）有限公司，2013.

[3]供熱計量與系統(tǒng)調(diào)控工程技術標準[S].山東省住房與建設廳，2013.

[4]城市熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)解決方案[Z].北京亞控科技發(fā)展有限公司.