淺析信息技術在供熱企業生產中的應用

任秀芳 王 巍 丁國臣

1.海軍航空大學青島校區，山東青島 266041；2.青島高科熱力有限公司，山東青島 266041

信息技術（Information Technology，縮寫IT），是用于管理和處理信息所采用的各種技術總稱。它是應用計算機科學通信技術來設計、開發、安裝和實施信息系統及應用軟件。也被稱為信息和通信技術（Information and Communications Technology,ICT），主要包括傳感、智能、通信和控制技術。

供熱企業在生產管理方面的行業特點：供熱企業的生產運營宏觀上主要分為熱源和熱網2個部分，熱源主要以熱水或蒸汽鍋爐的運營為主，一般以熱水或蒸汽為熱媒體通過熱力管網一次網向熱力站進行熱能輸送，在換熱站進行熱交換，經由二次網將熱能輸送到用戶家中。集中供熱系統具有大慣性、長時滯、非線性的特點，在運行過程中存在水力失調、冷熱不均的現象，遠端近端差別也很大，而供熱水力平衡會反過來對熱源熱水鍋爐造成影響，各生產環節環環相扣，互相影響。如何做到在安全生產的前提下，保障用戶的供熱效果，又通過合理的調度，節省能源，降低排放，減少成本，是供熱行業生產運行當中面臨的重要問題。

本文論述了供熱企業生產當中的熱源DCS鍋爐控制系統、熱網SCADA系統的組成及應用，并簡單介紹其他為生產服務系統，如生產調度及能源分析系統、地理信息系統、定點測溫系統，并討論如何將各個信息系統有機地結合起來為企業的整體生產運行服務。

1 熱源DCS鍋爐控制系統

鍋爐DCS系統是一個多輸入、多輸出、多回路、非線性的控制系統，調節參數與被調節參數之間，相互作用相互影響，調節難度較大。根據鍋爐控制系統的工藝特點，DCS鍋爐控制系統一般將整個鍋爐控制系統分解成各個子系統，如給煤系統、送風系統、汽包液位系統，爐膛負壓系統等模塊，將各個子系統工藝參數采集上來，在工程師站進行組態，構成一個個閉環的子系統，并實現子系統之間的邏輯聯鎖。鍋爐DCS系統以過程控制為目標，一般由工業Ethernet層、上位機信息系統、鍋爐控制終端系統組成。

（1）工業Ethernet層采用多種工業通訊協議，具有高可靠的電氣性能，通過應用層的軟件系統能實現工業以太網與企業信息系統的無縫鏈接，實現企業級管控一體化。

（2）上位機信息系統由現場組態軟件、工程師站和操作員站構成，工程師站具有高于操作員的權限，可根據工藝需要對DCS控制系統組態進行修改，編譯并下裝程序至現場控制器。其他各操作員站互為冗余，可各自獨立完成整個工藝過程的監控，如顯示溫度、壓力等運行狀態、工藝流程的動態圖表、工藝參數的趨勢、歷史數據記錄。

（3）鍋爐控制終端系統主要由主控制器CPU及I/O卡件組成，I/O卡件與現場的檢測設備、執行機構聯接，將鍋爐各檢測點的溫度、壓力、流量、開度等檢測值發送給CPU，CPU通過上位機組態軟件監控終端將檢測值以圖文并存的方式直觀顯示在操作員站上，同時操作人員可實現實時監控工藝參數，并根據需要通過上位機軟件下發操作命令，CPU通過計算把操作指令轉換成開關量或模擬量，通過I/O卡件下發的執行機構，來實現諸如現場的水泵啟停、擋板的開度調節等功能。

為保證整個系統的可靠性，在實際應用當中往往對主控CPU、工程師站等重要組件實施冗余、容錯配置。

2 熱網SCADA系統

SCADA（英文Supervisory Control And Data Acquisition）系統，即數據采集與監控系統。可對現場的運行設備進行遠程實時監控，實現數據采集、控制、測量、調節以及報警等各項功能。

供熱企業熱網監控系統的傳統工作方式存在以下特點：（1）各換熱站大都采用人工監控，一方面浪費人力；另一方面在出現事故隱患時，操作人員很難及時發現，容易造成設備事故的發生；（2）各換熱站都獨立運行，難以達到供熱系統整體最佳狀態，單站調節容易造成熱力失衡，影響供熱效果，造成能源浪費；（3）供熱的一、二次網覆蓋地域范圍大，存在工藝調節需求的實時性與系統長時滯、非線性特點之間的矛盾。

根據熱網系統的工況特點，熱網監控SCADA系統通過現場總線（一般采用VPN專線）和以太網架構的標準通訊協議（如TCP/IP協議或MODBUS協議等）將各個換熱站聯系起來，組成一個由主站系統、通訊系統及遠程終端控制構成的有機系統。

（1）主站系統由上位機與操作站組成。上位機主要由主服務器、通訊（OPC）服務器、歷史數據庫器、WEB發布服務器等組成。操作站與服務器相連，安裝有人/機交互界面，操作人員可通過操作站對所有換熱站的溫度、壓力、流量、熱量等工藝參數進行實時監控，并可遠程進行站內水泵的啟/停，電動調節閥開度、溫度調節曲線等工藝參數的修改。

（2）通信系統是提供主站系統及遠程終端控制單元之間的通訊網絡，通常可分為有線通訊系統和無線通訊系統。有線方式以光纖、雙絞線等為傳輸載體。無線方式以GPRS 3G或4G無線網絡為傳輸載體。通訊網絡一般采用TCP/IP協議或MODBUS協議，通訊網絡的通訊質量直接影響整個SCADA系統的調節傳輸的實時性。

（3）遠程終端控制系統（Remote Terminal Unit，簡稱RTU），在熱網SCADA中以可編程邏輯控制器（programmable logic controller，簡稱PLC）為主，比如西門子智能樓宇POL638系列產品，使用圖形化編程，可擴展性好，能適應多種工況，且價格低廉，能夠實現現場機組的各控制回路就地自控，并能通過以太網通訊與上位機主站系統進行實時通訊，操作員可以就地通過現場的人機交互界面HMI查看現在供熱機組運行的實時工況，并能鏈接到SCADA系統，從上位機讀取相關信息，來顯示工藝參數、歷史趨勢、診斷數據及相關信息。

熱網SCADA系統綜合了SCADA系統的優點，并結合供熱企業的熱力輸配、工藝等特性進行合理調配，保證了管網安全合理供熱，并提高了緊急事件反應速度。

3 供熱企業生產中的其他信息系統

（1）能源分析采集管理平臺。能源分析采集管理平臺以OPC等通用協議與供熱企業的DCS、SCADA等信息系統連接，從各生產相關的系統中采集并存儲數據，通過預制的數學模型進行篩選形成大數據，能更集中、更鮮明地反映客觀實際，評價供熱企業的節能潛力，對供熱質量、供熱安全保障進行動態掌握，對生產供熱能耗數據進行精細管理，實現能耗與供給的合理調配和平衡，提前做好能源的供應儲備，保證供熱生產的連續性。

（2）地理信息系統。地理信息系統是一個綜合了計算機科學、地理學、信息科學等學科，可為各領域地提供數據信息的基礎平臺。地理信息系統對各種信息進行加工、處理并且實現各種信息的數字化。供熱地理信息系統就是集換熱站設備、供熱管網設施以及換熱站、管網位置分布等各種信息為一體的計算機管理信息系統，通過地理信息系統，供熱企業可方便直觀地掌控供熱區域管網結構，各換熱站、甚至于每個閥門、井室的詳細位置和具體型號、生產日期、使用年限等信息，對于生產、建設施工、搶修指揮提供了重要的數據平臺。

（3）室溫采集系統。以電信運營商的無線通信網絡為鏈路，充分利用電信運營商無線網絡覆蓋面廣的特點，在供熱區域的用戶家里定點發放無線測溫儀，在供熱期間實時采集的用戶家里的溫度，通過劃分典型區域進行數據篩選分析，從而實現熱網、熱源的精細化調節，實現按需供熱，按需生產。

4 大數據和智能供熱綜合管理平臺

近年，隨著我國的電信行業大規模的迅速發展，通訊鏈路的帶寬越來越高，接入費用越來越低，從而使各個行業能夠以更加低廉的價格應用互聯網技術。而依托于互聯網、局域網所開發的信息平臺在各自的領域中也有了越來越廣泛，越來越深入的應用。

供熱行業中的各種信息系統，都有其特定的功能和區域，并在各自的業務范圍內相對獨立的運行，通過信息技術可運用互聯網、VPN和4G等有線或無線通訊網絡，配合統一的通訊協議，可使不管是遠在幾公里外的換熱站，還是幾十公里外的中繼泵站，都可以在調度中心實現集中管控，且與現場僅有毫秒級的延遲。

通過應用軟件平臺與標準的通訊協議，可在各個獨立的信息平臺之間架起橋梁，實現各個平臺之間的數據共享，從而解決了各信息系統之間互不相通的“信息孤島”問題。將各信息平臺采集來的數據，存放在綜合管理平臺的歷史數據庫當中，將形成非常重的數據檔案庫。

智能供熱綜合管理平臺可根據每一個熱電企業的具體運營方式、生產指標、工藝調節參數等為每個企業量身定制相應的數學模型，將各個信息平臺采集來的數據通過數學模型的進行篩選分析，經過一定時間的積累即可形成具有戰略意義的大數據。

通過對大數據的分析，不僅僅可以對企業運行中發生的種種問題進行回溯比對，形成各領域的經驗；也可對企業的未來的生產發展、資金調配、節能減排、采購預算等提供指導性的數據基礎。

5 結語

信息技術改進了傳統供熱企業生產運作方式，提高了工作效率，節省了人力、物力，同時也降低了能耗，減少了碳排放。以先進的計算機、網絡技術為載體，配合強大的應用軟件平臺，將各個獨立的信息系統有機地結合起來，運用物聯網、云計算等技術，生成具有戰略意義的大數據，在競爭日益激烈且復雜多變的市場環境下，信息技術將幫助供熱企業改善管理與決策，并進一步增強企業的核心競爭力。