换热站无人值守在线监控系统

一、概述

集中供热因具有节约能源和改善城市环境等方面的积极作用，而日益成为城市公用事业的一个重要组成部分，是国家大力推广的节能和环保措施。随着国民经济的飞速发展，我国的城市集中供热规模也不断扩大，科学的管理热力管网具有非常重大的经济和社会效益。
换热站是连接供热站和用户极为重要的环节，不仅其工作的安全性、可靠性直接影响锅炉的安全性及供热质量，提高其工作效能的还具有十分重大的节能意义，目前换热站大都采用人工监控，一方面浪费人力；另一方面在出现事故隐患时操作人员难以发现，易造成设备事故。同时，各换热站都独立运行，难以达到供热系统整体最佳状态，易造成热力失衡，影响供热效果而造成能源的极大浪费。利用先进的工业自控技术、计算机技术、通讯技术构成的换热站及远程监控管理系统，对热力系统实施更科学、更规范的监控管理，提高中央调度室的监控能力，具有非常巨大的经济和社会效益。

二、系统介绍

该监控系统由于采用全网集中监控，计算机采集记录了各种工艺参数，如:温度、压力、流量、电压、电流等，为供热数据查询，供热分析计算提供了很好的依据，也为来年供热打下良好的基础。
监控系统具有实时数据采集、实时数据曲线、实时模拟现场动画显示、异常报警、远程控制、历史数据查询、历史曲线、打印、地理信息等强大的功能。 
远程监控包括远程监视和远程控制两个层面，在调度中心可以监视、记录到各个换热站的所有运行数据，当出现意外情况时软件上弹出报警画面,同时还将报警信息以短信的方式发送到相关人员手机上。远程控制换热站的运行，如启停泵，调节泵的转速、循环泵的启停、补水泵的启停，同时可以调节电动阀门开度。
现在换热站无人值守远程监控系统方案中，具有可扩展性，并且会为以后新增的换热站留有接口，当新建换热站时，自动在软件中添加点和参数就可以了，避免了二次投资。然后集成到换热站无人值守远程监控系统中，为以后系统的发展、扩充提供了非常便利的条件。
换热站是集中供热系统供热网路与热用户的连接场所，是热源与热用户之间的一个中间环节，其供热品质的好坏对改善热网热力工况，提高供热质量起着重要作用。
采用先进的气候补偿理念，引入室外温度，当室外温度降低或上升时，就需要改变二次供水出口温度；通过对并联在一次供水管道上的两通电动调节阀进行微调，以达到改变二次供水的出口温度；使二次供水的出口温度随着室外温度的变化而变化，同时不影响一次管网的压力平衡；这样既能提高供热品质，实现节能，同时也可以达到热力站无人值守远程监控的目的。

三、整个系统组网图

四、系统组成及各功能介绍

换热站无人值守远程监控系统分为数据监控中心、换热站现场控制层、数据传输层三部分。网络系统采用千兆快速以太网交换机作为技术架构，骨干网采用光纤连接。换热站现场控制层包括PLC、电动执行机构、传感器、变频器、现场操作站等，完成现场数据采集任务，将采集来的数据通过无线GPRS网络传递到数据采集服务器，进入数据监控中心，集中监控层由数据采集服务器、监控工作站、工程师工作站、UPS电源、激光打印机等组成，完成监控管理、工程师管理及维护、数据打印等任务。
下面就分别介绍这三个部分的功能：
1、数据监控中心的功能介绍
l 实时采集：可以对所有换热站的数据进行实时采集，并实时监测各站点设备的工作状态。
l 远程控制：可以对所有换热站的变频器、水泵进行远程控制启停及对阀门的开度大小进行控制。
l 工艺流程图：在画面中通过编程实现模拟显示整个换热站现场进汽供水的全过程，并且在换热器本体上实时显示了各路汽、水的温度与压力，以便于操作者能及时准确的掌握本体内的换热情况，能够对现场设备的故障进行实时诊断。
l 数据分析和存储：可以对各站点采集的数据进行分析，并可以将数据实时存储到数据库中，进行存档管理。如果有必要的话还是发送到大屏上显示。
l 异常报警：当采集到现场有异常报警时，软件将弹出报警对话框；如果有条件的话，将报警信息以短信的方式发送到相关人员手机上；同时将报警信息存储到数据库中，以备日后查询。
l 数据查询：可以按照站点、时间来查询现场各项参数及设备的运行情况。
l 报警查询:按照报警类型、站点、时间进行报警查询。
l 双机冗余功能，正常情况下，主机处于工作状态，从机处于监视状态，一旦从机发现主机异常，从机将会代替主机，进行实时监控并保存历史数据。当主机修复重新启动后，从机检测到主机的恢复，就会自动将主机丢失的历史数据拷贝给主机，同时从机将重新回到监视状态。这样，即使是发生了设备故障，系统也能保存一个完整的数据库。冗余功能的实现，有效地减少了数据丢失的可能，增加了系统的可靠性和连续性，方便了系统维护。
l 无人值守：中心计算机出现异常报警后，系统弹出报警画面的同时还将报警信息以短信的方式发送给相关人员手机上。
l   统计、报表和打印功能：监控中心可以根据需要随时查询各换热站的数据、设备的运行状态和报警信息，并对监控全网当前未消除的报警进行分类统计和显示，并能打印输出；数据库服务器存储的历史报警可根据需要按照任意指定的时间段，分类统计并产生EXCEL报表，并能打印输出；监控中心工作站可以根据需要，按照任意给定的时间段，分项调看服务器的存储数据，生成EXCEL表格、时间曲线图，并能打印输出。
l   系统授权：可根据需要，按照值班人员、维护人员和系统管理员三种级别授予不同的操作权限，对不同的用户分配不同的用户名和登录、退出密码。
l 网络发布：具有实时向互联网Internet发布的功能，那么外网用户不需要组态软件就可以查看全网的数据。
l 客户端访问：可以在全国各个地方通过互联网Internet均可以访问，如果要进行数据查询及报表打印，只要有授权即可

2、GPRS数据传输的特点及功能介绍
特点：
u 永远在线GPRS-DTU一开机就能自动附着到GPRS网络上，并与数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据，具有很高的实时性；
u 按流量计费GPRS-DTU一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时不收费用；
u 高速传输GPRS网络的传输速度最快将达到160Kbps，速率的高低取决于移动运营商的网络设置，根据中国移动的网络情况，目前可提供20～40Kbps的稳定数据传输；
u 组网简单、迅速、灵活GPRS无线系统可以通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络，为广大中小用户提供接入便利，节省接入投资；
u 通信链路由专业运营商维护由于采用中国移动的GPRS数据业务，因此链路维护也由中国移动负责，免除通信链路维护的后顾之忧；
u 防雷击由于采用中国移动的GPRS数据业务，所以在不影响上网的前提下，GPRS-DTU的发射功率非常小，天线非常短，而且无需高架，克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击坏设备的缺点。
功能介绍：
l 各个换热站与监控中心采用无线GPRS的方式进行数据采集和远程控制；
l 数据交换：通过串口接收各个换热站的数据，然后通过无线GPRS方式将数据传输到监控中心；同时也接收无线网络发来的数据通过串口发送给换热站的触摸屏；
l 无人值守：设备掉线或断电重新得电后，自动与监控中心连接；
l 修改参数：可以远程监控中心对此进行参数修改；

3、换热站的功能介绍
该系统有换热站动力配电柜和检测控制系统构成，配电柜完成循环泵系统和补水系统的控制功能，具有远程和就地运行模式，也有工频和变频运行模式。检测控制系统完成换热站各个温度、湿度、压力、运行状态、故障状态等测量点的监测，控制调节阀、电机、变频器执行器件完成系统各状态下应该完成的动作。
换热站的运行程序独立存在于其控制系统PLC内，能够脱离上位机监控管理软件而独立运行，其运行参数可以通过中央控制室上位机监控管理系统来观察并实施调整。
l 监控系统可以自动进行故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数并控制设备运行状态。
l 根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供水温度之间的对应曲线。控制器可以通过这条曲线根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽流量进行控制，以达到对二次供水温度的控制。此设计的特点在于能够通过室外温度对二次供水的温度进行控制，以达到节省能源，提高供热质量的目的。
l 采集一次温度、压力、流量等参数，调节一次的压力、流量，当一次供水执行机构断电时，报警并切断电源或循环泵。
l 在系统中增加晚间节能的设置，根据需要设置晚间供热温度。自控系统通过加入时间日程表的控制，实现一天当中不同时刻对应不同的温度。
l PLC通过压力传感器和变频器来实现对二次供水压力的控制，当一台补水泵无法通过变频补水达到所要求的压力时，控制器可使另一台备用泵以工频的方式进行补水。最终实现更加智能化的恒压补水控制。
l 由PLC作为控制核心可以满足热力站各种控制需求，组态灵活，运行可靠。电动执行机构接受PLC输出的控制信号，完成流量压力控制任务，必要时切断供热回路。变频器接受PLC的控制信号，控制循环水泵和补水水泵的转速，实现对系统总流量和温度调节。
l 通过PLC可以实现自动/手动操作；而与监控中心结合，可以实现远程/就地操作。
l 在换热站的控制系统中还附加了安防系统的功能，在监测环境温湿度的同时，还可检测门窗、电源、电压、电流、地面水份、设备温度等安防信息，出现意外时，系统自动远程报警，达到无人值守基站的防护标准。
l 换热站的各控制系统：根据全网热力状况自动均衡各站热力调配  ，调配的依据是供热面积的大小和室外温度作为主要控制参数，管网和建筑物的热损作为不断修正的从属控制参数，从而实现加权平均的调度算法。具体调节控制如下：
(1)电动调节阀：当室外温度发生变化时，由PLC控制器自动计算机出二次网供水的温度，然后通过自动调整一次网供水的电动调节阀的开度来控制一次网热源的流量，从而达到自动控制二次网供水的温度的目的。这样既能保证供暖用户的室内温度，又能达到节省能源的目的。
(2)循环泵：一用一备，主泵故障时备用泵启动。主循环泵采用变速泵，根据测出的供回水压差（保证末端流量）控制泵的转速，使该压差能维持于要求的数值，稳定压差既能保证末端流量。
(3)补水泵定压控制：自动调节补水泵，使二次网压力保持恒定，当二次网水压力接近压力界限时，系统能自动保护，停止变频器输出。 
（4）补水箱水位控制回路
采用液位报警器，控制水位上下限，进行报警联锁，当液位高时切断供水回路，液位低时，报警并切断补水泵、一次供水电动调节结构、循环泵。
（5）安全保护：当循环泵停止、补水压力过低及站房断电时，切断一次供水安全电磁阀，保护换热器。

五、监控中心要求
监控中心采用GPRS的VPN网络，由GPRS通讯模块和移动通讯网络构成。GPRS通讯模块将由PLC采集的数据通过移动通讯网络传送到集中控制层，GPRS的VPN通讯模块接入到工业以太网，在工作站上显示各种采集的数据。

六、换热站无人值守监控系统特点
该方案实现了热力站运行参数的集中监视和控制，达到无人值守的目的，同时还具有以下特点：
（1）先进性：采用国内外先进的技术与产品，采用先进的软硬件技术架构，满足企业长期发展的需要；实现设备各种现场数据的全面、准确、实时采集。热力站管理和控制自动化程度高，提高了工艺系统的安全系数，保证了系统的供热品质。
（2）成熟性：以实用为原则，采用成熟的经过工程检验的先进技术。
（3）可靠性：无论在硬件选择还是软件编制上，保证系统的可靠性，使控制系统长时间工作在无故障或少故障状态，并为企业提供相关的应急处理措施。
（4）容错性：系统在运行过程中不会因为一些意外的操作或一些错误就终止系统的运行，而是以某种预定的方式做出适当地处理，使系统得以继续运行，这就要求系统具有一定的容错性(又称健壮性)。在系统的设计过程中，把可能遇到的错误和意外考虑周到，并根据系统测试时的出错症状及时地完善系统。
（5）可维护性：硬件安装应尽量减少元件更换时间，元器件具有互换性，软件编制应有较强的故障诊断能力。
（6）可操作性：界面友好，易学易用，具有良好的中文处理信息能力，能适应不同素质的人员，降低系统的管理维护和操作成本。
（7）实用性与经济性：充分考虑行业特点，达到少花钱多办事的目的；充分考虑控制器件的性价比和可换性。
（8）扩展性与开放性：选用的技术和产品具有很强的可增长性和扩展性,满足现有的资源和系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需要，所采用的软硬件平台具有开放性，所采用的规范具有通用性。
（9）标准性：采用标准化、规范化的设计方案和设计标准。
（10）安全性：系统的实施及运行不影响现有软、硬件系统的运行。系统在软件上采取授权访问，硬件上采用防火墙等技术，确保信息系统的安全。
（11）规范性：按照国家和国际有关要求，遵循软件、硬件、自动化等系统的有关规范。
（12）集成性与系统性：系统设计确保高度集成和信息共享，彻底消除“孤岛”系统；系统设计按照“从上至下，从整体到局部”的思想进行。
（13）热力站现场控制独立性：现场控制是独立的，不会因监控计算机的瘫痪而受影响。

七、结束语
该方案实现了对换热站运行参数的集中监视、控制，与老系统相比，可以大量的减少维护人员，部分换热站还实现了无人值守，提高企业的经济效益。与使用传统无线电台相比，该方案具备更好的抗干扰性（尤其是在城市中）、数据传输安全性。