1、熱網監控系統技術方案1、概述隨著國民經濟的不斷進步和人民生活水平日益提高，社會對環境的要求越來越高。近年來國家大力提倡城鎮集中供熱，改變原來各單位、各片區自己供熱、單獨建立鍋爐房給城市帶來的污染，由城市外圍的一個或者多個熱電廠提供熱源，市內各片區建立換熱站，統一給用戶供熱。因此建立一套完善的熱網生產調度系統，對熱網進行監測和有效的調節，以降低能源消耗和提高供熱質量成為供熱管理的迫切需要。熱網監控系統為供熱管理人員提供集中供熱系統的運行狀況，幫助工作人員選擇合適的運行方式，進行優化生產和運行。監控系統提供的數據實時、準確，使熱網的調控有了可靠的依據。系統的投入不僅明顯改善了供熱效果，還節約了大量

2、的能源，既能保證熱量充足時減少熱能的消耗，又能保證熱量不足時熱量的均攤，對保證供熱質量、節約能源起到了積極作用。為了實現熱源控制一體化，熱網智能化，終端用戶信息化；解決了系統整體過量供熱，管網存在水力失調，室溫存在冷熱不均及鍋爐冷凝水的問題，達到整個系統的節能目的；提高了供熱品質及舒適度，延長了設備的使用壽命。為此我們集中公司中的科研力量開發了具有自主品牌的“耐威科 城市供熱管網集中控制管理平臺”（以下簡稱：耐威科管理平臺），該平臺是集現代計算機技術、自動控制技術和通訊技術為一體的。整個耐威科管理平臺分為用戶計量與控制系統、耐威科無人值守換熱站控制系統（以下簡稱：控制系統）和集中控制監控管理中

3、心（以下簡稱管理中心）三個部分。2、熱網監控系統的組成及特點整個熱網監控系統分為三個部分：集中控制監控管理中心、耐威科無人值守換熱控制系統和室內無線通訊計量與控制系統。2.1集中控制監控管理中心2.1.1集中控制監控管理中心組成 集中控制監控管理中心由上位機、服務器、上位管理軟件、交換機、GPRS解析終端等設備組成。它可以宏觀掌握整個供熱系統運行狀況、運行質量。保證供熱系統的運行參數。對熱網的水力工況和熱力工況進行全自動調節，解決各換熱站的耦合影響，消除熱網水平失調，平衡供熱效果。同時他可以監控整個供熱區域內的所有用戶的用熱情況，并根據實際情況對用戶的用熱情況進行調節。集中控制監控管理中心特點

4、 超大系統容量?？梢酝瑫r容納上萬個 I/O 點，10萬個以上監測數據采集點； 超長時間數據存儲。由于管理中心采用了專用的數據庫存儲系統。數據存儲時間可達 50 年上。存儲數據可達T級。 全面系統冗余處理。包括數據庫冗余，系統冗余，通訊冗余等。 全面的熱網系統管理。根據熱網系統的特點，可以把系統分為許多小的管理單位； 靈活定制各級管理員及管理權限； 數據自動報警顯示。包括聲光提示等； 大分辨率顯示器和投影儀支持； 同時支持 B/S，C/S 結構網絡訪問； 固定客戶端，移動客戶端同時支持； 支持歷時數據導入，導出，支持歷時數據后補添加； 直觀，靈活定制的趨勢圖，曲線，報表等； 方便，迅速，靈活的歷

5、時數據定制查詢，打印，報表生成等；集中控制監控管理中心優勢l 安全可靠穩定。在系統建設過程中，將系統的安全、可靠、穩定性作為設計的首選原則。終端應具備較強的抗干擾能力。終端應實現故障自診斷功能和自恢復功能，當出現故障的時候能自動重啟而不需要人為的切斷電源。嚴格全面的權限管理；詳細的操作日志功能。只有安全可靠的系統才能達到令人滿意的結果。在方案設計時，首先應考慮選用穩定可靠的產品和技術，使其具有必要的冗余容錯能力，為用戶提供高可用服務。要求系統在硬件配置、操作系統、以及系統管理等環節采取嚴格的安全措施，保證系統不受侵害。l 先進性原則系統采用先進成熟的具有當今國內先進水平的監測控制技術、控制器及

6、應用軟件，并具有完整的技術文檔資料。而且系統具有可擴展行。l 實用性原則系統需要本著能夠解決熱網運行中存在的實際問題，進行整體規劃，無論是網絡體系、通信系統、硬件平臺及軟件功能，必須能夠滿足整個熱網管理的需求。力求完善化、科學化；用戶界面設計友好，易于理解、易于掌握、便于操作。l 可擴充性原則應用軟件的設計應邏輯結構清晰、易讀。在功能的劃分和設計時，盡可能相對獨立、減少相關性，以易于擴充、維護和修改。采集控制器應充分考慮其獨立性和擴展性，使設備配置和系統擴展有更大的自由度和靈活性。為熱用戶的日益增長，預留較大的擴展空間。系統不但要能滿足現階段的業務要求，而且要能滿足將來業務的增長和新技術發展的

7、要求，要在原有設備繼續發揮作用的基礎上，保證用戶能方便地增加或調整設備，改善系統功能和性能，支持將來系統不斷更新和便于升級，從而保護原有投資。主機系統應具有良好的可擴展能力，滿足不同規模計算環境的要求，并且能提供多種升級途徑，給業務的不斷發展創造條件?？s放性是企業網結構要求中最重要的一個方面。企業業務的快速變化，用戶不可預測的需求都要求系統結構能適應這種情況。這就意味著我們在最初設計中，投資重點要放在一個可縮放的結構上以及支持它的相關的軟硬件。l 兼容性原則底層系統、數據庫、采集控制器、通訊方法、網絡協議都采用國際標準或統一標準，使得系統的兼容性大大提高，只要遵循統一標準，任何廠家的設備都可以

8、接入該系統。l 經濟性原則在滿足系統需求的基礎上，力爭用最少的資金，獲得最大的經濟效益和社會效益。經濟性原則不僅體現在設計過程中，而且要為系統今后的維護降低成本打下基礎。 l 權限設置監控系統對運行人員、維護人員、管理人員賦予不同的權限，不同的人員具有不同的操作權限，從而避免了操作不當所造成的系統故障。而這些權限的設置均由集中控制監控管理中心來完成。l 功能強大的站點管理，添加，刪除，修改，瀏覽等管理中心可以任意進行站點的添加，刪除，修改等。添加刪除等站點管理設計參數全面，功能強大?？梢匀我鈩h除站點，可以任意添加站點?？梢詫ΜF有站點進行任意修改，修改任意站點參數對系統不會造成影響。可知直觀瀏覽

9、現有站點的各個參數，包括：站點 IP 地址；站點名稱；站點地理位置；自控周期，室外計算/下發周期；當前控制策略模式；當前報警開關，電流回傳功能開關，DTU在線與否等；當前站點歸屬，支路號，管井，供熱面積等；l 清晰，直觀，超大字體的實時數據顯示；管理中心為了便于用戶長時間監測實時數據的需要。設計實時數據顯示時，采用隔行錯色的視覺顯示方式，便于用戶長時間監視而不會引起視覺疲勞。同時為了更便于人員查看。采用了超大計算機字體，并加強了字體處理效果；實時數據顯示內容如下：一次溫度、壓力、流量；二次溫度、壓力，流量；瞬時流量；瞬時熱量；累計流量；累計熱量；當前室外溫度，調節閥閥門開度；當前數據接收時間；

10、l 地圖數據直觀顯示直接引入管網地理信息平面圖。直觀表明各個換熱站的地理位置，管徑，距離中心供熱點的距離。并且實時顯示該站點的溫度，壓力，流量等數據。供用戶比較沿線管損，溫度變化趨勢，壓力變化趨勢等。熱交換站各種數據模擬畫面顯示實際模擬換熱站的工作流程。顯示各個關鍵部位的實時數據。集中控制監控管理中心通訊通訊網絡承擔集中控制監控管理中心與各個換熱站以及用戶計量與控制系統的數據傳輸，數據交換，是整個監控項目的橋梁，是保證熱網監測系統正常運行的關鍵。監控系統采用的通訊方式有多種形式。應依據項目的實際情況決定采取何種通訊方式。從通訊方式可以分為：市話網、寬帶網、專用網和GPRS網。a、市話網通訊方式

11、的特點：供熱管網存在一定的滯后性，無須實時在線。所以，通訊方式采用撥號方式也不失一種好方法。有線通信時，要先撥號以后才能通信，速度比較慢。運行費用較低。維護均由電信部門負責。系統具有雙向數據傳輸功能，從而實現遠程控制，無人職守。覆蓋面廣，信號穩定。b、寬帶網通訊的特點：用于已完供熱管網，無須土方開挖。申請ADSL方式通訊，只須按月交納一定的費用，即可實現網上通訊，無自維護量。永遠在線：用戶隨時都與網絡保持著聯系，即使沒有數據傳輸時，用戶也仍然附著在網上與網絡保持著聯系。每次登錄Internet只需要一個激活的過程，一般僅需要1到3秒鐘。高速傳輸：由于ADSL采用了先進的分組交換技術，數據傳輸快

12、。系統在數據傳輸過程中可申請加密機制，數據可以在公網上安全地傳輸。系統具有雙向數據傳輸功能，從而實現遠程控制，無人職守。系統依托相應的軟件，可以靈活實現點點、點多點、中心多點的對等數據傳輸。c、專用線路的特點：敷設專用通訊光纜，特別適用于新建供熱管網，可與供熱管道一同敷 設，減少土方開挖量，可以大大降低運行費用，但維護量大，維修費用多。用戶隨時都與網絡保持著聯系，即使沒有數據傳輸時，用戶也仍然附著在網上與網絡保持著聯系。系統具有雙向數據傳輸功能，從而實現遠程控制，無人職守。d、GPRS無線通信的特點永遠在線：通信時，不需要象PSTN那樣要先撥號以后才能通信。用戶隨時都與網絡保持著聯系，即使沒有

13、數據傳輸時，用戶也仍然附著在網上與網絡保持著聯系?？焖俚卿洠篏PRS無線終端一開機，即已經與GPRS網絡建立了連接。每次登錄Internet只需要一個激活的過程，一般僅需要1到3秒鐘。高速傳輸：由于GPRS采用了先進的分組交換技術，數據傳輸的最高理論值可達171.2kb/s。按量計費：GPRS網絡按照用戶接收和發送數據包的數量來收取費用。沒有數據流量傳輸時，用戶即使在線，也不收費。覆蓋面廣：目前，GPRS網絡已基本覆蓋了所有GSM網絡，偏遠地區不再是數據傳輸的盲區?？梢苿有裕浩髽I對系統所有設備有自主權，無需與運營商交涉，可以自由分配?？煽啃詮姡合到y具有糾錯、重發機制，從而確保數據的完整性和正確

14、性。其次，系統具有自動恢復功能，在GPRS網絡狀態不穩定的情況下，保證系統穩定工作，而無需人工干預。安全性高：系統在數據傳輸過程中加入了加密機制，數據可以在公網上安全地傳輸。無人職守：系統具有雙向數據傳輸功能，從而實現遠程控制，無人職守。靈活方便：系統依托相應的軟件，可以靈活實現點點、點多點、中心多點的對等數據傳輸。2.2耐威科無人值守換熱站控制系統PLC控制器、觸摸屏、傳感器、執行機構及通訊模塊組成熱網監控系統的遠程終端站即耐威科無人值守換熱站控制系統，PLC通過與其相連的儀表和執行機構完成對熱網換熱子站和其它現場設備的數據采集和控制功能。PLC控制器同時與機組電氣控制柜及工藝配合實現熱力站

15、的全自動控制，安全啟停機組，達到無人值守。2.2.1控制原理通過調節二次網供回水溫度，實現熱網平衡，換熱站控制系統可以根據二次網供水溫度、回水溫度、供回水平均溫度三種控制方式，控制電動調節閥門，保證溫度恒定和熱網平衡。尤以根據供回水平均溫度的設定值調節閥門的方式最科學，最合理。2.2.2控制目的宏觀掌握供熱系統運行狀況、運行質量。保證供熱系統的運行參數。對熱網的水力工況和熱力工況進行全自動調節，解決各換熱站的耦合影響，消除熱網水平失調，平衡供熱效果。以節省總供熱量為目標，在滿足熱網用戶基本采暖要求的前提下盡量減少總供熱量，從而達到提高經濟效益的目的。更好地進行供熱系統設備的維護及管理。及時檢測

16、報告供熱系統故障，作到防微杜漸，防患未然。為熱網如何經濟高效運行提供分析基礎和分析依據。通過記錄的熱網運行歷史數據，在一個采暖期結束后與前期數據進行比較分析，查出主要能耗來源，為今后的節能挖潛改造提供條件。2.2.3系統特點a、監測界面直觀、簡潔，可方便操作、性能穩定，功能可按需二次開發，數據傳輸率高；b、下位機操作采用觸摸屏方式，技術先進、操作簡單、數據顯示簡潔明了c、監控系統對運行人員、維護人員、管理人員賦予不同的權限，不同的人員具有不同的操作權限，從而避免了操作不當所造成的系統故障；d、監控中心軟件具備報警管理功能，每條報警信息應該包含報警站點、報警發生時間、報警參數及當前值等詳細信息；

17、e、操作人員可通過上位機控制底層設備，無須去現場操作，可靠性高，節省人力物力。2.2.4系統功能a、參數測量顯示功能主要完成熱網現場過程的模擬量（如溫度、壓力、流量、熱量等）、狀態量（如泵的狀態、水位高低狀態等）及脈沖量的測量、并完成相應的物理量的上下限比較、PID運算、邏輯運算等。同時主要完成如下參數的測量和顯示，測量結果將傳送到監控中心。壓力：一次網供水壓力、一次網回水壓力、二次網供水壓力、二次網回水壓力（補水點壓力）。溫度：一次網供水溫度、一次網回水溫度、二次網供水溫度、二次網回水溫度、室外溫度、一次網供回水溫差（控制器中的計算值 = 一次網供水溫度值 - 一次網回水溫度值）、二次網供回

18、水溫差（控制器中的計算值 = 二次網供水溫度值 - 二次網回水溫度值）流量：一次網供水瞬時流量、一次網供水累計流量、補水瞬時流量、補水累計流量。熱量：一次網供熱量、一次網累計熱量電能：累計電能液位：水箱液位閥位反饋：電動調節閥的閥位反饋頻率反饋：循環泵變頻器頻率反饋、補水泵變頻器頻率反饋運行狀態：循環泵變頻運行狀態、循環泵工頻運行狀態、補水泵變頻運行狀態、補水泵工頻運行狀態故障狀態：循環泵變頻故障、循環泵工頻過載故障、補水泵變頻故障、補水泵工頻過載故障b、控制功能PLC控制器可以完成如下控制功能：、二次網供水溫度控制（質調節）：根據室外溫度補償所確定二次網供水溫度設定曲線（6點以上），來進行一

19、次網供水電動調節閥的自動或/手動調節，從而滿足二次網供水溫度的需求。二次網供水溫度設定曲線能夠根據日計劃和周計劃有效時向上或向下平移溫度設定曲線，以滿足用戶在不同時段對二次網供水溫度的需求。具有一次網最大熱量限定功能，防止熱源供熱量不足時近端用戶搶熱。室外溫度應具有修正功能。可以在本地控制器面板上顯示閥的開度、室外溫度、室外溫度修正值、供水溫度設定值、實際供水溫度。能在本地和監控中心修改溫度設定曲線，修改PID參數值，時間段范圍和溫度曲線平移值可以方便修改。、二次網回水壓力控制：根據設定的二次網回水壓力設定值自動/手動調節變頻補水泵的轉速，將壓力值穩定在要求范圍內。當補水量很小時，補水泵運行頻

20、率低于睡眠設定值并延時適當時間，補水泵進入睡眠狀態停止運轉，而當二次網回水壓力比定壓設定值低0.02Mpa（回水壓力低偏差設定值）時,水泵結束睡眠狀態重新進行運轉。應能觀察到回水壓力設定值、實際回水壓力值、補水泵頻率反饋值。能在本地和監控中心修改回水壓力設定值，回水壓力低偏差設定值、睡眠設定值和延時時間，修改PID參數值。、分時控制: 是根據建筑物功能性的使用時間來自動控制整個機組的運行、停止?？稍诿刻熘蟹謳讉€時段自動啟停（可達十個）可在每周內分幾個時段自動啟停（如周一至周五工作，周六、日休息、停機）示意圖：（教學樓）用汽計算：每天僅運行時間：上午 8：0011：30 下午 14：0017：3

21、0 中午 11：3012：00依賴系統余熱供暖。 下午 17：3018：00依賴系統余熱供暖。 全天供暖時間 ：原來 ： 8：0018：00 10個小時 現在 ：8個小時 節能 ：10-8/10×100%=20% 宿舍樓時段與之相反（此處暫不分析）、室外溫度補償：利用室外溫度傳感器將信號接入PLC控制器,PLC根據室外溫度情況對一次供水的調節閥進行調節從而達到節能的目的。 用熱量：Q2= cmt=cm（-70）=cm×12.5用能：×100%=50%用能源編輯：用熱量：Q3= cmtdt用能：×100%=×100%=70%總體用能源：Q=50%

22、×70%=35%節能：100%-35%=65%、報警功能：一次網供回水壓差值低限，一次網供水濾污閥前后壓差高限堵塞，一次網回水溫度高限，二次網供水壓力高限、高高限，二次網供水溫度高限、高高限，二次網回水壓力低限、低低限，二次網回水濾污閥前后壓差高限堵塞，水箱水位高高限、低限、低低限，循環泵變頻器故障，循環泵工頻過載報警，補水泵變頻器故障，補水泵工頻過載報警。、聯鎖控制：當水箱水位高于高限值時自動啟動補水泵進行定壓補水并做自鎖，進行二次網供回水壓差調節，此時延時開啟一次網電動調節閥進行二次網供水溫度自動調節。當水箱水位低于低低限值時停止補水泵，直到水箱水位高于高限時補水泵重新啟動。當二

23、次網供水溫度高于高高限值時、一次網回水溫度高于高限值時或當所有循環水泵停止或停電時，一次側電動調節閥自動關閉。當二次網供水壓力值高于高高限值時，或當二次網回水壓力值低于低低限時，為保護設備，停止整個換熱機組的運行，直到故障解除后，再投入運行。c、通訊功能：通訊的方式主要有市話網、寬帶網、專用網和GPRS。幾種方式，數據的傳輸具有高效、實時、準確等優點。可根據不同的現場環境選取合適的通訊手段。d、顯示操作功能每個無人值守換熱站配備7寸或10寸彩色觸摸屏，安裝在PLC控制柜面板上。用于現場對相關的參數進行配置，同時對該參數進行修改時需要監控中心的授權，從而達到安全的目的。e、控制調節功能控制器除能

24、在就地進行自動控制和調節外，還能在監控中心的命令下和允許的范圍內，對換熱子站和其它現場設備進行控制和調節。f、控制器根據檢測的信號，控制機組運行，水壓、溫度超限報警，安全啟停機組；現場設備應具備手動/自動轉換功能。g、控制器應能以閉環的方式控制調節閥來調節一次水的流量，以保證二次網所需的供水溫度，當熱網負荷過大或供熱不足時，PLC控制器可以控制調節閥的開度，使管網水力平衡，防止爭水現象發生。h、能接受監控中心參數修改更新指令，并保存更改歷史記錄。i、控制器應能滿足監控中心其他的控制、報警、通訊功能。j、在現場觸摸屏上方便修改壓力變送器、溫度傳感器的量程范圍。2.3用戶計量與控制系統2.3.1用

25、戶計量與控制系統的組成用戶計量與控制系統由M-BUS主機（每棟樓1個）、GPRS DTV（每棟樓1個）、超聲波熱量表（每戶1個）、熱量積分溫控閥（每戶1個）、調節控制面板。2.3.2用戶計量與控制系統的特點、不改變原有供暖管道系統，保持戶主室內格局，破壞性小、安裝簡單，費用低、具有鎖閉功能、具有遠程控制功能、具有自動調節溫度功能、組網方便，檢查、使用通過無線網絡進行2.3.3用戶計量與控制系統工作原理每個垂直立管上裝有一個熱量表的超聲波流量計，測量該管道的瞬時流量，并把該瞬時流量通過總線傳給該立管熱量積分溫控閥。每個暖氣片前都裝有熱量積分溫控閥，熱量積分溫控閥負責采集某個房間內的進回水溫度，結合流量積分計算出此房間內釋放的熱量。2.3.4用戶計量與控制系統數據傳輸決定熱量積分溫控閥讀數的因素主要是瞬時流量和溫差。瞬時