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城市供热工程信息管理及自动化系统方案介绍 简介：本人参与了该总体方案制定和“八大片”集中供热自控系统工程的技术管理工作，在此对该总体方案的概况做一简单介绍。 关键字：供热工程,信息管理,自动化系统 1231前言集中供热是城市的重要基础设施，也是体现城市现代化水平的一个标志。发展集中供热具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，对节约能源、改善环境质量、提高人民生活水平具有重要的意义。因此，在城市发展和完善集中供热是非常近切和非常必要的。由天津市工业自动化仪表研究所等单位组成的天津市供热工程自控系统典型设计组，受市供热办委托编制了天津市供热工程信息管理高度及自动化验室控制系统总体方案。该总体方案确定了天津市供热工程信息管理及自动化的总体框架、自控系统的整体水平定位、设计原则及技术规定、以期指导天津市三年热化尤其是“八大片”集中供热自控系统工程设计与实施，促进天津市供热行业整体上水平。本人参与了该总体方案制定和“八大片”集中供热自控系统工程的技术管理工作，在此对该总体方案的概况做一简单介绍。2、总体框架搞好城市集中供热工程，必须要全面提高供热技术水平。我们认为一是要提高供热系统的自动化控制水平，另一点就是要提高供热行业的管理水平。供热工程中的自动控制对于保证供热系统优质供热、安全运行、经济节能、环境保护具有十分重要的作用。供热工程中的“信息管理调度系统”对提高供热行业的管理水平，对优质供热、安全运行、经济节能、环境保护同样具有十分重要的意义。天津市供热工程信息管理调度及自动化控制系统如图一所示。该系统由市供热信息管理调度中心（市调中心）、区调中心、热源厂及换热站四个层次构成，中间通过公共电话网进行通讯，实现统一的监控和管理。系统的核心为信息管理调度中心和热源厂综合自动化控制系统。3、市供热信息管理调度中心建设市供热工程“信息管理调度中心”（下称“市调中心”），其目的是收集全市各区、各锅炉房、换热站、地热井、热电、热力等方面的供热信息，建立市供热管理数据库，集中监视、综合分析、协调调度、统一管理，接收供热用户和社会各办界的建设、投诉和查询信息，提高供热行业管理和服务水平。市调中心的构成如图二所示，主要由网络服务系统、监控系统、热线电话受理系统、会议培训系统等组成。3.1网络服务系统网络服务系统配置有冗余的网络服务器、电脑终端、远程访问服务器及其它的网络设备，采用电话拨号的方式与各区调中心、市属锅炉房、地热井及热电、热力等站通迅，将各种供热信息采集上来，存入服务器中进行信息共享，建立市供热管理数据库，便于分析以往供热情况，指导和调整下一步供热工作。市调中心各职能部门的电脑终端与网络服务器由以太网联接进行数据通讯，各职能部门可随时获取来自各供热站点的信息。供热系统各单位及供热用户的计算机通过电话网可访问服务器，了解并查询各种供热信息。供热行业领导也可通过服务器向各相关单位发布管理和调度信息。3.2监控系统监控系统共有八台电脑终端，其中四台放置于监控中心控制室，另外四台分别放在各职能部门。操作人员和管理人员可通过终端对各种热站的运行状况进行监测，直观、及时地了解全市供热系统的运行情况，根据采集到的参数进行综合分析，及时发现问题，并迅速制定出处理方案，协调调度，统一管理。3.3热线电话受理系统热线电话受理系统能同时受理多路来自不同用户的热线电话，录音系统将电话录入计算机中，受理人员根据电话类别（投诉、查询、建议）进行处理，并可接通相应的供热管理部门进行汇报，处理后将处理结果回复受理系统，提高服务和管理质量。3.4会议培训系统会议培训系统配置有智能终端、投影仪、音响系统等，可以举办供热系统各级人员培训班，以提高供热系统操作人员、维护人员及管理人员的技能和技术水平；也可用于召开供热系统工作会议，会议中可能过投影仪将现场运行情况等投到屏幕上，便于与会人员直观了解供热系统的运行状况。4、热源厂综合自动化控制系统针对“八大片”集中供热工程，每片包括热源厂（内设1-2座锅炉房）和换热站（0-50座换热站）。因此，热源厂综合自动化控制系统按功能划分为厂级管理站、锅炉房自控系统和管网监控系统。各部分之间采用以太网（TCP/IP）进行数据通讯，实现全厂的综合管理和控制，并将数据集中送往市调中心（或区调中心）。热源厂综合自动化控制系统如图三、图四所示。4.1厂级管理站厂级管理站设于热源厂控制中心，负责收集锅炉房和各换热站的运行、管理信息，实现系统的综合管理与协调，同时将必要的信息通过公共电话网送至市调中心。构筑热源厂完整的数据库，是供热系统的关键。厂级管理站采用高档微机、必要的外设及后备电源系统。监控软件采用美国Intellution公司的iFLX，该软件功能丰富、通用性强，在各种监控功能的基础上，具有OPC技术，支持电话拨号功能，支持并系型数据库，可保证厂级管理站与市调中心、锅炉房自控系统及管理网监系统之间的实时数据交换，利于全市供热系统的构成。4.2锅炉房自控系统锅炉房自控系统采用DCS或PLC，设置于锅炉房控制室，采集和处理各种供热工艺参数；实现锅炉的自动控制（包括锅炉出水温度控制、锅炉燃烧控制、炉膛压力控制等）和锅炉房公用系统（循环水泵等）的自动控制以及报警、安全联锁等，并通过各种流程画面显示，监视各种热工参数、电气参数和管理参数，并将必要的信息送至厂级管理站。要求锅炉出水温度随室外温度等条件自动控制，锅炉燃烧控制采用变频调速器控制鼓风机和炉排转速，并根据炉膛温度、烟气含氧量实现风煤配比控制，实现锅炉燃烧的优化控制。循环水泵控制采用分阶段变流量控制，保证锅炉房出水压力和最不利点换热站进出口的压差。锅炉房自控系统主要由现场控制站和操作员构成，其配置原则为：一台现场控制站控制一台锅炉（一机一炉），锅炉房公用部分（含水处理，锅炉房内设的换热站等）配置一台现场控制站，每两台现场控制站配备一台操作员站，各操作员站互为备用。采用一台现场控制站一台锅炉的这种一机一炉方式有以下几个方面的优点。其一是危险性分散，不会因一台现场控制站出现问题而使整个系统瘫痪；其二是扩展性好，在需要增加新的锅炉时，只需增加相应的控制站，不影响原来的系统（硬件、软件都不受影响）；其三，在每年供热初期和末期需要使用几台锅炉就运行几台现场控制站，不需将全部控制系统投运。操作员站与现场控制站采用一对二的配置，可减少操作员站硬件、软件的投资，操作员站互为备用，也提高了系统的整体可靠性。锅炉房自控系统不论采用DCS还是PLC产品，进口还是国产，在保证锅炉先进控制水平的前提下，都必须要具有OPC技术即开放性，并能保证与厂级管理站和管网监视调度站实时通讯且不需单写软件，以利于全市供热系统的构成。4.3管网监控系统管网监控系统由管网监视调度站和换热站自控系统构成，相互之间采用公共电话通讯。4.3.1管网监视调度站管网监视调度站可设于热源厂控制中心或锅炉房控制室，采用工业控制计算机、调制解调器（Modem）及先进的监控软件，通过公共电话网拨号的方式，采集各换热站的热工及电气参数，实现对各换热站的监测与管理，并可进行数据处理、报警管理、报表生成等，同时将必要的信息送至厂级管理站和锅炉房自控系统。管网监视调度站可对各换热站控制器进行远程组态和下装，还具还遥遥控功能，以利于热网平衡的调节。管网监视调度站可有两种方案。方案一（见图三）采用与锅炉房自控系统相同的结构及硬件、软件，采集的换热站信息先进入现场控制站的CPU中，再送到厂级管理站和锅炉房自控系统。此种方式的优点是锅炉房自控系统的现场站可及时、透明地得到换热站信息，指导锅炉运行和控制。方案二（见图四）则省去了现场控制站，操作员站的硬件、软件也可不与锅炉房自控系统相同，但同样要求软件必须具有OPC技术，并可与厂级管理站和锅炉房自控系统通讯。当然，由于操作员站直接带Modem，就要求软件必须具有电话拨号功能，且与换热站自控系统采用相同的通迅协议。在此，总体方案确定该通迅协议为Modbus，因为Modbus开放性较好，是事实上的工业标准，也是公认的采用公共电话网通迅时最可靠的通讯协议之一。4.3.2换热站自控系统换热站自控系统将按无人值守换热站来设计（有人值守同样），控制器除完成换热站的控制、计算功能外，还要配有人机接口，方便巡回维护人员操作和监视，同时将必要的热工参数、电气参数送至管网监视调度站，以协调锅炉的调度和控制。控制器应能接收管网监视调度站的遥控信息，以调节热网系统平衡。根据供热要求，二次网出水温度应随室外温度、昼夜、供回水温差等条件自动控制一次网电动调节阀；二次网循环水泵变频控制按换热器进出口差压等条件自动控制；一次网旁通电动调节阀用于调节一次网供水流量和或差压，以保证热网系统平衡。换热站和管网监视调度站间的通讯方式采用上站定时轮询和下站异常上报的方式，这种方式不仅可节省运行费用，而且也可保证故障信息的及时传送。为了保证通迅的可靠性和一致性，换热站自控系统不论采用哪个厂家的设备，其通讯必须要采用Modbus协议。5、关于自控系统选型根据系统框图及方案说明，供热自控系统重点是锅炉房自控系统（DCS/PLC）和换热站控制器，而且它们选型的关键分别是开放性（OPC技术）和技术点对点的通讯（Modbus协议）。根据系统设计要求，经我们反复分析比较、充分论证，推荐选用法国施耐德、美国霍尼韦尔、德国西门子、国内的威盛、和利时公司等厂家的产品。选用各厂家产品的具体型号、技术性能以及相关技术问题这里不再赘述。6、结束语以上所介绍的供热工程信息管理调度及自动化控制系统总体方案，是经过专家评审组评审通过的，其设计思想和技术可行性得到了专家级的充分肯定，并已在2000年天津市“八大片”集中供热工程中付诸实施。按照这个总体方案实施完成的八大片各热源厂锅炉房