供热能耗数字监控平台(1).doc

供热能耗数字监控平台1、前言 我国北方地区冬季目前普遍采用集中供暖方式进行供热。热电厂通过城市高温供热管道将热水送至各居民小区、企业中的换热站。在换热站，高温管道（以下简称一次网）中的热水与进居室暖气片（以下简称二次网）的热水通过换热器交换热量。经过换热后，二次网中热水流入各居室中。 在以上过程中，供热调度部门需要对分散在不同地理位置换热站中温度、压力、流量、液位等参数集中实时监视，控制换热站中各设备的运行。同时，根据从现场监测到的各换热站运行参数，调节热电厂运行工况，保证冬季整个供暖的稳定运行。 我国现行的热力站运行管理仍处于手工操作阶段，影响了集中供热优越性的充分发挥。主要反映在：缺少全面的参数测量手段，无法对运行工况进行系统的分析判断；系统运行工况失调难以消除，造成用户冷热不均；供热参数未能在最佳工况下运行，供热量与需热量不匹配；运行数据不全，难以实现量化管理。搞好城市集中供热工程，必须要全面提高供热技术水平。因此，建立基于GPRS无线网络的自动监控系统，根据热源工况、换热站主要供热参数、热计量系统数据，结 合控制策略，输出控制动作，实现管网平衡和水力调度，最终实现用户用热舒适 和安全。对突发情况（流量及温度不稳定，漏气等）及时做出相应的处理。同时，本系统还提供了GSM短消息汇报的功能，智能远程测控终端能够及时将信息以短消息的方式发送到工作人员随身佩带的移动电话上，从而将监控网络拓扑到城市的每一个角落。系统可以有效提高供热系统的自动化控制水平，并且能很大程度上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。 1.1 热网能耗综合监控系统主要画面地理信息画面总图画面1.2 热网能耗综合监控系统主要功能1.2.1 能耗参数实时监测和历史数据查询 实时采集及显示热源、换热站一级网和二级网热量、供回水温度和压力、流量、热量、阀门开度、水泵开启状态、循环泵变频、补水泵变频、液位等参数； 采集公共建筑内的水、电、暖、电梯等系统的运行数据；抄取居民住户的用热量温度、采暖流量等数据。这些数据储存在数据库内，可以以表格、曲线、柱图等形式查询和打印。1.2.2 能耗分析将采集的数据进行归纳、分析和整理，结合运行设备的数据，实现基础能源管理功能，包括能源计划和预测管理 、建筑能源审计与管理、能源考核统计报 表 、能源管理的对比分析、能源消耗公示管理、能源定额管理和超定额收费管 理、能源建筑能源的优化和运行、能源报警及事故管理、与其他系统互联接口等 部分。1.2.3 热网平衡、运行调节 在正常的管网运行状态下，整个供热管网应进行均匀性调节，实现热量的均匀分配。热网调控的控制策略在监控中心和换热站都有（可称之为“上位控制策 略”和“下位控制策略”）。通讯正常时，上位控制策略优先，监控中心的系统软件根据用户的用热需求（主要是根据二级网供回水温度、热计量系统测得的用户室内实际温度、室外温 度来保证室内的舒适温度）下发给换热站运行参数。在与监控中心通讯故障时自动切换为下位控制策略，各换热站自成系统，根 据用户的用热需求（主要是根据二级网供回水温度、室外温度来保证室内的舒适 温度）现场控制单元对各换热站内设备进行闭环控制，保证热量供应。在量调节阶段，中央监控站根据用户流量变化，按照末端用户压差调节首站的变速泵转速，保证不利点有足够的资用压头。在质调节阶段，中央监控站要根据用户热需要协调供热量，从而使供热与热需求相适应，实现优化调节、经济运行。1.2.4 中央调度及远程控制 监控站可以将由人或计算机运算分析后重新得到的被控参数设定值发送至相应的现场控制单元，改变现场机的控制趋势。另外也可以按需要直接选定需要 控制的某设备（如水泵、阀门等）， 自动或手动给出由人或计算机运行分析后的 出的控制指令，让相应的现场控制单元执行。这样，监控站不仅可以监视整个系 统的运行情况，而且可以简单、迅速的调整设备运行状态。1.2.5 设备管理及异常报警 监控系统及管网和热力设备的下列故障以声光形式报警： 温度、压力、流量传感器故障通讯故障； 各换热站水泵电机及电动调节阀故障；各换热站热交换器内部堵、漏及传热不良等故障；换热站供水超压等故障。1.2.6 建筑物信息管理基本项为建筑规模和建筑功能等基本情况的数据，8 类建筑对象的基本项均 包括建筑名称、建筑地址、建设年代、建筑层数、建筑功能、建筑总面积、空调 面积、采暖面积、建筑空调系统形式、建筑采暖系统形式、建筑体型系数、建筑 结构形式、建筑外墙材料形式、建筑外墙保温形式、建筑外窗类型、建筑玻璃类 型、窗框材料类型、经济指标（电价、水价、气价、热价）、填表日期、能耗监 测工程验收日期。1.2.7 地理信息 地域标尺、道路走向、标志性建筑物、热力管网走向、建筑物位置。2. 平台整体架构如下图所示，平台组成为四物理层结构，现场设备层由抄表系统硬件（DTU、抄表器、集中器）、控制设备和仪表组成，是平台的基础；通讯层是完成数据上 行和下行的媒介，通常使用 ADSL 或 GPRS；上位机层组成监控中心，是一个计 算机工作站；大区层为支持网络访问和数据上传到上级服务器。监控中心建设和搭建控制系统是平台的主要工作。监控中心建设中除上图 的设备布局外，软件建设的工作量也是关键的。热网监控软件人机界面：图形化软件，为操作员提供监视与操作的图形化界面。设备驱动：负责上位机软件系统与硬件设备的数据交换功能。报警模块：提供报警功能，根据报警条件判断并产生正确的报警事件。实时数据报表：负责以表格的形式显示和打印实时数据。历史数据报表：负责以表格的形式显示和打印历史数据。趋势曲线：以趋势曲线的方式显示和打印历史数据。历史数据：负责组织存储历史数据以供用户查询，通常会使用关系型数据库。Web 发布：提供 Web 发布功能，以 B/S 结构的软件构架提供人机界面功能。用户管理：提供用户级别的访问权限管理和用户信息的定制功能。软件接口：与其他系统交换信息的软件接口模块，如 OPC、DDE 等。全网平衡：解决热网运行中的水平失调问题。定制模块：根据客户的需求定制特定功能的模块。对于某个具体的热网自动控制系统来说，不一定配置上文提到的所有软件模块，视工程的具体情况和客户的需求而定。通讯管理软件结构通讯链路的管理，包括建立和拆除通讯链路等；信息数据的发送与接收；向用户反映通讯链路的状态与错误信息；数据链路的自动维护(如拨号网络中的断线重播功能)。 对于采用不同的通讯方式的热网自控系统，通讯管理软件各有不同，也会以不同的形式出现。有些作为单独的应用程序运行于上位机，有些则以控制系统 驱动程序的方式出现，还有些则运行于换热站的现场控制柜中。平台主要工作内容监控中心建设 监控中心建设是平台建设的主要工作内容。包括机房建设、设备安装、软件开发和软件安装、系统调试、功能设定等工作。 供热热网监控系统在热源、换热站和分支节点处安装 DTU、远处终端、仪表和控制设备，实 现数据监测和供热系统控制。公建能耗监管系统在公共建筑能源入口处安装计量仪表及 DTU，包括电表、水表、热量表和 煤气表等，实现能耗数据测量及远程监测。热计量收费管理系统 用于居民住户采暖热计量。在居民住户采暖入口处安装热量表、抄表 DTU和温控器，或在室内安装散热器温控阀，小区内安装集中器并与小区内住户热量 表联网。实现热量测量和远程传输。监控中心软件监控中心软件指运行于监控中心的各个功能软件模块，在 3.1 节中被分为通 讯管理软件、热网监控软件、热计量系统软件三部分，但在实际的监控中心应用 中三者密不可分，并且都有对应的数据库系统。运行在监控中心的通讯管理软件可能是组态软件的一部分(以驱动程序的形 态载入)，也可能是单独运行的应用程序（热计量抄表系统通讯管理软件），通过 软件接口与组态软件或数据库交换数据，因此本章中的内容也包括通讯管理软 件。热计量系统的数据可以与热网监控数据共享，作为热网调控的数据依据。热网监控系统的开发平台为组态软件，组态软件包含许多功能模块，如人机界面、历史曲线功能、报警功能、Web 发布功能等。组态软件除具备这些基本 的功能以外还应具有一些标准的软件接口，如 ODBC、OPC 等，这些接口可大 大提高整个软件系统的可扩展性，使整个系统更加完善和具有定制性。热计量远程抄表系统软件为自主开发，采用 C#开发平台和 Oracle 数据库， 并与热网监控系统进行数据接口，实现热网监控、热计量数据共享。主要功能包 括系统报警、抄通率统计、热量统计、热费日报、热费年报、历史数据、用户档 案、远程实时抄表、远程实时控制、自动定时抄表、抄表参数下发等功能。3.监控中心主要功能描述3.1.1 实时数据的采集及实时数据库的管理 通信前置机（通讯服务器）为冗余配置，正常工作时数据库服务器完成数据采集及存储，同时对备份服务器和阵列服务器中的数据库进行实时更新；数据库服务器故障时备份服务器自动转为主服务器完成数据采集和存储工作。 监控站点实时采集现场控制单元的测控数据及运行状态，并将数据加工处理 后以数据文件形式存储在实时数据库里面，各类不同的数据可以有不同的存 储时间间隔。数据采集、存储周期可以有用户自己设定，最小为 1 秒钟。可以将实时数据库内的数据进行定期归档或手动归档，计算机可以储存 5 年的 历史数据。3.1.2 运行参数及图形显示 监控站可以显示各个被控对象的运行模拟图形和运行记录。运行模拟图形包括系统总图、各子系统图等，并在图中依照系统实际情况，在相应位置显示各测点的测量、计算参数和各设备的运行状态，运行记录以图形方式显示某一个或多 个测量参数的历史运行记录。显示的形式可选择曲线图、直方图等，显示时间间隔也可依照用户要求进行修改。3.1.3 中央调度及远动控制 监控站可以将由人或计算机运算分析后重新得到的被控参数设定值发送至相应的现场控制单元，改变现场机的控制趋势。另外也可以按需要直接选定需要 控制的某设备（如水泵、阀门等）， 自动或手动给出由人或计算机运行分析后的 出的控制指令，让相应的现场控制单元执行。这样，监控站不仅可以监视整个系统的运行情况，而且可以简单、迅速的调整设备运行状态。3.1.4 运行记录及报表、图形打印 监控站主机可以自动生成、打印多种多样的报表，包括各种运行记录的日报表，统计报表及设备的故障状态和维护清单。以及设备的故障状态和维护清单。 报表的格式也可按照用户的要求进行设计。另外监控站主机应具有屏幕拷贝功 能，可以直接将屏幕上所显示的流程图或曲线图打印输出。3.1.5 参数统计及能源计量 监控站可以根据现场机的测量参数信息对能耗、水耗等进行计量和统计，计算出其平均值和累计值。计量时间可以为时、日、月、年，计量结果将以数据文件的形式存储在外存储器内。3.1.6 系统特性参数实时辩识的功能 充分利用测量数据信息，实时辩识出热网中各管段阻力特性系统和热交换器特性等参数，掌握水力和热力工况，供计算机控制分析软件使用。3.1.7 声光形式报警 监控系统及管网和热力设备的下列故障以声光形式报警 温度、压力、流量传感器故障； 通讯故障； 各换热站水泵电机及电动调节阀故障； 各换热站热交换器内部堵、漏及传热不良等故障； 换热站供水超压等故障。3.1.8 水力工况分析与供热调控 自动对全网水力工况进行分析，首站及主调速水泵，各换热站、峰荷锅炉房供热量进行控制。4.热网监控系统换热站自控方案4.1 方案 1：控制柜、变频柜，实现数据采集+控制受控设备包括：电动调节阀、循环水泵、补水泵4.1.1 方案说明控制室由 PLC 控制柜、补水泵变频柜、循环泵变频柜、配电柜构成。PLC 控制柜通过 RS485 总线采集热量表数据；通过 AI 模块采集压力变送器、 温度变送器、补水箱液位计信号；通过 AO 模块控制电动调节阀的开度；PLC 控制柜还可以与补水泵变频柜和循环泵变频柜通讯，下达变频控制指令。补水泵变频柜负责驱动控制补水泵，实现补水供水功率的动态调节。循环泵变频柜负责驱动循环泵，实现循环水功率的动态调节。配电柜用于给现场设备以及另外三个柜子供电。现场测量内容主要包括：一/二次网流量、热量、热功率、累计流量、供回水温度、电动调节阀开度、液位、变频器输出功率等。控制功能 由热网全网平衡软件实现对电动调节阀、循环泵、补水泵的控制。具体实现方法是当冬季采暖负荷较大，不能满足远端或者不利端入口装置的用热需求时可以人为或者自动调节阀门和水泵，降低近端流量保证远端用热需求。从而达到均匀供热的需求。 根据室外温度的实际测量值及业主提交的室外温度与回水（供水）温度的设 定值对照表实现对电动调节阀的控制。可以通过监控中心远程直接设定调节 阀开度。 当用户欠费时，关闭入口装置阀门并提醒用户续费。 可以设定入口装置的最大流量，通过电动调节阀自动调节来实现。 可以通过监控中心下发温度曲线来自动调节入口装置二网供回水温度。 可以实现分时段供热需求。4.1.3 优势 全装全配，监测参数非常全面。 循环泵、补水泵变频控制，不仅可以看到供热状态，还可以根据供热策略，控制本站供热运行参数。 可进行全方位控制，控制角度全面。 电动调节阀控制，动态调节。 控制策略本地和监控中心都有，监控中心优先，便于全网供热调控。方案 2 ：控制柜，实现数据采集+控制受控设备包括：电动调节阀4.2.1 方案说明 控制室由 PLC 控制柜构成。 PLC 控制柜通过 RS485 总线采集热量表数据；通过 AI 模块采集压力变送器、 温度变送器、补水箱液位计信号；通过 AO 模块控制电动调节阀的开度。 现场测量内容主要包括：一/二次网流量、热量、热功率、累计流量、供回水 温度、电动调节阀开度、液位等。4.2.2 控制功能 由热网全网平衡软件实现对电动调节阀的控制。具体实现方法是当冬季采暖 负荷较大，不能满足远端或者不利端入口装置的用热需求时，可以人为或者 自动调节阀门，降低近端流量保证远端用热需求。从而达到均匀供热的需求。 根据室外温度的实际测量值及业主提交的室外温度与回水（供水）温度的设定值对照表实现对电动调节阀的控制。可以通过监控中心远程直接设定调节阀开度。 当用户欠费时，关闭入口装置阀门并提醒用户续费。 可以设定入口装置的最大流量，通过电动调节阀自动调节来实现。 可以通过监控中心下发温度曲线来自动调节入口装置二网供回水温度。 可以实现分时段供热需求。4.2.3 方案优势 价格相对方案 1 有优势，可以进行一般性的供热控制。 全装全配，监测参数非常全面。 电动调节阀控制，动态调节。 控制策略本地和监控中心都有，监控中心优先，便于全网供热调控。4.3 系统功能 我公司提供的热网监控系统可实现以下主要功能：（1）供热参数实时监测 实时采集及显示换热站一级网和二级网供回水温度和压力、流量、热量、阀门开度、水泵开启状态、循环泵变频、补水泵变频、液位等参数。（2）数据库管理级报表打印功能 包括数据储存、维护、转换并能方便查询和显示参数变化曲线。根据需要随时打印工况报表等。（3）能耗、水耗统计计算功能 根据实测参数统计各源、站及全网的能耗和水耗，为量化管理和收费提供依据