简论集中供热系统监控技术.doc

简论集中供热系统监控技术哈尔滨哈投投资股份有限公司供热公司 史宝国 高阳【摘 要】提出了热网监控系统体系结构、现场控制器要具备的功能， 供热系统的控制关键在于温度和压力控制， 提出了温度和压力控制策略， 对热网监控系统的通讯方案进行了比较， 并结合实例对间接连接和混水连接系统形式的控制方案进行了分析。 前言 集中供热监控系统的需求随着城市集中供热规模的不断扩大， 以及热力公司对管理效率的日渐重视， 尤其是新建大中型热网， 在设计阶段监控系统已经是一个不可缺少的部分。但由于热力系统具有一些与一般工业控制过程完全不同的特性， 不少系统集成商对热力工艺过程缺乏必要的深入了解， 导致很多热网在采用监控系统后， 运行的效果并不如人所愿。而对于一些热力公司来说， 由于对热网监控系统的认识不够， 往往对要上的系统功能了解不足， 有时盲目追求不切合实际的功能或在投资受限的情况下削减了一些必需的基础功能， 最终导致系统运行的效果大打折扣。供热系统的连接方式有直供、间供、混供三种， 连接形式的不同， 其控制方式也是不同的， 直接连接形式的供热系统比较简单， 因此有必要对间接连接和混水连接的热网监控系统进行认真分析， 并总结出一些基本概念， 以便大家对热网监控系统能有一个全面的了解。 热网监控系统概述 一个完整的热网监控系统(图一)在物理层面上它主要由四部分组成： 监控中心、通讯网络、现场监控设备、一次仪表； 在软件层面上主要包括三部分： 现场控制软件、通讯软件、中央监控调度软件。热网监控系统采用分布式计算机系统结构。目前在国内， 对于供热系统的计算机监控方式， 有两种不同的思路： 一种是采用中央集中式监控方法； 另一种是采用中央与就地分工协作的监控方法。前一种方法是中央独揽大权， 热力站机组只有测试仪表和执行机构，它的功能只是参数和指令的上传下达， 热力站现场控制器不做自动调控的决策功能。这种方法对中央监控软件的功能要求比较高， 当热电厂不是“以热定电”即当热电厂供热量不足时， 能进行流量的均匀调节， 但其灵活性差，局部故障容易影响全局的正常运行。例如， 当中央调度室发生通讯故障的时候， 整个热网的调节就全部失灵了。第二种方法， 即中央与就地分工协作监控方法， 其供热量的自动调节决策功能完全“下放”给就地的热力站机组， 中央控制室只负责全网参数的监视以及总供热量、总循环流量的自动调控。这种方法比较灵活，故障率少， 容易适应热网不同建设期的需要。图一第二种方法概括起来也可以叫做： “中央监测，统一调度， 现场控制， 故障报警”。就我国目前的集中供热监控系统状况而言， 我们可以从热力站和系统两个方面对监控系统水平进行划分。从热力站监控的内容上可将热力站的现场监控分为三个层次： 一、监测级： 即只采集、观测热力站的运行参数， 不对阀门水泵等进行自动调节， 但补水必须是自动的； 二、基本控制级： 在监测的基础上对二次网供水温度进行自动控制， 即通过一次网侧的电动调节阀调节供热量； 三、高级控制级： 在监测和对二次供水温度进行控制的同时， 还对二次侧进行变流量控制， 如对二次循环泵进行变频调节流量。 从监控系统自身的范围上也可分为三个层次： 一、站级： 即只对单个换热站进行控制，一般必须做到自动补水、供水温度自动调节等，站级的控制要求做到自动运行， 而且应该起到显著的节能效果； 二、基本系统级： 在多个换热站在站级控制的基础上增加通讯系统实现中央监测或控制， 系统可以根据运行状况， 进行人工的辅助控制参数调整， 保证整个热网运行的高效和节能； 三、高级系统级： 在基本系统级的基础上， 增加系统分析、统计自动优化平衡整个热网的协调运行， 同时可以和企业其他管理信息系统进行数据共享。 热力站控制功能 热力站的控制是由具有测控功能的现场控制器、控制柜、传感器和执行机构以及通讯系统组成。 基本功能热力站控制的基本功能主要是由现场控制器实现， 分述如下： ）参数测量 主要完成管网现场过程的模拟量 （ 如温度、压力、热量等）、状态量（ 如泵的状态、温度等） 及脉冲量的测量、并完成相应的物理量的上下限比较等功能。 ）数据存储 现场控制器能按一定的时间间隔采集被测参数。一般情况下这些参数通过通讯线路定期传输到监控中心的服务器中。为防止监控中心的故障或停电， 现场控制器应具有 以上的数据存储能力， 能存储一段时间的数据， 以便监控中心恢复正常后将故障期间数据上传给监控中心， 从而保证数据不丢失。 ）通讯功能 现场控制器能在主动或被动方式下与监控中心通过通讯线路进行数据通信。系统与现场控制机支持有线或无线通讯线路。诸如：电话拨号、 宽带通讯、 等通讯方式。 ）自诊断自恢复功能 现场控制器能上电后可自动对关键部位进行自检。在运行过程中， 当受到干扰程序出现异常后， 可自行恢复到异常前的状态， 继续运行， 不会出现死机现象。 ）日历、时钟功能 现场控制器能设有日历和时钟（ 年、月、日、分、秒）， 并可接受监控中心对时命令， 使整个系统时间保持一致。 ）掉电保护功能 现场控制器能不需要电池而无限期保存数据。 ）显示操作功能 现场控制器能具备 寸彩色液晶显示和操作界面。 ）控制调节功能 现场控制器能在监控中心的命令下和允许的范围内， 对热力站和其它现场过程设备进行自动控制和调节。）组态功能现场控制器能将站名、站号、物理量转换公式、参数采样频率、限值均可在监控中心和现场进行组态。）报警功能现场控制器能够主动上报参数异常、事件或故障。 基本控制参数现场控制设备能够灵活的完成室外温度补偿、自动补水、温度调节、流量调节等自动控制环节。、温度控制、室温参与控制二次网供温控制有直接设定控制、室外温度补偿控制等多种控制模式。其中直接设定控制指在现场控制设备操作界面上运行人员根据经验直接设定合适的二次网供水温度， 然后控制设备通过调节一次网电动阀保证二次网供水温度达到设定值； 室外温度补偿控制则根据室外温度的变化， 随时调整二次网供水温度， 既可以通过对照查表， 也可以通过设定曲线的方式实现。供热系统的效果主要是室内温度达标，而在热力站控制时是采用二次网的供水温度来代替室内温度， 明显有不合理的地方， 因此， 采集室温来参与热力站的控制是非常可取的。、压力（流量）控制根据二次网的供水压力或供回水压差来控制二次网循环水泵的运行台数或频率， 取压点的位置可以在二次网的供回水管上， 有条件的场合可以将测压点放在系统的最不利用户的供回水干管上。该控制模式下也可以称为变流量运行控制， 在确定控制方案时， 一定要注意温度和压力同时变化的场合， 如二次网流量的变化会导致二次网供水温度的变化， 原先控制稳定的二次网供水温度就发生了变化， 还需要再次调节， 这样温度控制出现了振荡。、补水控制（略） 通讯系统 通讯是整个热网控制系统联络的枢纽，各个热力站、热源、管道监控节点和泵站通过通讯系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度， 必须建立连接所有监控点的通讯网络。整个通讯系统分上位机、下位机和通讯网络三个部分， 其中各部分实现的功能如下： 上位机 ! 定时数据采集功能 ! 单站采集 ! 控制功能 ! 接收下位机上传的故障 下位机 ! 故障的主动上传 ! 接收上位机通讯程序的各种控制指令 ! 给上位机提供各种数据等服务 通讯网络 通讯是整个热网控制系统联络的枢纽，各个热力站通过通讯系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度， 必须建立连接所有监控点的通讯网络。通讯网络相当于一个邮政系统， 把每个人发送的信件及时准确地传送到目的地， 对于用户而言， 通讯网络应该是“透明”的， 即用户只需要关心自己要发送什么信件， 而不必关心邮局是如何组织的。随着网络技术的飞速发展， 各种虚拟宽带技术已经越来越成熟， 从最初的 到、（ 虚拟专用网）、（ 虚拟拨号专用网）， 以及无线的 、 通讯方式， 可供用户选择的空间越来越大。具体选择何种通讯网络应根据当地各种电信运营商提供的服务性能和价格综合比较， 下面我们提供三种主要的通讯方案以供参考： 宽带： 是这两年电信运营商推广力度最大的一种通讯解决方案， 主要面向个人或企业用户实现在家里高速上网的要求， 其通讯速度可以达到 或 ， 完全可以达到实时在线的系统要求， 其障碍关键在于运行费用， 各地收费价格差异很大。对于企业用户而言， 一条 不限时包月费用在 元不等。对于众多的热力站来说，每个站点申请一条 ， 监控中心申请一条固定 地址的 。普通电话拨号： 即每个热力站申请一条专用的普通电话线即可， 监控中心根据需要点数适当申请多条电话线。该种方式实施最为简单， 投资最低， 运行费用也不高， 而且通讯线路非常可靠， 容易维护， 几乎不会出现线路故障， 但实时性较差， 个热力站通常 分钟左右可以保证轮巡一遍 （之间建立通讯的握手时间较长造成）。 无线移动网： 普通无线通讯方式在大城市一般较少采用， 主要原因是干扰 严 重 。 最 近 采 用 手 机 移 动 通 讯 网 络 如、 的系统开始频繁出现。经过众多的项目实践， 通讯方式日趋成熟， 而且运行费用低廉， 有的地方移动公司推出的 经济套餐为 元月， 流量为 ，超出部分为 分 字节， 自由套餐价格大约在 元月， 不限数据流量。 的通讯方式具有价格便宜， 实时性好， 网络覆盖面大等特点， 是一种不错的通讯系统方案。采用 通讯， 通常有两种实施方案，采用移动虚拟网或 接入。 几种通讯方式性能的比较： 换热站控制实例 某 热 力 站 供 热面积： ， 建筑类型： 普通住宅； 最 高 建 筑 ： 层循环水泵： 台、流量 、扬程 ； 换热器换热面积： 和 。 测试时间： 年 月 日。 用户室温很明显， 在测试时间段内， 室内温度均超过了 。这表明以下所有的数据是在满足用户室温的情况下得到的。 二次网供水温度和设定值比较从图中可以得出： （）、一天之中二次网的供水温度设定值改变了三次， 当然这个改变是由人为操作的，不一定合理： 点到 点的室外温度低于 点至 点的， 但是供水温度的设定值却由 提高到 ， 而应该是下降； （）、供水温度的实际值与设定值的偏差小于 ， 完全低于建设部板式换热机组关于温度控制精度为的标准， 可以说明该控制方式精度很高。 节能分析平均室外温度 ， 一次网： 平均供水温度 ， 平均回水温度 ， 平均瞬时流量 ， 平均瞬时热量 ，单位面积一次网瞬时流量 ， 单位面积瞬时热量 ； 二次网： 平均供水温度 ， 平均回水温度 ， 平均流量 ， 单位面积流