热网远程监控系统技术文件.doc

热网远程监控系统第一章 绪论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，影响了集中供热优越性的充分发挥。第二章 系统设计2.1 系统需求分析本设计方案旨在提供一整套实时蒸汽管网系统运行状态检测与远程控制系统，方便用户及时有效地获取管网的实际运行数据，为热网的自动化调度提供科学的依据。蒸汽热网远程集中控制系统集人机界面、数据库管理、计算机网络、远程数据通讯、过程控制、分布式光纤监测以及多级监控等先进技术于一体，具有高性能、高可靠性、通讯灵活、易维护等特点，使热网能够安全、正常、节能地运行。 2.2 热网监控系统概述一个完整的热网监控系统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。前一种方法是所有指令都由主控室下达，远程站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，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。第二种方法是采用集散式监控方式，即中央与就地分工协作监控方法，中央控制室负责全网参数的监视及重要设备的紧急控制，远程监控站根据各自控制系统的设定值自动运行。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。随着系统的扩大和监控要求的提高，集散式监控方式将是今后发展的方向。系统拓扑结构图如下所示。系统拓扑结构图2.3 系统总体结构设计2.3.1 系统总体结构本系统采用集散式监控方式，集成了3G无线通信技术、计算机控制技术、分布式光纤技术、数据采集技术及数据库技术于一体，搭建了一套热网远程集中控制综合系统平台。系统分为德威客户服务中心、热网监控中心站、分布式光纤热网监测报警系统和远程控制分站四个主要部分。德威客户服务中心主要由中心服务器、数据库服务器、工程师站等设备组成；监控中心站主要由监控主机、数据服务器、打印机等外围设备组成；分布式光纤热网监测报警系统由监控主机、相关激光设备、操作员平台及布置在管网中的测温光缆等组成；远程监控分站主要由SIEMENS S7-200系列PLC、3G无线通信模块及控制电路组成。监控中心站与远程监控分站之间通过3G无线网络实现无线远程通信，德威客户服务中心与各热网监控中心通过商用光纤或工业以太网进行通讯及数据交换。2.3.2 系统的组成及主要功能a. 德威客户服务中心德威客户服务中心建立在德威工程集控室内，监控主机通过光纤网络或工业以太网与所有德威客户的热网监控中心实时通讯，将各热网监控中心所管辖的管网状态参数、分布式光纤监测系统实时数据及热用户计量参数等传输至客户服务中心监控主机中，实现对客户热网运行状态的多级实时监控。当管网出现意外情况时，在热网所在地的监控中心以及德威客户服务中心的监控主机上都能实现同步报警，如果在系统设定时间内热网所在地的监控中心未作出反应，德威客户服务中心将有专业技术人员与监控中心取得联系，提供技术支持，最大限度地保障热网运行的高效稳定。主要功能：（1） 将客户热网所在地监控中心数据服务器中的热网运行参数采集到客户服务中心监测系统中实时管理，实现多级监测方式，可为所有客户提供实时在线服务，保证热网运行的稳定可靠；画面显示功能如下：a 实时显示个热用户的蒸汽温度、压力、瞬时流量和累积流量；b 管网的实时表面温度，整个管网选择约200个关键节点监测实时温度，同时客服中心主机接收热网所在地监控中心的管网超温报警信息，点击报警信息出现信息框，显示超温报警的温度，管道报警位置等信息；c 实时反映补偿器的补偿量，记录峰值补偿量；如果补偿量超过最大设定值，会有报警提示；d 显示管道抽真空后的压力数据，与管道表面温度的数据在同一历史数据表中体现变化曲线；e 前四项中的报警功能；f 数据存储备份。（2） 在线监测所有热网的运行工况和实时参数，包括热用户的供气压力、温度、瞬时流量、累计流量及热网分布式光纤监测系统中故障报警点及热网关键点的实时运行参数。根据分布式光纤监测的特点，空间分辨率为1-3m造成热网数据点数量庞大，如果所有点的数据上传至客户服务中心，软件平台暂时无法实现，综合考虑采取客户服务中心采集热网分布式光纤实时报警点和100个左右的热网关键点参数的方式，在保证获取报警信息及时准确的同时也能够对热网的运行工况进行监测； （3） 系统平台组建目前以监测10个热网中心的I/O点为标准，每个热网监控中心的数据点约300-400个，客户服务中心软件平台暂时以5000点为标准，并考虑今后的系统可扩展性可升级至25000点；（4） 多级监测，对各类故障、事故、参数超限提供报警。温度、压力、瞬时流量参数以设计值为标准设定值，报警级别设置为超过设定值的15%以内系统显示为高报，15%-30%以内为高高报，超过30%为高高高报；（5） 系统平台主机根据报警级别通过GSM短消息汇报的功能，及时将信息以短消息的方式发送到指定客户服务人员随身佩带的移动电话上，并联系热网监控中心提供在线技术服务；（6） 实时数据采集可采用两种方式，其一是从热网监控中心数据服务器中读取所有数据，其二是通过Internet直接读取热网所在地热用户端3G无线路由发送的实时数据。这两种方式互为备份，建议以第一种方式为主，第二种方式为辅；（7） WEB发布功能，可以通过电脑、PDA、手机等设备远程查看各热网的运行参数；（8） 设定多级操作权限，保障用户的数据安全及服务的及时有效；（9） 可为客户的热网监控中心提供数据备份的功能，如果客户监控中心数据出现丢失或损坏，客户服务中心的数据服务器可提供数据还原的功能，尤其是涉及到供热贸易结算的客户，可以为其挽回极大的经济损失；（10） 对实时数据、报警信息进行存储，数据每隔5分钟存入历史数据库，可随时调用、检索、查询、打印以供分析参考。（11） 所有热网运行的数据将提供给设计、研发及工程部门，为德威热网设计、产品开发、技术改造提供量化依据。b. 热网监控中心热网监控中心负责管理和调度供热网的运行以及对热力系统的监控，其功能包括运行状态监测、热用户端流量调节和控制、控制模式选择、改变设定值以及热网输送能力的调节等。如果有异常情况发生，可进行语音报警，提醒操作人员采取措施，防止事故发生。主机可自动生成各种报表，并设有值班检查功能和定时打印功能。热网监控中心控制室一般布置在热源点，由热电厂或能源站统一管理,为防止突然断电，特备1小时不间断电源供电，使系统运行更加安全可靠。主要功能：（1） 实时监测热网运行状态，运行参数的设定，运行分析以及调度热源，实现全网的供热均衡；（2） 将分布式光纤热网监测系统并入监控主机，实时监测整个热网的运行状况，对管道泄漏等突发状况实现自动报警。系统将温度、压力、瞬时流量参数以设计值为标准设定值，报警级别设置为超过设定值的15%以内系统显示为高报，15%-30%以内为高高报，超过30%为高高高报；每个报警等级对应有相应的操作保护方式；（3） 在线监测所有热网的运行工况和实时参数，包括热用户的供气压力、温度、瞬时流量、累计流量及热网分布式光纤监测系统中的热网实时运行参数；（4） 监控中心的软件系统平台不具备开发权限，将由德威提供升级、维护服务，暂时不开放接入端口，保证系统平台的标准化和稳定性；（5） 实时计量用户的流量，实现远程无线抄表计费功能，大量节省人力成本；（6） 通过互联网、 PDA 、短信、3G无线网络等，可以随时掌控系统的运行状态；（7） 提供对运行分析和参数预测所需的各种温度、压力和流量分配的图表，对同类参数进行分析比较，并通过软件测算管网的热损；（8） 当增减热负荷时，可调迅速整管网输送能力；（9） 提供计量数据的热备份功能，并采用多级操作权限管理制度保证数据的安全；（10） 显示工艺流程图画面及动态运行参数，根据用户权限管理的不同，可对现场进行远程控制和设定调整；（11） 形成日、周、月等多种报表格式，并对管网的重要参数汇总报表；（12） 收集数据信息建立和管理历史数据库。c. 分布式光纤热网监测报警系统建立分布式光纤热网监测报警系统是为了及时准确地监测热力管网在运行过程中出现的泄漏、压挖损伤等故障。将测温光缆沿热力管道敷设，通过利用光纤传感连续分布式感温的特点，实现光纤沿线上任何一点的温度测量，无测量盲区，同时分布式光纤传感器具有精度高、距离长、动态范围宽等优点，可以准确地测量在传感光纤区域内的温变和应变分布信息。当热力管道在运行过程中逐渐出现裂纹、变形、焊缝损坏等缺陷，进而演变成为漏气、漏水等事故时，管道外表面及附近的温度会发生变化，光纤传感器能及时捕获这些信息，并在温度分布曲线上显示出来，通过智能化的报警算法以及图形化的专业分析软件，可以分析并提取出异常点的位置及温度偏差，实现实时监测和报警功能。该系统的监控主机、相关激光设备、操作员平台等均布置在监控中心内。分布式光纤系统在热网监控中心内实现全网分布式监测，所有的监测点数据都可以再监控主机中显示，当出现报警信息时，显示报警点位置、参数及报警级别。在数据上传至德威客户服务中心时，只选择报警点报警信息及热网100个左右关键点的参数数据，这种方式可以合理有效地降低数据的处理量，使系统平台的硬件及软件配置优化，在保证服务效果的同时降低投入成本。分布式光纤热网监测报警系统由监控主机、相关激光设备、操作员平台及布置在管网中的测温光缆等组成，其主要功能：（1） 实时采集被监控区域温度值,形成实时数据库；（2） 探测系统实时监测，具有良好的响应特性；（3） 根据用户要求设置报警和预警温度值，实现超温报警，锁定报警区域所处的位置并做数据储存和打印；（4） 温度的实时监测；（5） 根据趋势曲线，提供管道异常的早期预警。d. 远程控制分站随着热网管理自动化程度的不断提高，如何合理有效地根据用户端的需求调配热源的供应量，成为集中供热工程发展的新要求。远程监控分站实现了热用户蒸汽流量的远程抄表计费以及用热量的远程调节等功能，并且能够根据用户供热参数的异常自动报警并进行紧急关断等。在本系统中，主要根据用户的实时用热需求量以及热力管网的综合供热能力，对用户端的电动调节阀设定阀门开度趋势图。控制中心监控主机将根据趋势图实时控制各热力入口电动调节阀的开度。既达到了热网的实时调配和节约能源的目的，又提高了劳动生产效率，节约了人力物力资源。主要功能：（1） 现场数据采集、数据处理、数据显示、流量累计计算。可对温度、压力、流量、热负荷变化等参数实现就地监控；（2） 远程采集各用户流量计参数，实现远程抄表计费功能。当热用户充值用量不足时，监控中心将给远程控制分站下达余额不足的通知，防止热用户因充值不及时造成系统供气中断而引起不必要的经济损失；（3） 反馈阀门的开关状态、开度以及电动执行器的运行参数；（4） 接收热网监控中心开关阀门的指令。用户远程无线抄表计费系统是利用当代微机技术、数字通讯技术与户用仪表计量技术完满结合，集计量、数据采集、处理于一体，将各用户热信息加以综合处理的系统，充分体现了智能化快捷、高效、安全和方便的优点。系统示意图为：第三章 系统硬件及软件配置3.1 系统平台的硬件配置在SCA