城集中供热网自控和信息化技术白皮书-崔耀华

1、.城市集中供热网自控及信息化技术白皮书版本号：V1.1同方股份有限公司数字城市科技公司二零零七年四月.目录TOC o 1-4 h z uHYPERLINK l _Toc164571427前言 PAGEREF _Toc164571427 h 4HYPERLINK l _Toc164571428方案构架图 PAGEREF _Toc164571428 h 6HYPERLINK l _Toc164571429第一章自控系统结构 PAGEREF _Toc164571429 h 7HYPERLINK l _Toc1645714301.1典型网络结构 PAGEREF _Toc164571430 h 7HYP

2、ERLINK l _Toc164571431中控室硬件配置 PAGEREF _Toc164571431 h 8HYPERLINK l _Toc1645714321.1.2 通讯网络 PAGEREF _Toc164571432 h 9HYPERLINK l _Toc1645714331.1.3 热力站 PAGEREF _Toc164571433 h 12HYPERLINK l _Toc1645714341.2软件结构 PAGEREF _Toc164571434 h 13HYPERLINK l _Toc164571435中控室部分的软件 PAGEREF _Toc164571435 h 13HYPE

3、RLINK l _Toc164571436通讯管理软件 PAGEREF _Toc164571436 h 14HYPERLINK l _Toc164571437热力站的软件 PAGEREF _Toc164571437 h 15HYPERLINK l _Toc164571438第二章上位机软件 PAGEREF _Toc164571438 h 16HYPERLINK l _Toc1645714392.1组态软件 PAGEREF _Toc164571439 h 16HYPERLINK l _Toc164571440工程管理器 PAGEREF _Toc164571440 h 17HYPERLINK l

4、_Toc164571441工程浏览器 PAGEREF _Toc164571441 h 17HYPERLINK l _Toc164571442设备管理与驱动程序 PAGEREF _Toc164571442 h 17HYPERLINK l _Toc1645714432.1.4 实时数据库 PAGEREF _Toc164571443 h 17HYPERLINK l _Toc164571444画面开发系统 PAGEREF _Toc164571444 h 18HYPERLINK l _Toc164571445报警和事件 PAGEREF _Toc164571445 h 18HYPERLINK l _Toc

5、1645714462.1.7 趋势曲线 PAGEREF _Toc164571446 h 18HYPERLINK l _Toc164571447控件 PAGEREF _Toc164571447 h 18HYPERLINK l _Toc164571448报表系统 PAGEREF _Toc164571448 h 19HYPERLINK l _Toc164571449与数据库连接 PAGEREF _Toc164571449 h 19HYPERLINK l _Toc164571450网络连接 PAGEREF _Toc164571450 h 19HYPERLINK l _Toc1645714512.1.1

6、2 用户管理与系统安全 PAGEREF _Toc164571451 h 20HYPERLINK l _Toc1645714522.1.13 Web功能 PAGEREF _Toc164571452 h 21HYPERLINK l _Toc164571453软件接口 PAGEREF _Toc164571453 h 22HYPERLINK l _Toc1645714542.2数据库系统 PAGEREF _Toc164571454 h 22HYPERLINK l _Toc1645714552.3其它软件 PAGEREF _Toc164571455 h 23HYPERLINK l _Toc1645714

7、56热网全网平衡软件 PAGEREF _Toc164571456 h 23HYPERLINK l _Toc164571457水力计算软件 PAGEREF _Toc164571457 h 23HYPERLINK l _Toc164571458企业信息化软件 PAGEREF _Toc164571458 h 23HYPERLINK l _Toc164571459第三章通讯网络 PAGEREF _Toc164571459 h 24HYPERLINK l _Toc1645714603.1局域网 PAGEREF _Toc164571460 h 24HYPERLINK l _Toc164571461系统结构

8、 PAGEREF _Toc164571461 h 24HYPERLINK l _Toc164571462网络设备及配置要求 PAGEREF _Toc164571462 h 25HYPERLINK l _Toc164571463网络安全 PAGEREF _Toc164571463 h 25HYPERLINK l _Toc1645714643.2电话拨号 PAGEREF _Toc164571464 h 25HYPERLINK l _Toc164571465系统结构 PAGEREF _Toc164571465 h 25HYPERLINK l _Toc164571466网络设备及配置要求 PAGERE

9、F _Toc164571466 h 26HYPERLINK l _Toc164571467网络安全 PAGEREF _Toc164571467 h 27HYPERLINK l _Toc1645714683.3 GPRS及CDMA 1X PAGEREF _Toc164571468 h 27HYPERLINK l _Toc164571469系统结构 PAGEREF _Toc164571469 h 27HYPERLINK l _Toc164571470网络设备及配置要求 PAGEREF _Toc164571470 h 28HYPERLINK l _Toc1645714713.3.3网络安全 PAGE

10、REF _Toc164571471 h 29HYPERLINK l _Toc1645714723.4 ADSL及VPN PAGEREF _Toc164571472 h 29HYPERLINK l _Toc164571473系统结构 PAGEREF _Toc164571473 h 30HYPERLINK l _Toc164571474网络设备及配置要求 PAGEREF _Toc164571474 h 31HYPERLINK l _Toc164571475网络安全 PAGEREF _Toc164571475 h 32HYPERLINK l _Toc164571476第四章典型系统及控制方法 PAG

11、EREF _Toc164571476 h 33HYPERLINK l _Toc1645714774.1 直连系统 PAGEREF _Toc164571477 h 33HYPERLINK l _Toc1645714784.2 间连系统 PAGEREF _Toc164571478 h 34HYPERLINK l _Toc1645714794.3 混水系统 PAGEREF _Toc164571479 h 35HYPERLINK l _Toc1645714804.4 蒸汽系统 PAGEREF _Toc164571480 h 37HYPERLINK l _Toc1645714814.5 分布式变频泵系统

12、 PAGEREF _Toc164571481 h 39HYPERLINK l _Toc1645714824.6 换热首站 PAGEREF _Toc164571482 h 40HYPERLINK l _Toc164571483第五章自主研发专业控制软件热网全网平衡软件 PAGEREF _Toc164571483 h 41HYPERLINK l _Toc1645714845.1软件权限的管理功能 PAGEREF _Toc164571484 h 42HYPERLINK l _Toc1645714855.2控制参数修改的权限管理功能 PAGEREF _Toc164571485 h 42HYPERLIN

13、K l _Toc1645714865.3全网平衡功能 PAGEREF _Toc164571486 h 43HYPERLINK l _Toc1645714875.4一次网阀的时间表控制模式 PAGEREF _Toc164571487 h 44HYPERLINK l _Toc1645714885.5二次网变频循环泵的控制功能 PAGEREF _Toc164571488 h 44HYPERLINK l _Toc1645714895.6控制效果的评价功能 PAGEREF _Toc164571489 h 45HYPERLINK l _Toc1645714905.7负荷预测功能 PAGEREF _Toc1

14、64571490 h 46HYPERLINK l _Toc1645714915.8无扰切换功能 PAGEREF _Toc164571491 h 47HYPERLINK l _Toc1645714925.9效果排行功能 PAGEREF _Toc164571492 h 47HYPERLINK l _Toc1645714935.10控制方式选择功能 PAGEREF _Toc164571493 h 47HYPERLINK l _Toc164571494第六章城市集中供热企业信息化解决方案 PAGEREF _Toc164571494 h 48HYPERLINK l _Toc1645714956.1 ez

15、ONE业务基础平台 PAGEREF _Toc164571495 h 48HYPERLINK l _Toc1645714966.2 ezONE技术优势 PAGEREF _Toc164571496 h 49HYPERLINK l _Toc1645714976.3 ezPHS城市集中供热监控管理套件 PAGEREF _Toc164571497 h 50HYPERLINK l _Toc164571498系统配置管理 PAGEREF _Toc164571498 h 50HYPERLINK l _Toc164571499实时监控管理 PAGEREF _Toc164571499 h 52HYPERLINK

16、l _Toc164571500报警管理 PAGEREF _Toc164571500 h 53HYPERLINK l _Toc164571501历史数据分析 PAGEREF _Toc164571501 h 53HYPERLINK l _Toc164571502报表管理 PAGEREF _Toc164571502 h 54HYPERLINK l _Toc1645715036.4 ezHFS供热收费管理套件 PAGEREF _Toc164571503 h 54HYPERLINK l _Toc164571504核心技术 PAGEREF _Toc164571504 h 55HYPERLINK l _To

17、c164571505权限管理 PAGEREF _Toc164571505 h 57HYPERLINK l _Toc164571506供热收费管理 PAGEREF _Toc164571506 h 59HYPERLINK l _Toc164571507缴费录入 PAGEREF _Toc164571507 h 61HYPERLINK l _Toc164571508减免录入 PAGEREF _Toc164571508 h 63HYPERLINK l _Toc164571509操作记录 PAGEREF _Toc164571509 h 64HYPERLINK l _Toc164571510定制查询 PAG

18、EREF _Toc164571510 h 65HYPERLINK l _Toc164571511定制报表 PAGEREF _Toc164571511 h 66HYPERLINK l _Toc1645715126.5 地理信息系统 PAGEREF _Toc164571512 h 67HYPERLINK l _Toc164571513系统概述 PAGEREF _Toc164571513 h 67HYPERLINK l _Toc1645715146.5.2 地图管理子系统 PAGEREF _Toc164571514 h 67HYPERLINK l _Toc164571515地图数据管理 PAGERE

19、F _Toc164571515 h 67HYPERLINK l _Toc164571516地形图的录入、修改和更新功能 PAGEREF _Toc164571516 h 68HYPERLINK l _Toc164571517调图与定位模块 PAGEREF _Toc164571517 h 68HYPERLINK l _Toc164571518查询统计检索模块 PAGEREF _Toc164571518 h 68HYPERLINK l _Toc164571519显示管网设施过滤 PAGEREF _Toc164571519 h 69HYPERLINK l _Toc164571520测量与动态标注 PA

20、GEREF _Toc164571520 h 69HYPERLINK l _Toc164571521图档管理模块 PAGEREF _Toc164571521 h 70HYPERLINK l _Toc164571522数据转换模块 PAGEREF _Toc164571522 h 70HYPERLINK l _Toc164571523符号库管理与定制 PAGEREF _Toc164571523 h 70HYPERLINK l _Toc164571524管网设施管理子系统 PAGEREF _Toc164571524 h 70HYPERLINK l _Toc164571525管网设施查询管理 PAGER

21、EF _Toc164571525 h 70HYPERLINK l _Toc164571526管网设施统计管理 PAGEREF _Toc164571526 h 72HYPERLINK l _Toc1645715276.5.3 WEBGIS管网地理信息发布系统 PAGEREF _Toc164571527 h 73HYPERLINK l _Toc164571528视图操作 PAGEREF _Toc164571528 h 73HYPERLINK l _Toc164571529定位 PAGEREF _Toc164571529 h 74HYPERLINK l _Toc164571530查询 PAGEREF

22、 _Toc164571530 h 74HYPERLINK l _Toc164571531显示过滤 PAGEREF _Toc164571531 h 74HYPERLINK l _Toc164571532第七章自主研发专业软件水力计算软件HACNet PAGEREF _Toc164571532 h 74HYPERLINK l _Toc1645715337.1 HACNet的主要功能 PAGEREF _Toc164571533 h 74HYPERLINK l _Toc1645715347.2 HACNet的主要特点 PAGEREF _Toc164571534 h 75HYPERLINK l _Toc

23、164571535友好的用户界面 PAGEREF _Toc164571535 h 75HYPERLINK l _Toc164571536灵活的调节手段 PAGEREF _Toc164571536 h 76HYPERLINK l _Toc1645715377.2.3 直观而完备的输出显示 PAGEREF _Toc164571537 h 76HYPERLINK l _Toc164571538单线制和双线制 PAGEREF _Toc164571538 h 76HYPERLINK l _Toc1645715397.3 HACNet的主要结构 PAGEREF _Toc164571539 h 76HYPE

24、RLINK l _Toc164571540第八章典型业绩介绍 PAGEREF _Toc164571540 h 77HYPERLINK l _Toc1645715418.1沈海热网 PAGEREF _Toc164571541 h 77HYPERLINK l _Toc1645715428.2XX开发区热网 PAGEREF _Toc164571542 h 78HYPERLINK l _Toc1645715438.3清华大学热网 PAGEREF _Toc164571543 h 78HYPERLINK l _Toc1645715448.4XX二电热网 PAGEREF _Toc164571544 h 79

25、HYPERLINK l _Toc1645715458.5XX城南热网 PAGEREF _Toc164571545 h 79HYPERLINK l _Toc1645715468.6XX西山煤电热网 PAGEREF _Toc164571546 h 79HYPERLINK l _Toc1645715478.7XX市区热网 PAGEREF _Toc164571547 h 80HYPERLINK l _Toc1645715488.8白山热网 PAGEREF _Toc164571548 h 80HYPERLINK l _Toc1645715498.9XX热网 PAGEREF _Toc164571549 h

26、 80HYPERLINK l _Toc1645715508.10荣城热网 PAGEREF _Toc164571550 h 81HYPERLINK l _Toc1645715518.11XX热网 PAGEREF _Toc164571551 h 81HYPERLINK l _Toc1645715528.12同煤集团热网 PAGEREF _Toc164571552 h 82前言城市集中供热是一种较好的供热方式,具有舒适、节能、环保、安全等特点。近年来,随着国家相关政策的出台,城市建筑的采暖方式越来越多的采用集中供热的方式解决。由于城市规模的不断扩大,城市集中供热网覆盖的范围越来越大,换热站的数量越来

27、越多,供热面积越来越大。换热站的数量从十来个到上百个不等,供热面积从几十万平方米到上千万平方米不等。同方股份有限公司在背靠清华大学的情况下,从上个世纪八十年代末开始致力于城市集中供热自控技术的技术探索和具体工程项目的实施。经过近二十年上百个项目工程经验的积累,形成一套完整的、具有实际操作性的、适合中国国情的、为用户着想的城市集中供热网自控及信息化技术实施解决方案。其解决方案具有如下几个特点：一、工艺和控制的完美结合。控制只是对工艺的具体实现,一个自控系统能否完全满足用户的需求,关键在于是否完全彻底地掌握了系统的工艺。同方股份有限公司储备有大量的暖通空调专业的技术人员,他们为每个项目提供具体的工

28、艺方案。同时,我们也有大量的自动化方面的专业技术人员,他们可以保证把具体的工艺方案程序化。在过去近二十年的工程实施中,我们涉及到的具体系统包括：直连型系统、间连型系统、混水型系统、蒸汽换热系统、分布式变频泵系统、换热首站、区域锅炉房等。二、多种通讯解决方案。通讯系统是控制系统中的桥梁,通讯系统解决方案的好坏,直接影响到自控系统内不同设备之间的数据交换,对自控系统的完整性起决定性的作用。同时也影响到系统运行时维护的难易程度、运行费用等方面。通讯方案的选择也随相关技术的发展而不断地发展。通讯方式从早期相对来说比较经济的电流环、X.25方式发展到目前的局域网、电话拨号、GPRS、CDMA 1X、AD

29、SL及VPN等。本文对目前比较通用的几种通讯方式从技术、费用等方面进行了比较,可为用户根据当地的实际情况选用合适的解决方案提供参考依据。三、彻底解决热网水平水力失调控制方法的提出和其在具体项目的广泛应用。同方股份有限公司根据近二十年的工程经验,结合国内城市集中供热网的运行特点,在清华大学教授的指导下,提出了适合国内城市集中供热网的控制方法热网全网平衡控制方法。此控制方法可以很好的解决热网普遍存在的水平水力失调的问题。通过此控制方法在具体项目中的应用,解决了许多热网长年存在的冷热不均的问题,大大的提高了供热质量。同时,在热源运行及外部环境相同的情况下,通过上述控制方法在工程中的使用,比采用传统的

30、控制方法所覆盖的供热面积增加,达到了节能的目的,为供热企业带来很好的经济效益和社会效益。四、设计阶段的管网分析。供热模拟计算的理论是较为成熟的,目前国内的设计研究单位所使用的大部分计算程序在实际工程中经检验也是切实可行的,但是这些计算程序的使用者普遍认为这些程序难于使用,在处理实际工程问题时存在许多不便之处,主要表现在以下几个方面：用户界面不好、程序的灵活性不好等。供热系统水力计算软件HACNet是由清华大学建筑学院和同方股份有限公司经多年潜心开发,最新推出的用于供热系统水力模拟及动态调节仿真的软件包,程序全部采用图形化输入输出,用户界面友好,使用简洁方便,核心计算程序依据流体网络理论,可精确

31、求解任意结构的水力网络包括同程系统、异程系统及环形网络等,程序经过严格测试,计算准确、可靠。五、控制系统和企业信息化的结合。随国家信息化相关政策的推出,近年来,供热企业信息化的需求越来越多。我公司在致力于供热企业信息化的同时,将控制系统和信息化系统进行结合,为用户提供更加全面、完善的服务。目前我们提供控制系统数据的网络发布系统,实现数据的远程共享。提供供热企业的收费系统,通过收费系统可以实现基础信息管理、用户变更、个人缴费、集体缴费、打印发票、查询定制、报表管理等功能,并能根据客户要求,实现银行代收热费、交费记录导入财务软件等功能。通过此收费系统可以提高企业收费的电子化、快速化和经济化等。同时

32、为供热企业提供GIS系统。方案构架图 同方股份有限公司根据城市集中供热控制系统特点、供热企业运营的特点及业主未来的需求等方面提出了城市集中供热网自控及信息化技术的解决方案白皮书,该解决方案的构架图如下。该解决方案从下到上包括现场层、通讯层、控制系统监控中心层、企业信息化层等。用户可以根据自身的特点及需求构造成不同的解决方案。每层的具体技术方案请参见以下的各章节。第一章 自控系统结构城市集中供热网的自控系统分为硬件部分和软件部分。本章将概要的描述上述两个部分。相比较其它行业的自控系统而言,城市集中供热网的自控系统具有其自身的一些显著特点,其主要为如下几点：热惯性大,滞后大。热网系统是一个大滞后的

33、系统,采用常规的控制方法很难保证系统的正常稳定运行。系统的自动调节不仅与当前的数据有关,而且与历史的数据有关。热力站之间的耦合性强。热网系统是一闭式系统,系统各个部分是相互关联的,某一热力站运行参数的变化,会引起相邻热力站的运行状况,甚至会引起整个系统的运行状态的变化。城市集中供热网涉及的区域广,分散性大。系统的扰动因素多。如热源运行状态的变化、外界环境的变化室外温度、风力等等。同方股份有限公司根据其近二十年上百个此类项目的工程经验,同时在清华大学强大的支持下,形成了一套完整的城市集中供热网自控及信息化的解决方案。1.1典型网络结构典型网络结构如下图所示,从图中看出整个系统可分为三个部分：=

34、1 * GB3 中央控制室= 2 * GB3 通讯网络= 3 * GB3 热力站1.1.1中控室硬件配置IO服务器IO服务器负责与现场控制器通讯,交换数据信息。与服务器配套的网络设备的具体配置根据通讯网络的具体方案而定。若对实时数据采集稳定性要求较高的系统可配置多台IO服务器以冗余或热备的方式使用。历史数据服务器用于存储现场采集到的实时数据,形成热网的历史数据保存,历史数据可以用于分析热网的历史运行状况及故障的追索等功能。对历史数据备份要求高的系统,可配置多台历史数据服务器以冗余或热备的方式使用。Web服务器用于企业级网页发布。可以将系统的相关数据向广域网或企业内部的局域网进行发布,方便企业管

35、理者通过网络的形式了解系统的运行情况,为管理者提供现代化的管理手段。工程师站用于项目实施过程中的开发和项目的后期维护工作,在工程师站中通常配置组态软件的开发版等相关软件,为系统的使用者提供系统的修改维护平台。操作员站在操作员站中配置组态软件的运行版本,为运行调度人员提供人机界面和实时及历史数据报表,并负责与IO服务器、历史数据服务器交换数据。通过相关的界面操作,操作人员可以对系统进行控制和管理。在一个大型系统中,可以配置多台操作员站以满足系统运行的需求。大屏幕大屏幕可以是传统的马赛克大屏幕系统,也可以是技术先进的背投系统。通过此系统,操作员可以很好的了解热网运行的全貌。同时,可以为企业的来访者

36、提供系统介绍、企业介绍的平台。上述中控室的硬件配置只是典型系统的配置方案,在具体项目实施时,可以根据项目的具体情况进行系统配置的增减或服务器的合并运行。通讯网络通讯网络作为连接中控室与现场控制器的通讯链路,其在设计中的合理性与运行中的稳定性对整个系统的可靠性起着至关重要的作用。通讯网络的硬件设备包括网络通讯电缆及相应硬件设备,如调制解调器、路由器等。如前文中提到的集中供热网的几个特点中所述,城市集中供热网涉及的区域广、分散性大这一特点对构建自控系统通讯网络的提出了很高的技术要求。在多年以前,由于公共网络的申请和使用成本相对来说比较高,故基本上采用的通讯网络都是由供热企业自行组建通讯网路,如电流

37、环的通讯方式等。随通讯技术的不断发展及公共通讯网络相对低廉的运行费用的出现,目前解决通讯的最好方法是采用公共的通讯网路。采用这种方式可以得到更好的通讯质量、更高的通讯速率,可以同时兼顾数据、视频等方面的功能。目前清华同方在城市集中供热网项目中主要使用的通讯网络及简要特点如下文所述：局域网最为稳定的通讯形式,多用于区域面积较小,方便敷设通讯线缆的供热系统。初期成本高,需要自己敷设通讯电缆,后期维护费用较高,数据实时性高,运营成本低,若单独构建私有专网络则不存在安全问题。同时现场控制器系统需要支持IP协议,并带有相应网络接口。电话拨号用于区域面积较大,不方便自行敷设通讯线缆的场合。该通讯方式利用电

38、话网络实现数据的交换,通讯电缆的敷设与维护工作由提供商负责,因此初期成本和维护费用低。由于需要向网络提供商交纳相应数额的使用费用,且价格因各地收费标准不一,所以运营成本在此不作过多评述,但总体来讲运营成本适中。通讯方式可以分为轮询拨号、点对点拨号和专线方式等。轮询拨号是对各个热力站轮流拨号,与某一个热力站通讯完毕后即断掉链路并与下一个热力站通讯。这样中控室中的一条电话线在同一时间内只能与一个热力站通讯,实时性较差,因此不推荐采用。点对点拨号与专线方式可保证每个热力站实时在线,实时性较轮询拨号高。但对应每个热力站需要配置一对调制解调器和两条电话线中控室和热力站各一个调制解调器和一条电话线,因此初

39、期投资与运营成本比轮询拨号方式高。现场控制器需要连接调制解调器,因此必须配有RS232串行通讯口。中控室端需要配置一台或多台调制解调器,具体台数根据换热站的个数决定。为了便于设备的维护、调试及美观,我们推荐在中控室采用机架调制解调器的解决方案。GPRS及CDMA 1X无线通讯网路,适用于区域面积大,无法敷设通讯线缆的集中供热系统。该通讯方式利用移动电话网络的数据通道进行数据交换,该网络通常由移动或网通等通讯提供商负责建造和维护,初期投资费用低,每个热力站需要配备无线网络接入设备,中控室端需要具备公网固定IP地址或固定域名。我公司推荐使用带公网固定IP地址的光纤接入方式。该通讯方式需要向网络接入

40、商交纳相关费用,运营费用较高。无线网络的信号较容易受到外部干扰,且通信质量与当地网络信号强弱有关,因此该通讯方式稳定性较差。目前GPRS和CDMA1X的网络带宽有限,网络本身不保证数据的网络延时,实时性较差。中控室端具备的公网固定IP或固定域名使得IO服务器直接暴露于Internet上,存在安全问题,因此需要配备企业级防火墙。安全问题也可通过网络运营商提供的私有网络服务解决,这样可以使供热系统的网络与公网完全隔离,避免外部的攻击,也节省了防火墙等网络设备的投资。ADSL与VPN适用于区域面积大,不方便自行敷设通讯线缆的集中供热系统。该通讯方式利用公用电话网络的数据通道实现数据的交换,通讯网络的

41、敷设与维护工作多由网络提供商负责,因此初期成本和维护费用较低。由于需要向网络提供商交纳相应数额的使用费用,且价格因各地收费标准不一,所以运营成本在此不作过多评述,但总体来讲运营成本适中。对于热网自控系统的应用来讲ADSL网络带宽大,因此采用这种通讯方式的热网系统的实时性较高,由于高带宽的网络的提供,同时可搭载小流量的视频监控系统。ADSL网络方案基于IP协议,因此与局域网通讯方式相同,现场控制器需要支持IP协议,并带有相应网络接口。同时在中控室端推荐采用高带宽的网络接入方式,如光缆等。各个热力站通过ADSL调制解调器接入Internet,因此只能得到动态公网IP地址,若要得到固定私网IP地址需

42、要使用VPN路由器搭建VPN网络,实现局域网设备的稳定通讯,也可由接入商提供私网服务以实现此功能应用。由VPN路由器构造的虚拟局域网通常采用IPSec协议,该协议中的密钥管理协议IKE 提供安全可靠的算法和密钥协商,从而保证了网络的安全性。上文中简要列举了几种典型的通讯网络,然而每个城市集中供热系统各有其特点,根据自身特点及客观条件选择合适的通讯网络对今后系统的稳定运行起着相当重要的作用。综合上文所述,下表列出了几种通讯网络的性能。初期成本运行成本维护费用实时性安全性稳定性网络接口区域面积局域网高低较高高高高以太网小电话拨号低适中低较低较高较低串行大GPRS及CDMA 1X低较高低低较低低串行

43、大ADSL较低适中低高高高以太网大由于热网区域面积大,各个热力站现场条件不同,从而所采用的接入方式也有所区别,所以同一热网自控系统中可能存在多种通讯网络。此外可采取双网冗余等手段提高网络的可靠性。关于通讯网络的详细叙述请参见本文的相关章节。注：以上所提及的通讯网络均不可用于构建真正的实时系统,但对于热网控制需求来讲已经足够,所谓实时性高低是相比较而言。热力站热力站中的硬件设备可分为两部分：一部分是负责测量参数和执行动作的传感器与执行器等,另一部分则是负责现场逻辑运算与信息交换的现场控制器及网络设备。传感器包括温度传感器、压力传感器、流量计、液位计等设备。这些设备是负责测量现场实时参数的一次元件

44、,输出工业标准模拟信号,并通过信号电缆与控制器的输入端口相连接。传感器实现现场信号采集的基础元件。此外传感器中也包括一些如智能流量计等的二次仪表,这些智能仪表可通过通讯网络输出数字信号供现场控制器采集。这些传感器应根据工艺要求满足相应精度与防护等级的要求。执行器包括阀门、变频器等设备,这些设备是热网控制系统的执行机构。通常该类设备接收由控制器发出的命令信号,执行相应动作开阀、关阀等,同时有些设备也能够通过输出口反馈当前的状态信息。与传感器相同,执行器也应根据工艺要求满足相应精度与防护等级的要求。现场控制器最基本的功能是负责现场实时参数的采集,并根据控制逻辑操纵执行机构调节自动控制系统的运行状态

45、。此外,控制器通过网路设备完成与IO服务器的数据交换工作。控制器种类繁多,在设备选型时应本着即要满足功能和今后扩充的要求又要物尽其能的原则,避免一味追求高性能而带来的资金浪费。热力站的控制方案请参见相关章节。1.2软件结构软件在自动控制系统中的作用极为重要,它提供许多方面的系统功能,例如人机界面、历史数据的组织存储乃至控制方案的实现等。这些软件以功能模块的形式划分,本节中只对各个软件功能模块做简要功能介绍,详细叙述请参见相关章节。软件功能的实现需要以硬件设备作为平台,硬件的具体结构确定了软件结构的划分。热网控制系统软件功能的各个模块也可分为三大部分,即中控室部分、通讯网络部分和热力站部分。1.

46、2.1中控室部分的软件中控室部分的软件也成为上位机软件,如下图所示上位机软件可划分为如下几个功能模块。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

47、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水力失调问题。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。1.2.2通讯管理软件通讯管理软件负责完成系统中设备之间的数据交换工作,其主要功能如下图所示：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。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

48、上位机,有些则以控制系统驱动程序的方式出现,还有些则运行于热力站的现场控制器中。1.2.3热力站的软件热力站的软件主要存储于现场控制器中,包括如下几个功能模块,如下图所示,其主要功能如下：现场控制逻辑：实现控制逻辑的软件模块；人机界面：用于现场显示和操作的人机界面；现场报警：提供报警功能,根据报警条件判断并产生正确的报警事件；接口软件：用于非本系统智能设备的接入。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。第二章 上位机软件上位机软件是指运行于中控室端的各个功能软件模块,主要包括工业组态软件、数据库系统和其它软件等。在第一章中通讯管理

49、软件与上位机软件从功能上被分为两部分,但在实际的热网控制系统中这两部分功能的软件密不可分。尤其是运行在上位机的通讯管理软件可能是组态软件的一部分,也可能是单独运行的应用程序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。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。2.1组态软件组态软件包含多个功能模块,各功能模块相互独立也相互联系。在下文将详细介绍热网控制系统中的几个基本软件模

50、块的功能。这些软件模块可分为两大类即开发系统和运行系统。开发系统工程管理器：负责计算机内的所有应用工程的统一管理环境,具有管理功能,可用于新工程的创建及删除,并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复,实现数据词典的导入和导出等功能。工程浏览器：应用工程的设计管理配置环境,进行应用工程的程序语言的设计、变量定义管理、连接设备的配置、开放式接口的配置、系统参数的配置、WEB发布管理、第三方数据库的管理等。画面开发系统：应用工程的开发环境。工程师需要在这个环境中完成画面设计、动画连接、程序编写等工作。该系统应具有先进完善的图形生成功能；数据词典库提供多种数据类型,能合理地提取控制对象的特性；对变量报警

51、、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能进行简捷的操作。运行系统运行系统是组态软件的实时运行环境,在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在运行系统中运行才能实时反应现场的运行情况。运行系统负责从控制设备中采集数据,并存于实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来,同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视、存储功能,并按实际需求记录到历史数据库中。工程管理器对于系统集成商和用户来说,一个系统开发人员可能保存有很多个工程文件,对于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的事情。工程管理器的主要作用就是为用户集中管理本机上的所有工程文件。工程管理器的主要功

52、能包括：新建、删除工程,对工程重命名,搜索指定路径下的所有工程,修改工程属性,工程的备份、恢复、数据词典的导入导出,切换到开发或运行环境等。2.1.2工程浏览器工程浏览器是组态软件的开发环境。在这里您可以管理工程的各个组成部分包括Web、文件、数据库、设备、系统配置、SQL访问管理器等。设备管理与驱动程序组态软件把需要与之交换数据的硬件设备或软件程序都作为外部设备使用。外部设备包括PLC、仪表、模块、板卡、变频器等。按照通信方式可以分为：串行通信232/422/485、以太网、专用通信卡等。只有在定义了外部设备之后,运行系统才能通过I/O变量和它们交换数据。而完成交换数据功能的软件模块称为驱动

53、程序。2.1.4实时数据库数据库是组态软件最核心的部分。在运行系统运行时,现场的设备状态及相关参数要以动画的形式反映在屏幕上,操作员在计算机前发布的指令也要迅速送达现场,所有这一切都是以实时数据库为中心环节,所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。数据库中变量的集合形象地称为数据词典,数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。2.1.5画面开发系统画面开发系统主要分为两部分功能动画连接：动画连接就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。命令语言：工程人员可以利用其来增强应用程序的灵活性,用户只要按规范编写程序段即可,它包括：应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言

54、、自定义函数命令语言和画面命令语言等。2.1.6报警和事件报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过这些报警和事件用户可以方便地记录和查看系统的报警和各个工作站的运行情况。当报警和事件发生时,在报警窗中会按照设置的过滤条件实时地显示出来。为了分类显示产生的报警和事件,可以把报警和事件划分到不同的报警组中,在指定的报警窗口中显示报警和事件信息。2.1.7趋势曲线趋势曲线用来反应变量随时间的变化情况。趋势曲线有两种：实时趋势曲线和历史趋势曲线。这两种曲线外形都类似于坐标纸,X轴代表时间,Y轴代表变量的量程百分比。所不同的是,在您的画面程序运行时,实时趋势曲线随时间变化

55、自动卷动,以快速反应变量的新变化,但是时间轴不能回卷,不能查阅变量的历史数据；历史趋势曲线可以完成历史数据的查看工作,但它不会自动卷动如果实际需要自动卷动可以通过命令语言编程实现,需要通过带有命令语言的功能按钮来辅助实现查阅功能。在同一个实时趋势曲线窗口中可同时显示多个个变量的变化情况。2.1.8控件控件可以作为一个相对独立的程序单位被其他应用程序重复调用。控件的接口是标准的,凡是满足这些接口条件的控件,包括第三方软件供应商开发的控件,都可以被组态软件直接调用。组态软件中提供的控件在外观上类似于组合图素,工程人员只需把它放在画面上,然后配置控件的属性进行相应的函数连接,控件就能完成其复杂的功能

56、。2.1.9报表系统数据报表是反应生产过程中的过程数据、运行状态等,并对数据进行记录、统计的一种重要工具,是生产过程必不可少的一个重要环节。它既能反应系统实时的生产情况又能对长期的生产过程数据进行统计、分析,使管理人员能够掌握和分析生产过程情况。组态软件提供内嵌式报表系统,工程人员可以任意设置报表格式,对报表进行组态。组态软件可为工程人员提供了丰富的报表函数,实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表又可以制作历史报表。另外,工程人员还可以制作各种报表模板,实现多次使用,以免重复工作。2.1.10与数据库连接组态软件的数据库访问功能实现组态软件和其他外部数据库通过ODBC

57、访问接口之间的数据传输。它包括数据库访问管理器和相关的SQL函数。数据库访问管理器用来建立数据库字段和组态软件变量之间的联系,包括表格模板和记录体两部分。通过表格模板在数据库表中建立相应的表格；通过记录体建立数据库字段和组态软件之间的联系。同时允许通过记录体直接操作数据库中的数据。2.2.11网络连接组态软件的网络结构是真正的客户/服务器模式,客户机和服务器同时运行组态软件最好是相同版本的。在配置网络时要绑定TCP/IP协议,即PC机必须首先是某个局域网上的站点并启动该网。网络结构如下图所示：IOIO服务器登录服务器校时服务器客户端报警服务器历史记录服务器图2-1IO服务器：负责进行数据采集的

58、站点。如果某个站点虽然连接了设备,但没有定义其为IO服务器,那么这个站点采集的数据不向网络上发布。IO服务器可以按照需要设置为一个或多个。报警服务器：存储报警信息的站点。系统运行时,IO服务器上产生的报警信息将会传输到指定的报警服务器上,经报警服务器验证后,产生和记录报警信息。历史记录服务器：存储历史数据的站点。系统运行时,IO服务器上需要存储的历史数据将会传输到指定的历史记录服务器上保存起来。登录服务器：登录服务器负责网络中用户登录的校验。在网络中只可以配置一个登录服务器。校时服务器：统一网络上各个站点的系统时间。客户端：某个站点被指定为客户后可以访问其指定的服务器。一个站点被定义为服务器的

59、同时,也可以被指定为其它服务器的客户如一台机器被指定为校时服务器的同时也可指定为IO服务器的客户。2.1.12用户管理与系统安全在组态软件中,为了保证运行系统的安全运行,对画面上的图形对象设置了访问权限,同时给操作者分配了访问优先级和安全区,只有操作者的优先级大于对象的优先级且操作者的安全区在对象的安全区内时才可访问,否则不能访问画面中的图形对象。此外系统管理员可根据需要添加、删除和修改用户账号及权限属性。为了防止其他人员对工程进行修改,在组态软件开发系统中可以对工程进行加密,当打开加密工程时必须输入正确密码后才能打开工程,从而保护了工程开发者的权益。2.1.13Web功能组态软件可提供了In

60、ternet/Intranet浏览功能,Web功能采用B/S结构,客户可以随时随地通过Internet/Intranet网络实现画面的远程监控,而远程客户端需要安装Microsoft Internet Explore 5.0以上或者Netscape 3.5以上的浏览器以及JRE插件即可。如下图所示：内部网TCP/IP领导办公室领导办公室中控室中控室锅炉房在世界各个角落连接到万维网的PCInternet锅炉房在家里Web内部网TCP/IP领导办公室领导办公室中控室中控室锅炉房在世界各个角落连接到万维网的PCInternet锅炉房在家里支持多画面集成显示,实现运行系统图形相一致的显示效果；支持动画