无人值守换热站系统

一、 综述
随着国家大力提倡城镇集中供热，各地供热公司新建换热站大多都是无人值守换热站，同时对老的换热站的改造也在向无人值守换热站靠拢。我公司*的Navarch型无人值守换热站监控系统集现代计算机技术、自动控制技术、通讯技术及测控技术于一体，并针对供热系统热源、管网、终端用户三个部分，提出三个主要环节的信息化管理平台，实现了热源控制一体化、管网监控智能化、终端用户信息化。
  
无人值守换热站监控系统可对热网的温度、压力、流量、开关量等进行信号采集测量、控制、远传，实时监控一次网、二次网温度、压力、流量，循环泵、补水泵运行状态，及水箱液位等各个参数状态，进而对供热过程进行有效的监测和控制。在供热期间可按室外温度调节二次网供回水温度（可手动、自动切换），达到按需供热，实现气候补偿节能控制，也可以进行分时分区节能控制，可以实现供热全网热量平衡及节约能源。
二、控制目的：
　　1、宏观掌握供热系统运行状况、运行质量。
　　2、保证供热系统的运行参数。对热网的水力工况和热力工况进行全自动调节，解决各换热站的耦合影响，消除热网水平失调，平衡供热效果。
　　3、以节省总供热量为目标，在满足热网用户基本采暖要求的前提下尽量减少总供热量，从而达到提高经济效益的目的。
　　4、更好地进行供热系统设备的维护及管理。及时检测报告供热系统故障，作到防微杜渐，防患未然。
　　5、为热网如何经济高效运行提供分析基础和分析依据。通过记录的热网运行历史数据，在一个采暖期结束后与前期数据进行比较分析，查出主要能耗来源，为今后的节能挖潜改造提供条件。
三、系统组成
无人值守换热站监控系统由上位机—通讯—下位机构成；
    （一）上位机由工控机、系统软件、彩色液晶显示器、键盘及鼠标等构成；上位机即为监控中心的监控系统。上位机既是底层下位机数据传输的接受者，也是管理者对整个热网系统进行调控并将命令下发到下位机的施令者。上位机监测界面直观、方便的把当前所有数据显示出来，并将完成各个监测点温度、压力、流量、热量、开关量等参数的采集、整理、存储，具有数据查询、统计、打印报表等功能；且在上位机可操控底层设备的启动、停止等功能。可调控补水泵、循环泵的启动、停止及频率参数设定。
为了解决供热系统中热量的生产和系统热网所需的热量经常不相匹配的供热问题，本公司专门研制、开发了一套适用于供热系统锅炉的监控系统软件。本系统软件采用先进的计算机技术和高可靠的PLC设备开发而成。软件可根据室外温度和整个热网所需热量的对应表关系自动完成锅炉系统中各电气设备的运行工作（如炉排、鼓风机、引风机等的转速），使得锅炉输出的热量既不因过剩而浪费，又能满足整个热网所需的热量，实现了热源和热网的联动运行，有效地使热量的生产和消费**结合在一起。本系统软件主界面采用Flash制作，美观、直观、友好、操作简单、方便、可靠。
    （二）通讯的方式主要有市话网、宽带网和GPRS几种方式，数据的传输具有高效、实时、准确等优点。可根据不同的现场环境选取合适的通讯手段。无人值守换热站监控系统远程通讯功能可以分为远程采集、远程控制、远程调节。
l 远程采集：可以定时采集，也可以实时采集； 
l 远程控制：对电动阀、循环泵、补水泵进行控制，实现策略性及定向自动控制；
l 远程调节：可以实现现场控制器的远程调控，修改控制策略，修改报警参数值等。
    （三）下位机由PLC控制器、触摸屏、变送器、传感器等组成。下位机是上位机命令的执行者，同时兼具把底层设备的数据上传。同时也可利用触摸屏在下位机进行操作设置，并可实现气候补偿供热、分时分区供热等。
四、系统特点
    1、监测界面直观、简洁，可方便操作、性能稳定，功能可按需二次开发，数据传输率高；
    2、下位机操作采用触摸屏方式，技术先进、操作简单、数据显示简洁明了；
    3、监控系统对运行人员、维护人员、管理人员赋予不同的权限，不同的人员具有不同的操作权限，从而避免了操作不当所造成的系统故障；
    4、监控中心软件具备报警管理功能，每条报警信息应该包含报警站点、报警发生时间、报警参数及当前值等详细信息；
5、操作人员可通过上位机控制底层设备，无须去现场操作，可靠性高，节省人力物力。
五、自动控制实现
　　（一）数据采集
供热系统的参数模拟量居多，开关量相对较少。另外，供热系统的参数相对变化较慢，所以对提供数据采集的控制器要求为：
　　1、数据稳定可靠，并不要求过高的采集频率。
　　2、有一定的分析计算能力，例如计算瞬时流量、计算供回水压差、温差等。
　　3、有一定数据存储能力，提供给远程的上位机管理软件。
　　4、工作方式切换功能
　　5、参数设定功能。可接受监控中心的远程参数设定，也可接受现场触摸屏的参数设定；
　　6、温度、压力、流量信号的采集功能；
　　7、通讯功能。内置通讯连接接口，作为被叫方，接受监控中心的访问命令、控制命令；
　　8、连网全系统自动控制功能。根据监控中心下载的局部控制目标参数实现自动控制。采用*PID调节算法、滞后调节等算法，调节换热器的一次管网高温水流量（通过控制电动调节阀实现），从而控制二次网的供/回水温度；
　　9、独立自动控制功能。根据运行人员通过现场触摸屏设定的参数，独立完成控制任务。
　　10、手动控制功能。运行人员通过对现场触摸屏直接设定电动调节阀开度，直接调整换热站一次管网高温水流量。
　　（二）远程通讯
　　通讯网络承担工作站与各个现场控制站之间的数据传输，数据交换，是整个监控项目的桥梁，是保证热网监测系统正常运行的关键。监控系统采用的通讯方式有多种形式。应依据项目的实际情况决定采取何种通讯方式。
　　热网监控系统的通讯从通讯方式可以分为：市话网、宽带网和GPRS网。
　　1、市话网通讯方式的特点：
　　（1）供热管网存在一定的滞后性，无须实时在线。所以，通讯方式采用拨号方式也不失一种好方法。
　　（2）有线通信时，要先拨号以后才能通信，速度比较慢。运行费用较低。
　　（3）维护均由电信部门负责。
　　（4）系统具有双向数据传输功能，从而实现远程控制，无人职守。
　　（5）覆盖面广，信号稳定。
　　2、宽带网通讯的特点：
　　（1）用于已完供热管网，无须土方开挖。
　　（2）申请ADSL方式通讯，只须按月交纳一定的费用，即可实现网上通讯，无自维护量。
　　（3）永远在线：用户随时都与网络保持着联系，即使没有数据传输时，用户也仍然附着在网上与网络保持着联系。
　　（4）每次登录Internet只需要一个激活的过程，一般仅需要1到3秒钟。
　　（5）高速传输：由于ADSL采用了先进的分组交换技术，数据传输快。
系统在数据传输过程中可申请加密机制，数据可以在公网上安全地传输。
　　（6）系统具有双向数据传输功能，从而实现远程控制，无人职守。
　　（7）系统依托相应的软件，可以灵活实现点～点、点～多点、中心～多点的对等数据传输。
　　3、GPRS无线通信的特点
　　（1）永远在线：通信时，不需要象PSTN那样要先拨号以后才能通信。用户随时都与网络保持着联系，即使没有数据传输时，用户也仍然附着在网上与网络保持着联系。
　　（2）快速登录：GPRS无线终端一开机，即已经与GPRS网络建立了连接。每次登录Internet只需要一个激活的过程，一般仅需要1到3秒钟。
　　（3）高速传输：由于GPRS采用了先进的分组交换技术，数据传输的较高理论值可达171.2kb/s。
　　（4）按量计费：GPRS网络按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用。没有数据流量传输时，用户即使在线，也不收费。
　　（5）覆盖面广：目前，GPRS网络已基本覆盖了所有GSM网络，偏远地区不再是数据传输的盲区。
　　（6）可移动性：企业对系统所有设备有自主权，*与运营商交涉，可以自由分配。
　　（7）可靠性强：系统具有纠错、重发机制，从而确保数据的完整性和正确性。其次，系统具有自动恢复功能，在GPRS网络状态不稳定的情况下，保证系统稳定工作，而*人工干预。
　　（8）安全性高：系统在数据传输过程中加入了加密机制，数据可以在公网上安全地传输。
　　（9）无人职守：系统具有双向数据传输功能，从而实现远程控制，无人职守。
　　（10）灵活方便：系统依托相应的软件，可以灵活实现点～点、点～多点、中心～多点的对等数据传输。
　　热网监控系统远程通讯从功能可以分为三部分，远程采集、远程控制、远程调试。
　　1、远程采集
　　远程数据采集可以定时采集，也可以循环采集，即可以采集当前的实时数据，也可以采集过去的历史数据（要求数据采集设备能存储至少一周的历史数据，已备通讯设备故障时数据不会丢失）。
　　2、远程控制
　　远程控制是无人值守换热站的重要环节，包括对阀门的控制（手动开关阀门）、控制策略的选择（经验调节、定温调节、手动调节等）供水温度值的设定、循环泵的起停、补水泵的起停等。
　　3、远程调试
　　理想的通讯方式不但解决了数据的远程采集和控制，还可以实现现场控制器的远程维护，修改控制策略，修改报警参数值，等等。可以减少去现场的次数，并且可以迅速的了解现场控制器的工作情况，大大提高了工作效率。
　　（三）温度控制
　　要使用户家里温度更加舒适，必须保证换热站供出的温度（热量）合适，这样我们就根据不同情况对换热站的二次出水温度进行控制。控制方式大致分为，经验调节、定温调节、分时段调节三种。
　　1、经验调节
　　即根据以往的供热经验，在不同的室外温度条件下，保证不同的二次网供水温度。各个控制器输入二次供水温度调节曲线，系统通过检测二次网供水温度和室外温度，自动调节一次网的阀门开度从而达到二次网的设定供水温度值，实现换热站的质调节。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此曲线进行修改。曲线如图：
　　2、定温调节
　　用户可任意设定供水温度值，系统将自动调节一次网的流量从而使二次网供水温度稳定在此设定值。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此设定值进行修改。
　　3、分时段调节
　　在不同的时间段设定不同的二次网供水温度，本方式支持在不同的时间段修正固定的供水温度设定值（经验调节曲线或固定供水温度），这样可生成一条更经济的运行曲线。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此曲线进行修改。如下图所示，固定供水温度运行（红色）＋分时段修正运行时的实际供水温度（黑色）曲线：
　　（四）压力控制
　　无人值守换热站中压力控制主要是二次供水压力（或者是二次供回水压差）和二次回水压力的控制。分别通过调整循环泵变频频率和补水泵变频频率实现。变频恒压供水已经用得到很多，这里就不再说明。需要强调的是几种故障和相应的保护措施。
　　1．二次供水压力过高，供热系统中，此故障是个比较严重的故障，需要系统停止运行进行检查，否则有可能会造成用户家里暖气片的损坏。
　　2．二次回水压力过高，系统设置**压泄水电磁阀，报警发生时自动打开电磁阀泄水。
　　3．二次回水压力过低，为了保护循环泵，此报警发生时系统应该停止运行并报警。
　　4．补水箱水位过低，应该停止补水，避免补水泵长期无水运行造成损坏。
　　5．补水箱水位过高，应该关闭自来水，避免不必要的浪费。
　　6．有些换热站生水压力不足或防止短时间停水，应该设置生水箱。
　　另外，控制器和变频器进行通讯，设定和读取变频器的参数如：工作电压、工作频率、工作电流等，以便了解水泵电机的运行情况。通讯方式可以通过一根通讯电缆实现。
　　（五）报警管理
　　无人值守换热站的监控中心软件具备报警管理功能，每条报警信息应该包含报警站点、报警发生时间、报警参数及当前值等详细信息。软件对过去的报警可以按站点或按时间进行查询，并记录报警的处理人和处理时间。
　　（六）权限设置
　　监控系统对运行人员、维护人员、管理人员赋予不同的权限，不同的人员具有不同的操作权限，从而避免了操作不当所造成的系统故障。
六、结论
　　无人值守换热站很好的实现了对换热站设备的自动控制，提高了供热质量。满足了用户需求的前提下，节约了大量的人力、物力资源，减少了不必要的浪费。同时，管理人员可以更清楚的了解各个换热站的运行数据，使管理更加有地放矢，有效的提高了供热管理水平；提高了热力系统的运行管理水平；为热力系统的运行管理提供一个良好的支持环境；提高公司效益。通过热网智能监控系统，管理人员可以更清楚的了解各个换热站的运行数据，使管理更加有地放矢，有效的提高了供热管理水平；提高了热力系统的运行管理水平；为热力系统的运行管理提供一个良好的支持环境；节约了大量的人力、物力资源，减少了不必要的浪费，大大提高公司效益。