熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在供熱管理的應(yīng)用

摘 要

摘要：結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行了探討。分析了熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)控中心；熱力站；通信網(wǎng)絡(luò)Applicatio
摘要：結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行了探討。分析了熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；監(jiān)控中心；熱力站；通信網(wǎng)絡(luò)
Application of Monitoring System for Heat-supply Network to Heating Management
ZHOU Yanqing，PEI Mingzhe
Abstract：The structure and functions of monitoring system for heat-supply network are discussed with an engineering example.The social and economic benefits generated by the monitoring system for heat-supply network during its actual operation are analyzed.
Key words：monitoring system for heat-supply network；monitoring center；substation；eommunication network
   供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)始終圍繞著熱源供熱量與熱用戶用熱量之間的匹配問(wèn)題展開(kāi)。但是，熱源的調(diào)節(jié)余地是有限的，而熱用戶用熱量的變化范圍較大。因此，對(duì)熱源、熱網(wǎng)、熱用戶等的運(yùn)行工況、狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集記錄、儲(chǔ)存統(tǒng)計(jì)、匯總分析，將資源進(jìn)行合理調(diào)配與控制勢(shì)在必行。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可用于協(xié)調(diào)熱源供熱量與熱用戶用熱量之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)按需供熱，采集、儲(chǔ)存、統(tǒng)計(jì)、分析熱網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)供熱設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷[1～12]。本文結(jié)合某熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行，對(duì)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在供熱管理中的應(yīng)用進(jìn)行探討。
1 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的背景
   近年來(lái)，唐山的城市供熱得到了快速發(fā)展。特別是2009、2010年分別投入5.6×108、5.06×108元引入大唐陡河電廠、大唐豐潤(rùn)電廠熱源并進(jìn)行了配套熱網(wǎng)工程建設(shè)，使唐山市熱力總公司總供熱面積達(dá)到2535×104m2，供熱能力達(dá)到4000×104m2，熱力站360座，大型中繼泵站2座，并已形成多熱源環(huán)狀管網(wǎng)。
    唐山市熱力總公司于1998年開(kāi)始建設(shè)熱力站控制系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)為亞洲銀行貸款項(xiàng)目，所屬西部分公司的80座熱力站安裝了本地控制裝置。熱力站內(nèi)安裝S7-300、S5-100兩種PLC可編程控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等設(shè)備。根據(jù)采集的室外溫度、本地供熱曲線，PLC可編程控制器通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制熱網(wǎng)流量，并顯示一二級(jí)管網(wǎng)溫度、壓力、流量等參數(shù)。截至2009年供暖期前，共安裝投入運(yùn)行熱力站控制系統(tǒng)240套，并完成熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。
2 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能
   ① 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)分為3層，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。上層——監(jiān)控中心，即熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制與信息交換中心，包括操作員站、工程師站等。中間層——數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，連接監(jiān)控中心與熱力站，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)與控制指令的傳輸。下層——熱力站。

② 監(jiān)控中心
監(jiān)控中心是熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的指揮中心，硬件設(shè)備主要包括：數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、全網(wǎng)平衡控制服務(wù)器、工程師站主機(jī)、操作員站主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、顯示屏等。軟件系統(tǒng)包括應(yīng)用軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用軟件有智能控制系統(tǒng)、熱源數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、室內(nèi)溫度采集系統(tǒng)、熱表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等軟件。數(shù)據(jù)庫(kù)包括歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等，通過(guò)內(nèi)部局域網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)間數(shù)據(jù)訪問(wèn)和共享。
監(jiān)控中心的調(diào)度人員通過(guò)操作員站監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)運(yùn)行情況，操作員站配置熱力站工藝流程畫(huà)面、熱力站名稱及通信狀態(tài)匯總畫(huà)面、歷史記錄查詢畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、登錄管理畫(huà)面等。根據(jù)唐山市熱力總公司的組織機(jī)構(gòu)，共設(shè)置4個(gè)分公司操作員站、1個(gè)備用操作員站，每個(gè)操作員站管理一個(gè)分公司的所屬熱力站。
工程師站主要負(fù)責(zé)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件、通信、熱力站現(xiàn)場(chǎng)裝置的維護(hù)，分析解決故障，確保熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。在工程師站配置組態(tài)軟件(開(kāi)發(fā)版)，開(kāi)發(fā)、維護(hù)、修改、完善組態(tài)應(yīng)用軟件。工程師站配置數(shù)據(jù)庫(kù)分析及管理應(yīng)用軟件、熱網(wǎng)仿真軟件、熱力站仿真分析軟件、生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度及全網(wǎng)平衡分析軟件、數(shù)據(jù)地理信息顯示應(yīng)用軟件等。
    監(jiān)控中心的功能為：對(duì)熱力站運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效采集，掌握運(yùn)行工況。根據(jù)運(yùn)行工況對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，平衡全網(wǎng)的供熱需求。實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)運(yùn)行故障，并進(jìn)行報(bào)警。根據(jù)室外溫度預(yù)測(cè)供熱負(fù)荷需求。實(shí)現(xiàn)熱力站內(nèi)熱量表、水表、電表等數(shù)據(jù)的采集，變頻循環(huán)泵工作頻率的采集與控制，熱力站內(nèi)視頻圖像的傳輸，典型用戶室內(nèi)溫度的采集與分析。建立運(yùn)行檔案，便于分析、歸檔、共享，提升管理水平。
   ③ 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)
    數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)擔(dān)負(fù)著各熱力站與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能、造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等因素。采用ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路)建立數(shù)據(jù)通道。ADSL技術(shù)利用現(xiàn)有的電話線，加裝ADSL MODEM組成高速信息通道，是一種實(shí)時(shí)性較好、可靠性較高的通信方式，適用于組建熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。各熱力站采用ADSL線路組建VPN(Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)絡(luò))內(nèi)網(wǎng)與監(jiān)控中心VPN專網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相連并相互通信。
   ④ 熱力站
   每座熱力站內(nèi)的PLC可編程控制器均配備通信模塊，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換。PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)以下功能：模擬量信號(hào)、數(shù)字量信號(hào)的采集監(jiān)控。根據(jù)監(jiān)控中心的指令，設(shè)定或改變運(yùn)行曲線，并通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)閥、變頻器等執(zhí)行裝置予以實(shí)施?？稍谕ㄐ殴收蠒r(shí)脫離監(jiān)控中心完全獨(dú)立運(yùn)行。具有運(yùn)行工況超限、設(shè)備故障、火災(zāi)、被盜、水淹等報(bào)警功能。視頻圖像的采集與上傳功能。
   ⑤ 其他主要設(shè)備及功能
   數(shù)據(jù)采集服務(wù)器負(fù)責(zé)采集各熱力站的運(yùn)行參數(shù)，建立熱力站與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通道。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過(guò)全網(wǎng)平衡控制服務(wù)器下發(fā)指令到各熱力站，并接受操作員站的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。它是數(shù)據(jù)采集與分配、轉(zhuǎn)發(fā)的中心，要求可靠性高、性能好。
   全網(wǎng)平衡控制服務(wù)器負(fù)責(zé)采集標(biāo)準(zhǔn)氣象點(diǎn)的參數(shù)、各個(gè)熱源出口監(jiān)測(cè)點(diǎn)的參數(shù)、熱網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(包括分段閥門(mén)井、解列閥門(mén)井、中繼泵站)的運(yùn)行參數(shù)、最不利環(huán)路熱力站(最遠(yuǎn)端熱力站、水力匯交點(diǎn)附近熱力站、已知的供熱效果較差的熱力站、建筑年代較早的熱力站等)的運(yùn)行參數(shù)。
3 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的效益
   熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)供熱數(shù)據(jù)集中實(shí)時(shí)監(jiān)控，為節(jié)能供熱與管理創(chuàng)新提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目投入資金逾300×104元。西部分公司2009—2010年、2010—2011年供暖期能耗比較見(jiàn)表1。由表1可知，在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)投入運(yùn)行后，節(jié)能率達(dá)16%以上。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的成功應(yīng)用，改善了熱網(wǎng)平衡，熱用戶室內(nèi)溫度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，提高了室內(nèi)舒適度。提高了集中供熱的自動(dòng)化管理水平，降低了運(yùn)行成本，使人力資源得到了釋放，實(shí)現(xiàn)了減員增效的目標(biāo)。減少了能源消耗，降低了碳排放量，響應(yīng)了國(guó)家“節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境”的號(hào)召。
表1 西部分公司兩個(gè)供暖期能耗比較
項(xiàng)目
供暖期
2009—2010年
2010—2011年
供熱面積/m2
8184905
8776524
供熱時(shí)間/h
2838
2679
室外平均溫度/℃
-3.46
-3.34
單位面積耗熱量/(MJ·m-2)
412
346
4 結(jié)語(yǔ)
    熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用使分散的熱力站成為了一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)各熱力站的統(tǒng)一調(diào)度管理，確保了集中供熱系統(tǒng)協(xié)調(diào)有序地安全運(yùn)行。熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心顯示參數(shù)與熱力站運(yùn)行參數(shù)保持同步。熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的全面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度人員全面、直觀地掌握從熱源到熱力站的運(yùn)行情況。熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的綜合分析，使調(diào)度人員能夠及時(shí)判斷運(yùn)行工況，在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)和處理故障。實(shí)現(xiàn)了熱網(wǎng)平衡運(yùn)行，消除了大面積過(guò)熱、過(guò)冷現(xiàn)象，改善了供熱效果。
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(本文作者：周燕青 裴明哲 唐山市熱力總公司 河北唐山 063000)