SCADA控制系統在供熱節能工程中的應用

李盛 杜萌 戰小康

隨著我國經濟的快速發展和科學技術水平的不斷提高,人們對節能和供熱質量有了更高的要求。設專人值守的換熱站傳統運行方式已不能滿足人們的需求。因此,SCADA控制系統在城市供熱領域的應用日漸廣泛。SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統,即數據采集與監視控制系統。SCADA系統是以計算機為基礎的過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制,以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等功能。

1 SCADA系統在城市建筑供熱中的應用

1.1 工程概況

該城市集中供熱工程建筑面積約200萬m2,各個供熱區域分散設置水—水換熱站。工程供熱區域面積大、換熱站數量多且分散,管理困難。經分析比較,決定采用SCADA控制系統。

在監控中心設置一套SCADA系統,監控中心能夠和各區域換熱站進行無線通訊,實現遠程監控。各區域換熱站也能通過無線通訊方式將站內的運行參數上傳至監控中心。各換熱站內分別設置遠程終端控制器(RTU),實現對本換熱站的就地全自動獨立控制。系統完成后,各換熱站可實現智能無人職守運行。

1.2 監控中心

監控中心內設置一臺通訊服務器;兩臺互為熱備份的冗余主、從操作站;一個操作員站;一個工程師站以及打印機,UPS電源等。監控中心能夠采集各換熱站的運行參數,并通過人機界面以數字、棒圖等多種形式顯示。重要參數可實時歷史記錄,并建立實時歷史數據庫。對如換熱站能耗等重要參數,自動生成相應分析圖表。監控中心操作人員可對控制參數及控制曲線等進行修改,并下載到各換熱站現場終端裝置(RTU),使其按修改后的參數運行。

監控中心能夠對各換熱站的故障進行相應的分析診斷,并報警通知監控中心操作人員。當換熱站內某一測量值超出設定的正常范圍或某一開關量(泵、閥門等)狀態改變時,可根據不同的優先級,做出聲光報警,并在監控中心操作站顯示屏上顯示報警信息及相應動態畫面,以便監控中心操作人員對其及時處理。所有報警信息均被記錄在報警數據庫,以供今后檢索和事故分析。

1.3 遠程終端站

各區域換熱站內設置的遠程終端站由遠程終端控制器(RTU)、現場傳感器及通訊系統組成。遠程終端控制器通過與其相連的現場傳感器和執行機構獨立完成對各換熱站的數據采集以及控制功能,并可完成與監控中心的通訊。

1.3.1 遠程終端控制器(RTU)檢測點

遠程終端控制器(RTU)通過現場傳感器對換熱站如下參數進行實時檢測:1)室外溫度;2)換熱機組一次管網側供、回水溫度及壓力;3)換熱機組二次管網側供、回水溫度及供水壓力;4)換熱機組二次管網側除污器前、后回水壓力;5)水箱液位。

通過遠程終端控制器(RTU)的液晶顯示屏可顯示下列參數:

1)室外溫度;2)換熱機組一次管網側供、回水溫度值及壓力值;3)換熱機組二次管網側供、回水溫度值及壓力值;4)換熱機組一次管網側調節閥的狀態與開度;5)泄壓閥的狀態與泄壓設定值(可現場修改);6)換熱機組二次管網側補水壓力設定值(可現場修改);7)補水泵運行狀態;8)循環泵運行狀態;9)換熱機組二次管網側除污器前后壓差值及其報警設定值(可現場修改);10)換熱機組二次管網側供回水壓差值及其設定值(可現場修改);11)水箱液位及其報警設定值(可現場修改);12)換熱機組運行時各類故障報警。

1.3.2 遠程終端控制器(RTU)控制功能

遠程終端控制器通過室外溫度傳感器,實時采集室外溫度值,根據室外溫度值以及遠程終端控制器內已設定的運行曲線自動確定換熱機組二次管網側供水的溫度設定值。遠程終端控制器經過PID運算自動調節換熱機組一次管網側供水管上調節閥的開度,使換熱機組二次管網側實際供水溫度始終與遠程終端控制器對其設定值保持相同。這樣不僅滿足供熱需求且極大的節約了能源,避免了二次管網側供水的溫度過高而造成的熱能浪費。

遠程終端控制器通過變頻器,根據換熱機組二次管網側供、回水壓差設定值自動控制換熱站內兩臺循環泵(一用一備)的運行,并實現循環泵的定時輪換,交替使用,以避免備用泵因長時間處于停機狀態而銹死。在運行過程中若任一臺循環泵發生故障,則自動切換另一臺循環泵投入運行,同時向監控中心報警。若兩臺循環泵均發生故障,則立即停止換熱機組運行并向監控中心報警。

遠程終端控制器通過變頻器,根據二次管網側回水壓力設定值經PID運算自動控制換熱站內兩臺補水泵(一用一備)的運行。補水泵亦自動定時輪換。若一臺補水泵出現故障,自動切換至另一臺補水泵投入運行,同時向監控中心報警。

遠程終端控制器根據換熱機組二次管網側泄壓保護值自動開停泄壓閥,并在設定值處設一回差,避免泄壓閥頻繁動作。泄壓閥動作時,向監控中心報警。

1.3.3 遠程終端控制器(RTU)安全保護功能

換熱機組的水箱液位若超出報警高、低限值;除污器前后壓差值超出報警設定值;遠程終端控制器均立即向監控中心報警。

當系統失電時,換熱機組一次管網側供水管上的調節閥自動關閉,同時向監控中心報警。供電恢復時,遠程終端控制器可實現復電自檢開機。

1.4 無線通訊系統

通過設置在監控中心及各換熱站內的GPRS無線通訊模塊,可利用城市移動通訊網,實現監控中心與各換熱站遠程終端控制器間的GPRS無線通訊。監控中心可定時采集各換熱站的運行參數,也可根據需要,單獨對某一換熱站進行訪問。當某換熱站出現故障時,故障換熱站優先向監控中心發送相關故障信息。

2 結語

SCADA智能控制系統在城市建筑供熱中的應用,不但提高了供熱質量,而且為能源的節約和運營成本的降低提供了有效途徑。

[1]張佳煒,龍海南.GPRS技術在SCADA系統中的實現與應用[J].現代電子技術,2004(23):29-33.

[2]張建林.基于PLC網絡的監測系統及其與SCADA的集成[J].江蘇機電工程,2004(5):11-14.