熱力監控系統的研究和應用

【摘 要】本文介紹了一種基于以太網實現對熱力站參數控制的遠程監控系統。給出了系統結構、工作原理，著重論述了利用以太網實現熱力站遠程通信的方法，該方法已在實際中得到了廣泛的應用。

【關鍵詞】遠程監控；熱力站；PID控制；以太網

0 前言

隨著社會的發展，集中供熱已經得到了長足的發展，其自動化程度也越來越高，尤其在無人值守的熱力站，可以遠程在線實時監控熱力站的運行狀態、性能參數以及各種故障信息，同時主監控室的工程師也可以通過遠程通信修改熱力站的保護以及控制參數，并方便的完成對熱力站的啟動、停機控制，熱力參數的修改等功能。

實現熱力站遠程控制的關鍵是通信，而隨著控制技術、計算機技術和網絡技術的發展，以及上述三者之間的相互聯系依賴、相互滲透、相互促進使得網絡控制技術得到了快速的發展。在網絡控制協議、與局域網的無縫隙連接等技術優點，以及在因特網中的廣泛應用，得到了開發人員和用戶的肯定。

1 系統遠程監控功能要求

熱力站的遠程監控功能要求如下：

1.1 遙測

熱力站的一次、二次供回水溫度，壓力；室外溫度；調節閥開度；電機頻率；一次、二次流量熱量等現場參數。

1.2 遙信

工作狀態、工作方式、故障信號、報警信號等。

1.3 遙控

開關系統、工作狀態轉換等。

1.4 保護及控制參數修改

超壓報警值、超溫報警值、二次壓差值、二次回壓定壓值等。

2 控制系統設計選型

本系統的設計選型主要是通信方式、本機控制系統（發送端）和遠程顯示控制系統（接受端）三個方面。

2.1 通信傳輸方式

本系統應用于熱力站遠程監控系統的通信傳輸方式主要是以太網通信。

以太網是一種計算機局域網技術。IEEE制定的IEEE802.3標準給出了以太網的技術標準，規定了包括物理層的連線、電信號和介質訪問層協議的內容。工業以太網總線和局域網采用同一的TCP/IP協議，可以直接和局域網的計算機互聯而不需要額外的硬件設備，方便數據在局域網的共享，可以和現有的基于局域網的ERP數據庫管理系統實現無縫隙連接。

2.2 本機控制系統（發送端）

基于熱力站遠程遙控功能要求復雜、可靠性高的特點，經過多種技術方案的類比，選用西門子ACX32.000和與之配套的以太網通訊卡（ACX52.22）作為本機的控制通信單元。

2.3 遠程顯示控制系統（接收端）

選用PC（帶有以太網通信卡）作為遠程顯示控制單元，其基本配置：

1）操作系統：Windows2000 SP3以上，Windows XP等，MSDE Server

2）10GB可用空間，1GB RAM

3）700MHZ以上Pentium

3 熱力站硬件設計

3.1 熱力站總體結構設計

熱力站由循環泵、補水泵、流量計熱量計、變頻器、現場測量儀表、換熱器、控制器ACX32.000、網絡等組成。

3.2 熱力站控制及采樣

熱力站的核心單元是控制系統，主要是ACX32.000可編程控制器、模擬量模塊，數字量模塊、以太網通信器（以太網卡）、壓力溫度傳感器（或變送器）和執行元件等組成。其中控制器ACX32.000與數字量模擬量模塊、以太網卡通過電路板連接，以太網卡與遠程計算機通過網絡完成以太網網絡連接。

其基本工作原理是：將熱力站的現場參數，例如壓力、溫度、頻率等作為模擬信號輸入控制器；電機的啟停信號作為數字信號輸入控制器。在控制器內部，通過編程設置，各種參數被內置軟件比較，運算處理，顯示熱力站各種設備的工作參數，判斷機組的工作狀態，并通過工業以太網不斷的發送、接受到上位機上。主監控室的工程師實時監控熱力站的運行情況，實時做出準確的調整。

3.3 熱力站控制策略

3.3.1 控制回路

所有控制回路均為PID控制回路，通過控制面板輸入設定值，PID值可有工程師根據實際情況實時修改。

1）二次供水溫度控制（調節閥開度控制）

控制調節閥開度的目的是將二次溫度恒定在二次供水溫度設定值，確保用戶對室內溫度的要求。溫度控制是熱力站的主要控制功能，有手動與自動控制兩種方式。

（1）手動方式：二次供水溫度設定值由工程師通過控制面板手動設定。

（2）自動方式：二次供水溫度設定值通過室外溫度曲線確定。

過程值：二次供水溫度；

設定值：二次供水溫度設定值；

輸出：調節閥開度。

2）二次壓差控制（循環泵控制）

二次壓差控制是通過控制循環泵裝束來實現最不利端用戶提供足夠的壓力的目的。該項目有兩臺循環泵，當一臺循環泵提供的供水壓力達不到供熱要求時，備用泵將會自動啟動。

過程值：二次供回水壓差；

設定值：二次供回水壓差設定值；

輸出：循環泵啟停、轉速。

當二次供水壓力超過高限時，水泵將由壓差控制模式切換為壓力控制模式，以防止壓力過高，產生危險。

過程值：二次供水壓力；

設定值：二次供水設定值；

輸出：循環泵啟停、轉速。

2）二次回水壓力控制（補水泵控制）

該功能主要是為循環泵的運行提供的初始壓力，功能是控制補水泵運行保證二次回水壓力在設定值附近。

過程值：二次回水壓力；

設定值：二次回水設定值；

輸出：補水泵啟停、轉速。

3.3.2 安全保護功能

1）調節閥和循環泵互鎖

功能：防止換熱器在沒有二次水循環產生高溫而損毀的危險，當循環泵停止運行時，控制器關閉調節閥。

2）二次回壓低壓和循環泵互鎖

功能：當二次回水壓力低于二次回水壓力低限時，顯示報警信息，停止循環泵。

3）水箱液位低和補水泵互鎖

功能：當水箱液位低于液位低限時，顯示報警信息，停止補水泵。

4）二次供水溫度高限和調節閥互鎖

功能：當二次供水溫度傳感器損毀或二次供溫超溫時，關閉調節閥。

5）二次供壓高高限互鎖

功能：當二次供水壓力超過高高限時，控制器將會停止整個自控系統的運行，并顯示報警信息。

6）二次回水壓力低低限互鎖

功能：當二次回水壓力低于高高限時，控制器將會停止整個自控系統的運行，并顯示報警信息。

3.3.3 系統運行控制

1）首次啟動

當控制器得電以后，控制器內的程序將自動運行。首次啟動控制器前，工程師須保證無報警發生且參數設置正常。

2）系統啟動與停止

（1）通過“系統重啟”啟動停止

如果出現重大報警，安全保護功能將停止系統運行。工程師在確認并消除報警后，修改參數以重啟系統。

（2）通過“系統啟停”啟動停止

“系統啟停”是系統的啟停開關，工程師可以通過該參數控制系統運行與停止。

3.4 熱力站故障診斷與排除

3.4.1 控制器的硬件故障信息可有控制器上的指示燈顯示。

3.4.2 工程師可以通過控制面板查看故障信息并排除。

4 系統軟件設計

本系統軟件分為以太網組態、本機控制軟件（下位機：PLC編程），用于ACX32.000的PLC的OPC Server（服務器）軟件和計算機控制軟件四部分。

各部分的主要控制作用如下：

4.1 以太網組態

實現ACX32.000與PC機的以太網通信。

4.2 本機（ACX32.000）控制軟件

完成對熱力站參數的采集、運算，判斷以及控制。

4.3 OPC Server（服務器）軟件

向客戶端提供熱力站數據信息。

4.4 工程師計算機

作為遠程監控單元，實現對熱力站的遙控。

4.5 保護子程序

對換熱機組的壓力、溫度、頻率等信號進行采樣；根據采樣值和保護設定值的比較判斷，發出機組保護信號。例如報警。

5 結束語

本系統的OPC Server，通過工業以太網實現了對熱力站的遠程監控，以及現場參數的遠程修改控制。該技術已在熱力站、電站等領域得到了廣泛的應用，前景十分廣泛。

【參考文獻】

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[3]盧強，等.電力系統非線性分析[M].清華大學出版社，2008，3.

[責任編輯：王迎迎]