城市熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)★

曹 宇 田思慶,2* 鄭家風(fēng)

(1.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007； 2.佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

城市熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)★

曹 宇1田思慶1,2*鄭家風(fēng)1

(1.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007； 2.佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

采用基于PLC的監(jiān)控終端，對(duì)熱力站的二次側(cè)管道出水溫度與壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)GPRS無(wú)線通信傳輸至首站的中央控制室，由計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，模糊控制發(fā)出控制命令，對(duì)熱力站一次側(cè)進(jìn)水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整，從而保證熱力站的溫度保持在一定范圍內(nèi)，保證熱網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

集中供熱，城市熱網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)，GPRS

集中供熱已是現(xiàn)代城市發(fā)展的主流趨勢(shì)，它能很好的解決傳統(tǒng)小型鍋爐供熱所造成的空氣污染的缺點(diǎn)。從根本上來(lái)講，集中供熱早已超出它自身的應(yīng)用范圍，達(dá)到了一個(gè)新的社會(huì)高度，其價(jià)值是不能用精確的度量單位衡量的，具有一定意義的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。目前，熱網(wǎng)監(jiān)控基本上是為了對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行集中、分區(qū)域控制，并都已采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控管理。對(duì)熱網(wǎng)現(xiàn)代化管理關(guān)鍵部件之一的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)與計(jì)算機(jī)結(jié)合所構(gòu)成的熱網(wǎng)控制系統(tǒng)，可以大大增強(qiáng)城市供熱實(shí)施集中、分區(qū)域控制的監(jiān)管，可以在較大程度上提升供熱網(wǎng)安全、高效運(yùn)行。

1 城市集中供熱系統(tǒng)的研究

1.1 城市熱網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)

城市熱網(wǎng)控制系統(tǒng)主要由中央控制室、鍋爐熱水供熱源、熱力站和熱網(wǎng)用戶四部分組成，中央控制室就相當(dāng)于命令發(fā)布者，它對(duì)熱網(wǎng)用戶進(jìn)行直接或者間接領(lǐng)導(dǎo)，對(duì)供熱結(jié)果有很大的影響。作為城市集中供熱的鍋爐熱水供熱源來(lái)說(shuō)，它的作用就是將燒開升溫的熱水用循環(huán)泵送到供熱源的首站，然后經(jīng)過(guò)首站的水—水熱換器處理后送至一次管網(wǎng)，即供熱管網(wǎng)。熱力站作為給熱網(wǎng)用戶提供熱水的直接部門，只有當(dāng)熱水的進(jìn)出口溫度、熱水流量、壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的工程值后，才可以經(jīng)過(guò)板式熱交換器將熱力站的熱水調(diào)成合適熱網(wǎng)用戶的熱水溫度，然后由二次管網(wǎng)將其送至各個(gè)采暖建筑，送進(jìn)千家網(wǎng)戶。如圖1所示為城市熱網(wǎng)系統(tǒng)概圖。

1.2 首站及各換熱站的地理位置

首站與各換熱站的地理位置如表1所示。

表1 首站與各換熱站的距離 m

由表1可知，換熱站與首站距離相對(duì)較遠(yuǎn)，所以我們有必要對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行全方位的遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)也為了保證熱網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定、流暢、經(jīng)濟(jì)和安全的運(yùn)行操作，且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，故我們有必要對(duì)熱網(wǎng)傳統(tǒng)方式進(jìn)行改進(jìn)。

2 城市熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體原則

熱網(wǎng)主要是由熱網(wǎng)首站、集中供熱工程熱源、首站、一次管網(wǎng)、二次管網(wǎng)、熱力站和用戶組成。而熱網(wǎng)首站為了便于操作、運(yùn)行和監(jiān)控人員對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試工作，跟各個(gè)熱力站的比例電磁閥、熱水系統(tǒng)控制裝置，循環(huán)泵等必要的就地裝置建立了一定的聯(lián)系。為了讓所有設(shè)置的控制和操作都掌握在熱網(wǎng)控制系統(tǒng)里，把所謂的就地控制裝備連接其所必須的通信接口和硬接線，跟熱網(wǎng)控制系統(tǒng)相連接，使熱網(wǎng)控制系統(tǒng)起主導(dǎo)作用的效果。這樣就可以實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，通過(guò)熱網(wǎng)首站和各個(gè)熱力站控制系統(tǒng)與熱網(wǎng)監(jiān)控控制室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的相連接，可以大大提高熱網(wǎng)的運(yùn)行效率，減少經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本，方便群眾，方便自己。

熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)為了能在規(guī)定的情況下自動(dòng)的維持系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，具體包括以下幾個(gè)方面：

1)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。

熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，然后實(shí)時(shí)采集全網(wǎng)的信息并及時(shí)更新，如各個(gè)熱力站的各種運(yùn)行參數(shù)，各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況等等。

2)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。

自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)反饋情況，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的一系列參數(shù)及自動(dòng)控制裝置的啟動(dòng)停止。

3)遠(yuǎn)程控制裝置。

監(jiān)控站的操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)界面的一些實(shí)時(shí)信息，通過(guò)鼠標(biāo)或者鍵盤根據(jù)相應(yīng)的設(shè)備參數(shù)，及時(shí)自動(dòng)或者手動(dòng)控制裝置進(jìn)行加減停。

4)系統(tǒng)報(bào)警裝置。

當(dāng)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備異常或者是參數(shù)超標(biāo)等情況時(shí)，危險(xiǎn)報(bào)警燈會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)信息，及時(shí)通知工作人員進(jìn)行維修。

5)電機(jī)保護(hù)。

在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)里有循環(huán)泵的啟動(dòng)失敗及報(bào)警界面，一旦電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行循環(huán)泵過(guò)載保護(hù)及報(bào)警。

6)系統(tǒng)操作問(wèn)題。

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種形式，可根據(jù)環(huán)境外部情況及熱網(wǎng)用戶的實(shí)際溫度進(jìn)行選擇手動(dòng)還是自動(dòng)。

2.2 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

熱網(wǎng)監(jiān)控的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件由熱網(wǎng)監(jiān)控中心服務(wù)中心、GPRS網(wǎng)絡(luò)、DTU裝置、傳感器、溫濕度采集裝置等組成。

1)熱網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度中心主要是為了滿足熱網(wǎng)用戶的需求，通過(guò)及時(shí)收集各個(gè)換熱站運(yùn)行參數(shù)，歷史數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等情況，主要是為了調(diào)度信息，由各不相同的服務(wù)器和工作站組成。

2)根據(jù)需要，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要由換熱站內(nèi)部的控制器、PCI數(shù)據(jù)采集卡、液晶顯示屏、無(wú)線采集設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)一次元件熱電阻、壓力變送器等組成。

3)通訊網(wǎng)絡(luò)全權(quán)由GPRS網(wǎng)絡(luò)提供。

而軟件則主要由調(diào)度中心監(jiān)控軟件，換熱站組態(tài)軟件及通訊軟件組成。

1)調(diào)度中心的監(jiān)控軟件主要是基于B/S結(jié)構(gòu)，用Internet或者是內(nèi)部局域網(wǎng)來(lái)遠(yuǎn)程訪問(wèn)的，如果沒有安裝客戶端，則需要打開IE瀏覽器即可進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。監(jiān)控軟件主要安裝在監(jiān)控中心的服務(wù)器上，通過(guò)監(jiān)控各個(gè)換熱站的熱網(wǎng)運(yùn)行情況，并根據(jù)各個(gè)站運(yùn)行參數(shù)，例如壓力，熱水流量，室內(nèi)外溫度等，及時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送實(shí)時(shí)參數(shù)設(shè)置指令，便于進(jìn)一步控制熱網(wǎng)溫度。且服務(wù)器具有保存功能，每間隔一段時(shí)間就會(huì)將換熱站的數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，及時(shí)保存，及時(shí)操作。

2)調(diào)度中心通訊軟件主要的任務(wù)是為了完成快速掃描各個(gè)換熱站的最新數(shù)據(jù)，也可以隨機(jī)抽取任意一個(gè)換熱站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)可以作為實(shí)施數(shù)據(jù)也可以作為歷史數(shù)據(jù)當(dāng)做參考，

而作為通訊軟件的另一個(gè)部分的現(xiàn)場(chǎng)控制器或無(wú)線采集裝置來(lái)說(shuō)，其作用主要是自動(dòng)響應(yīng)監(jiān)控中心軟件的呼叫，隨時(shí)接收上位機(jī)的指令，按照要求提供各種數(shù)據(jù)支持服務(wù)。

3)換熱站組態(tài)軟件通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓力、流量、溫度等一次元件的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行刪選剔除一些不良數(shù)據(jù)，并迅速將采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地的數(shù)據(jù)庫(kù)中，存儲(chǔ)時(shí)間，采集周期可以自行進(jìn)行設(shè)定，并將運(yùn)行參數(shù)以圖畫的形式顯示在每一個(gè)換熱站的現(xiàn)場(chǎng)，然后隔一段時(shí)間將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，隨時(shí)進(jìn)行備份。

3 城市熱網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)的整體作用

城市熱網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)主要是一套面向城市集中供熱領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)的控制系統(tǒng)，通過(guò)將通訊網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心、熱力站、熱源相連接，然后把各個(gè)熱力站和熱源看做一個(gè)整體進(jìn)行調(diào)控，這樣整個(gè)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)就成為一個(gè)相互連接的整體，達(dá)到統(tǒng)一控制、集中監(jiān)控，從根本上提高了城市集中供熱的自動(dòng)化程度，節(jié)約資源、節(jié)約成本。

通過(guò)采用監(jiān)控中心與熱力站監(jiān)控部分分工協(xié)作，監(jiān)控中心負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的參數(shù)及供熱負(fù)荷預(yù)測(cè)，根據(jù)各個(gè)熱力站發(fā)出的控制參數(shù)及指令，及時(shí)控制，以便實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的控制。各個(gè)熱力站也可根據(jù)自己檢測(cè)的參數(shù)和指令對(duì)自己的熱力站進(jìn)行控制，在情況異常的條件下，及時(shí)反饋信息到監(jiān)控中心，并采取強(qiáng)有力的措施進(jìn)行控制。通過(guò)監(jiān)控中心的統(tǒng)一調(diào)度，各個(gè)熱力站互不干擾，獨(dú)立完成各自的工作，即使某一熱力站出現(xiàn)問(wèn)題，也不會(huì)影響其他熱力站，并通過(guò)監(jiān)控中心及時(shí)解決。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)全面介紹熱網(wǎng)遠(yuǎn)程換熱站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)對(duì)硬件、軟件的分析和總結(jié)可以看出，熱網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有較好的實(shí)用性和操作性，非常適合現(xiàn)代城市的發(fā)展要求，值得推廣使用。

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Overall design of distributed urban heating network integrated monitoring★

Cao Yu1Tian Siqing1,2*Zheng Jiafeng1

(1.CollegeofMechanicalEngineering,JiamusiUniversity,Jiamusi154007,China; 2.CollegeofInformationScienceandElectronicTechnology,JiamusiUniversity,Jiamusi154007,China)

Namely through the use of PLC-based monitoring terminal of the secondary side of the heat pipe station temperature, pressure real-time monitoring, followed by GPRS wireless communication to the first stop of the central control room by the computer through data processing, fuzzy control issued a control order, the thermal power station on the side of the water to adjust the electrical control valve to ensure that the temperature of the thermal station to maintain a certain range, to ensure the stable operation of the heating network.

central heating, urban heating network, monitoring system, GPRS

1009-6825(2017)02-0125-02

2016-11-10

曹 宇(1991- )，男，在讀碩士

田思慶(1965- )，男，碩士生導(dǎo)師，教授

TU995.3

A

★:佳木斯大學(xué)應(yīng)用重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：12Z2201526)；佳木斯大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：LZ2016_002)