城市熱網監控管理系統設計★

常世杰 吳桂云

(佳木斯大學信息電子技術學院,黑龍江 佳木斯 154007)

0 引言

伴隨著房地產業的逐步興起和基礎建設體系的逐步完善，完成了鄉村到城市的跨越，為營造和諧安定的社會氛圍，提高人民幸福指數，城市熱網也隨之鋪設開來，成為社會未來發展潛力的標志。

熱網體系隨城市規模的擴大而擴展、換熱站的分塊管理與管網設施的數據監督使城市熱網的發展迎來新的挑戰。迫切需要一款熱網監督管理平臺，將各個換熱站、各管網通道以及用戶站點數據進行綜合分析處理，可實現熱網系統運行的遠程管理，有效實現對熱網供熱溫度控制。因此，應用組態王KingView軟件設計電腦端監控界面，硬件采用PLC可編程邏輯控制器，通過流量、溫度傳感器測量各管網底層信息，上傳至PLC完成對供熱系統的控制，連接至組態王完成對數據的采集分析。便于遠程操作熱網系統與熱網信息采集，降低熱網系統人力投入，對熱網系統檢修提供便捷，保障熱網系統安全穩定運行。

1 城市熱網系統分析

城市熱網系統以集中供熱為主要形式，以熱電聯產為主要熱源，呈輻射狀向周邊供熱。城市熱網系統機構圖如圖1所示。詳細劃分為集中熱源區、換熱區、溫控區、補水區與供熱區五大塊，熱源區以熱電廠為主，負責發電與供暖聯合。換熱區以換熱站為核心，為溫控區最主要的信息采集機構，負責一次管網供、回水溫度和流量、二次管網供、回水溫度和流量、補水與泄流的流量檢測等，換熱站中的換熱器是進行熱量交換的主要場所。溫控區完成對整個運行系統的監控與操作，實現底層信息采集，電磁閥開度的調節與整個系統的停啟。補水區負責維持管壓平衡與流失水分的補充。供熱區為用戶層，是熱網系統主要供熱對象。

2 熱網監控管理系統設計

2.1 系統功能規劃

根據城市熱網系統分析，城市熱網監控管理系統應當具有以下功能：

1)可實時采集各站點檢測信息，并進行分析記錄，可直觀呈現出城市熱網系統的運行狀態，對城市熱網設備及管網維護提供便捷。

2)可實現手動到自動的自由切換，自動運行狀態時，系統通過硬件PLC完成PID運算，降低預設值與測量值之間的偏差，當遇到突發事件時可根據實際情況切換到手動運行狀態，實施人工干預熱網運行狀態。

3)可實現信息數據處理并繪制出相應變化曲線，可直觀觀察到溫度流量的變化趨勢，進行運行狀態的預測與參數計算。

4)可實現聲光報警，對于超過理想設定值一定變化范圍時，進行聲光報警并閃爍，同時系統自動記錄對于時間節點系統反應狀態，并后臺自動生成文件，方便后期系統運維檢查。

5)可實現在超高報警時，當報警信息持續一定時間，無人響應時實現自動切斷支路管網，停止該網段運行狀態，提高熱網安全性與穩定性。

2.2 建立監控系統與硬件連接

系統上位機為計算機，界面展示為應用組態技術的監控管理平臺，系統結構圖如圖2所示。上位機外設連接為打印機與聲光音響等設備，便于對組態采集到的數據報表進行打印，當故障發生時實現對應的聲光報警，具有較強警示作用。下位機采用PLC可編程邏輯控制器來控制流量電磁閥，通信模塊與溫度傳感器與流量傳感器相結合，完成系統底層的數據采集。

2.3 主界面

基于組態軟件的電腦端城市熱網監控管理系統設計，通過與硬件建立連接協同工作，實現遠程數據采集與操作管理，頁面信息與按鍵匯聚在主監控界面中，其他界面通過彈窗的形式展現。進行主界面監控管理系統設計時，需根據系統功能規劃，初步確定整個監控過程中所需變量，所需變量分配表如表1所示。

表1 組態系統變量表

熱網監控管理系統主界面如圖3所示。涉及手動操作到自動操作方式的切換、溫度變化曲線以及報警數據等按鍵功能，右上角時鐘可實時同步電腦端日期，將所有反應數據及變量的變化展現在該界面中，每個數據均來自于位于熱網系統底層的檢測元件，準確的記錄一次管網與二次管網的供、回水溫度和流量，流量的精準統計保證了系統對熱量控制的準確度。

在總熱量一定的前提下，通過PLC對一次管網流量調節閥的控制進而控制一次管網溫度，間接改變二次管網的溫度，在二次側溫度過高時，直接減小二次管網流量的開度，可實現對二次管網溫度的直接控制。界面上的四個指示燈反映出各節點的運行狀態，綠色代表達到系統反應要求，紅色表示系統進入標準運行狀態。當用戶層供熱不足，即熱負荷增大時，可開啟第二臺增壓泵，提高二次管網壓力，滿足供熱用戶的熱需求。

2.4 手動操作窗口

手動操作窗口具有相應調節閥開度設置，手動操作彈窗界面如圖4所示。在自動操作被打斷后，通過手動操作實現各個站點之間的調節，此時PLC的PID調節不起作用，運行狀態跟隨人工干預。通過操作員滑動實現對應調節閥開度調節，手動模式下需要人工實時監督操作，能夠及時有效地對異常網段進行調節，降低熱網維護難度，提升熱網系統安全性與快速性。

2.5 溫度變化曲線

熱網運行中，操作員如需了解用戶層溫度情況變化，可通過點擊主界面中“溫度變化曲線”，彈出溫度變化曲線窗口，室內溫度變化曲線如圖5所示。溫度變化曲線反映出當前熱網運行狀態下，用戶室內溫度的變化，直接關乎到用戶層體驗，縱坐標為溫度幅值，橫坐標為時間節點，為方便工作人員對數值讀取，在屏幕右側顯示當前溫度具體數值。

2.6 報警數據

根據熱網工藝分析，確定熱網系統各個管網中溫度變化正常范圍，將熱網運行控制在臨界變化范圍內。在組態中對被限制變量設定變化范圍，當被限制變量變化超出范圍將產生報警信息，提示工作人員對運行狀態進行調整或檢修。外設更高一級變化范圍，使得該范圍大于前一次設定范圍，但仍在臨界變化范圍以內，目的是當溫度變化超過初次給定范圍，持續一段時間后仍舊沒有操作人員處理時，根據程序實現調節閥的自動關斷，代替人工人員候補操作，對產品安全具有雙重保障，避免安全事故的發生。報警窗口如圖6所示。對報警數據進行實時記錄，并在電腦后臺指定位置生成數據文件，該文件可作為日后系統運行維護參考依據，數據中包含系統運行時間與狀態，報警數據與報警類型，發生異常的變量前后數值變化。正常運行時不顯示，當發生異常時，恢復值無數據；系統正在恢復時，恢復值中對應當前調整的數據，以紅綠交替的形式展現，可及時顯示異常狀況的發生并預警系統異常變化，提高熱網系統安全性。

3 結語

通過應用組態王軟件完成電腦端監控管理系統設計，將硬件PLC與組態畫面建立連接，實時傳輸基層數據至電腦端實現基層數據采集，可直觀反映出熱網系統運行狀態。同時在組態中通過相應算法進行必要的數據分析，使操作員對用戶溫度變化趨勢了如指掌，可根據關鍵參數變化產生不同階級的報警信息，并在后臺將系統運行的歷史數據保存。該平臺的設計，便于對熱網運行狀況的監督與統計，可實現跨區域操作熱網不同網段運行，對熱網后期運行維護提供極大便利，保障系統安全穩定運行，提升用戶體驗感，降低熱網系統的人力投入，具有較高的社會效益與推廣價值。