分散式供暖遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周宗敏 于森

（山東濟(jì)能管道燃?xì)庥邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013）

近年來，在供暖企業(yè)中，由于煤炭和水電價(jià)格上漲、家庭供熱設(shè)備陳舊、管理人員數(shù)量眾多和人員專業(yè)素質(zhì)等諸多因素，供熱鍋爐的運(yùn)行成本逐年增加，促使一些供暖企業(yè)陷入了無利經(jīng)營的困境，面對如此嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，為有效減少冬季供暖期霧霾污染問題，我國北方地區(qū)大面積推廣“煤改電”清潔能源供暖。目前主流的煤改電取暖方式主要為空氣源熱泵、電鍋爐。空氣源熱泵相比電鍋爐具有節(jié)能優(yōu)勢，但能效比會(huì)隨著冬季溫度降低而減小，在極寒天氣下甚至停止工作。供暖企業(yè)擺脫困境的出路應(yīng)為減少國家有限煤炭資源的消耗，以減少其燃燒造成的環(huán)境污染，而不是選擇多收費(fèi)、多燃燒、多污染，保證居民的供熱需求，從根本上降低供暖企業(yè)的運(yùn)行成本，增加供暖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

一、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的概念

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)主要指嚴(yán)格監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場情況，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，彌補(bǔ)地域局限性。總之，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的幫助下，可以實(shí)時(shí)監(jiān)督和控制供暖生產(chǎn)現(xiàn)場，突破時(shí)間和地點(diǎn)的限制。目前的煤改電供暖系統(tǒng)主要應(yīng)用于不便于集中供暖的場所，單個(gè)系統(tǒng)供暖面積不大，且系統(tǒng)分布分散，現(xiàn)場管理維護(hù)人員專業(yè)水平不高。為有效提高空氣源熱泵和電鍋爐聯(lián)合供暖系統(tǒng)的工作效率，根據(jù)室外環(huán)境溫度來調(diào)整系統(tǒng)供回水溫度，合理配置空氣源熱泵和電鍋爐的工作時(shí)間，確保系統(tǒng)高效工作。在供暖生產(chǎn)相關(guān)管理工作中，遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)督和控制作用顯著，不僅可以掌握所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)和生產(chǎn)部門的工作情況，還可以遠(yuǎn)程操作供暖生產(chǎn)和管理工作。

二、遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)功能分析

分散式煤改電管理系統(tǒng)兼具本地自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程管理作用，主要包括本地控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測、遠(yuǎn)程管理三大功能，第一是本地控制。供暖系統(tǒng)包括空氣源熱泵、電鍋爐、循環(huán)泵等設(shè)備，需要能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場就地控制啟停，包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制模式，根據(jù)設(shè)備類型采用直接驅(qū)動(dòng)和通信驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行控制。第二是實(shí)時(shí)監(jiān)測。系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中需要實(shí)時(shí)獲取各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、環(huán)境溫度、管路溫度等數(shù)據(jù)，來監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。第三是遠(yuǎn)程管理。為便于系統(tǒng)的管理，需增加遠(yuǎn)程管理功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；能耗管理功能記錄系統(tǒng)每日能耗數(shù)據(jù)，以用于系統(tǒng)耗電性能分析；節(jié)能管理功能按時(shí)間段設(shè)置空氣源熱泵和電鍋爐的供回水溫度，達(dá)到節(jié)能效果。

（二）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)功能主要包括本地控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測兩部分。

1.本地控制實(shí)現(xiàn)。本地控制利用可編程邏輯控制器（PLC）通過電氣控制手段實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵、空氣源熱泵、電鍋爐的啟停。其中循環(huán)泵的啟停通過接觸器、熱繼電器實(shí)現(xiàn)，空氣源熱泵和電鍋爐通過MODBUS 通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)。空氣源熱泵和電鍋爐的通訊數(shù)據(jù)的類型及格式均設(shè)置為：數(shù)據(jù)長度8，停止位1，傳輸速率9600，無校驗(yàn)。MODBUS 錯(cuò)誤校驗(yàn)采用16 位CRC 校驗(yàn)。通過通訊指令可以讀取空氣源熱泵和電鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，控制設(shè)備的啟停，設(shè)置供回水溫度。

2.數(shù)據(jù)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、供回水溫度、環(huán)境溫度、能耗數(shù)據(jù)。循環(huán)泵運(yùn)行和故障利用PLC 通過檢測接觸器狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)，空氣源熱泵和電鍋爐運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)通過MODBUS 協(xié)議讀取參數(shù)可實(shí)現(xiàn)。供回水溫度通過讀取管路上的4-20mA 溫度變送器實(shí)現(xiàn)。環(huán)境溫度通過讀空氣源熱泵室外溫度參數(shù)來獲取。能耗數(shù)據(jù)通過讀取具有尖峰平谷功能的電表實(shí)現(xiàn)，電表采用DL/T 645—07 協(xié)議，需要通過PLC 自由口實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)格式設(shè)置為：波特率2400，偶校驗(yàn)。PLC獲取電表耗電量數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析得到總電量、峰平谷電量，實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)測。

（三）遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過PLC 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本地控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測，選取4G DTU 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云服務(wù)器，通過在云服務(wù)器部署WEB GUI，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端、PC端的設(shè)備管理，為了便于直觀地對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)界面，包括系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、節(jié)能設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)測界面。

總結(jié)：通過對上述的內(nèi)容進(jìn)行分析研究之后能夠得出，總之本文設(shè)計(jì)了分散式供暖遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程管理功能，確保了供暖系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定運(yùn)行。通過能耗數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證了供暖管理系統(tǒng)可以有效地降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。