熱網監控系統在供熱管理的應用

摘 要

摘要：結合工程實際，對熱網監控系統的結構及功能進行了探討。分析了熱網監控系統在實際運行中產生的社會效益和經濟效益。關鍵詞：熱網監控系統；監控中心；熱力站；通信網絡Applicatio
摘要：結合工程實際，對熱網監控系統的結構及功能進行了探討。分析了熱網監控系統在實際運行中產生的社會效益和經濟效益。
關鍵詞：熱網監控系統；監控中心；熱力站；通信網絡
Application of Monitoring System for Heat-supply Network to Heating Management
ZHOU Yanqing，PEI Mingzhe
Abstract：The structure and functions of monitoring system for heat-supply network are discussed with an engineering example.The social and economic benefits generated by the monitoring system for heat-supply network during its actual operation are analyzed.
Key words：monitoring system for heat-supply network；monitoring center；substation；eommunication network
   供熱系統的運行調節始終圍繞著熱源供熱量與熱用戶用熱量之間的匹配問題展開。但是，熱源的調節余地是有限的，而熱用戶用熱量的變化范圍較大。因此，對熱源、熱網、熱用戶等的運行工況、狀態進行實時監控，通過熱網監控系統對運行參數進行采集記錄、儲存統計、匯總分析，將資源進行合理調配與控制勢在必行。熱網監控系統可用于協調熱源供熱量與熱用戶用熱量之間的關系，實現按需供熱，采集、儲存、統計、分析熱網的運行參數，實現供熱設備的實時監控和故障診斷[1～12]。本文結合某熱網監控系統的建設與運行，對熱網監控系統在供熱管理中的應用進行探討。
1 熱網監控系統建設的背景
   近年來，唐山的城市供熱得到了快速發展。特別是2009、2010年分別投入5.6×108、5.06×108元引入大唐陡河電廠、大唐豐潤電廠熱源并進行了配套熱網工程建設，使唐山市熱力總公司總供熱面積達到2535×104m2，供熱能力達到4000×104m2，熱力站360座，大型中繼泵站2座，并已形成多熱源環狀管網。
    唐山市熱力總公司于1998年開始建設熱力站控制系統，當時為亞洲銀行貸款項目，所屬西部分公司的80座熱力站安裝了本地控制裝置。熱力站內安裝S7-300、S5-100兩種PLC可編程控制器、電動調節閥等設備。根據采集的室外溫度、本地供熱曲線，PLC可編程控制器通過電動調節閥控制熱網流量，并顯示一二級管網溫度、壓力、流量等參數。截至2009年供暖期前，共安裝投入運行熱力站控制系統240套，并完成熱網監控系統的建設。
2 熱網監控系統的結構及功能
   ① 熱網監控系統結構
熱網監控系統分為3層，拓撲結構見圖1。上層——監控中心，即熱網監控系統的控制與信息交換中心，包括操作員站、工程師站等。中間層——數據通信網絡，連接監控中心與熱力站，負責數據與控制指令的傳輸。下層——熱力站。

② 監控中心
監控中心是熱網監控系統的指揮中心，硬件設備主要包括：數據庫服務器、數據采集服務器、全網平衡控制服務器、工程師站主機、操作員站主機、網絡打印機、顯示屏等。軟件系統包括應用軟件與數據庫，應用軟件有智能控制系統、熱源數據傳輸系統、室內溫度采集系統、熱表數據采集系統、視頻系統等軟件。數據庫包括歷史數據庫、實時數據庫等，通過內部局域網進行系統間數據訪問和共享。
監控中心的調度人員通過操作員站監控熱網運行情況，操作員站配置熱力站工藝流程畫面、熱力站名稱及通信狀態匯總畫面、歷史記錄查詢畫面、報警畫面、登錄管理畫面等。根據唐山市熱力總公司的組織機構，共設置4個分公司操作員站、1個備用操作員站，每個操作員站管理一個分公司的所屬熱力站。
工程師站主要負責熱網監控系統的軟硬件、通信、熱力站現場裝置的維護，分析解決故障，確保熱網監控系統安全穩定運行。在工程師站配置組態軟件(開發版)，開發、維護、修改、完善組態應用軟件。工程師站配置數據庫分析及管理應用軟件、熱網仿真軟件、熱力站仿真分析軟件、生產運行調度及全網平衡分析軟件、數據地理信息顯示應用軟件等。
    監控中心的功能為：對熱力站運行參數進行實時有效采集，掌握運行工況。根據運行工況對全網進行優化調度，平衡全網的供熱需求。實時診斷系統運行故障，并進行報警。根據室外溫度預測供熱負荷需求。實現熱力站內熱量表、水表、電表等數據的采集，變頻循環泵工作頻率的采集與控制，熱力站內視頻圖像的傳輸，典型用戶室內溫度的采集與分析。建立運行檔案，便于分析、歸檔、共享，提升管理水平。
   ③ 數據通信網絡
    數據通信網絡擔負著各熱力站與監控中心之間的數據傳輸任務，在熱網監控系統設計時，應考慮數據通信系統的性能、造價、運行費用等因素。采用ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非對稱數字用戶環路)建立數據通道。ADSL技術利用現有的電話線，加裝ADSL MODEM組成高速信息通道，是一種實時性較好、可靠性較高的通信方式，適用于組建熱網監控系統的數據通信網絡。各熱力站采用ADSL線路組建VPN(Virtual Private Network，虛擬專用網絡)內網與監控中心VPN專網點對點相連并相互通信。
   ④ 熱力站
   每座熱力站內的PLC可編程控制器均配備通信模塊，實現與監控中心的數據交換。PLC可編程控制器實現以下功能：模擬量信號、數字量信號的采集監控。根據監控中心的指令，設定或改變運行曲線，并通過調節電動閥、變頻器等執行裝置予以實施。可在通信故障時脫離監控中心完全獨立運行。具有運行工況超限、設備故障、火災、被盜、水淹等報警功能。視頻圖像的采集與上傳功能。
   ⑤ 其他主要設備及功能
   數據采集服務器負責采集各熱力站的運行參數，建立熱力站與監控中心的數據通道。數據采集服務器將采集的數據發送至數據庫服務器，通過全網平衡控制服務器下發指令到各熱力站，并接受操作員站的數據訪問。它是數據采集與分配、轉發的中心，要求可靠性高、性能好。
   全網平衡控制服務器負責采集標準氣象點的參數、各個熱源出口監測點的參數、熱網關鍵節點(包括分段閥門井、解列閥門井、中繼泵站)的運行參數、最不利環路熱力站(最遠端熱力站、水力匯交點附近熱力站、已知的供熱效果較差的熱力站、建筑年代較早的熱力站等)的運行參數。
3 熱網監控系統產生的效益
   熱網監控系統實現了全網供熱數據集中實時監控，為節能供熱與管理創新提供了強有力的技術支撐。熱網監控系統項目投入資金逾300×104元。西部分公司2009—2010年、2010—2011年供暖期能耗比較見表1。由表1可知，在熱網監控系統投入運行后，節能率達16%以上。熱網監控系統的成功應用，改善了熱網平衡，熱用戶室內溫度穩定達標，提高了室內舒適度。提高了集中供熱的自動化管理水平，降低了運行成本，使人力資源得到了釋放，實現了減員增效的目標。減少了能源消耗，降低了碳排放量，響應了國家“節約能源、保護環境”的號召。
表1 西部分公司兩個供暖期能耗比較
項目
供暖期
2009—2010年
2010—2011年
供熱面積/m2
8184905
8776524
供熱時間/h
2838
2679
室外平均溫度/℃
-3.46
-3.34
單位面積耗熱量/(MJ·m-2)
412
346
4 結語
    熱網監控系統的應用使分散的熱力站成為了一個整體，實現了區域內各熱力站的統一調度管理，確保了集中供熱系統協調有序地安全運行。熱網運行參數的實時采集，實現了監控中心顯示參數與熱力站運行參數保持同步。熱網運行參數的全面監控，實現了調度人員全面、直觀地掌握從熱源到熱力站的運行情況。熱網運行參數的綜合分析，使調度人員能夠及時判斷運行工況，在最短的時間內發現和處理故障。實現了熱網平衡運行，消除了大面積過熱、過冷現象，改善了供熱效果。
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(本文作者：周燕青 裴明哲 唐山市熱力總公司 河北唐山 063000)