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熱網(wǎng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)

一、概述
目前，我國北方地區(qū)冬季主要采用集中供暖方式進行供熱。集中供熱是指以熱水或蒸汽作為熱媒，由一個或多個熱源通過熱網(wǎng)向城市、鎮(zhèn)或其中某些區(qū)域熱用戶供應(yīng)熱能的方式，包括熱源、管網(wǎng)、換熱站和用戶這4部分。
熱源通常是熱電廠或是區(qū)域鍋爐房，主要分為蒸汽鍋爐和高溫高壓熱水鍋爐；
管網(wǎng)根據(jù)介質(zhì)不同通常分為蒸汽管網(wǎng)和高溫高壓熱水管網(wǎng)；
換熱站根據(jù)換熱形式不同分為汽水換熱、水水換熱和混水換熱。
熱源通過城市供熱管道將熱水或熱蒸汽送至各用戶所在社區(qū)的換熱站。在換熱站，連接熱電廠的一次管道與連接熱用戶散熱器的二次管道通過換熱器進行熱量交換。經(jīng)過換熱后，二次管道中的熱水流入各熱用戶居室中。

在以上過程中，供熱調(diào)度部門需對分布在不同地理位置的換熱站中的溫度、壓力、流量等參數(shù)進行集中監(jiān)控，同時，根據(jù)從現(xiàn)場監(jiān)測到的各換熱站的運行參數(shù)，向熱電廠發(fā)出調(diào)度命令以及時調(diào)整其運行工況，保證供熱設(shè)施的穩(wěn)定可靠運行。
在供熱調(diào)度部門對供熱監(jiān)控系統(tǒng)要求不斷提高的現(xiàn)狀，我國大部分熱網(wǎng)系統(tǒng)仍處于人工手動操作階段，影響了集中供熱優(yōu)質(zhì)性的充分發(fā)揮。主要反映在：
缺少全面的參數(shù)測量手段，無法對系統(tǒng)整體做出分析判斷；
水力失調(diào)難以消除，造成用戶冷熱不均；
供熱系統(tǒng)未能運行在穩(wěn)定工況，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不優(yōu)化，供熱量與需求量不匹配；
運行數(shù)據(jù)不全，難以實現(xiàn)量化管理。
因此，熱網(wǎng)系統(tǒng)的自動化改造勢在必行，通過改造后，熱網(wǎng)系統(tǒng)的自動化程度有效提高，提高了供熱行業(yè)的管理水平。保證整個熱網(wǎng)系統(tǒng)高質(zhì)量、環(huán)保經(jīng)濟、穩(wěn)定可靠的運行。
二、解決方案
“熱網(wǎng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)”囊括了三個方面：熱源監(jiān)控系統(tǒng)、換熱站監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控中心調(diào)度系統(tǒng)。通過這3個部分的有機組合，形成了一整套自熱源到終端熱用戶的自動化監(jiān)控平臺。
1.系統(tǒng)優(yōu)勢
１).熱網(wǎng)無人值守遠程監(jiān)控系統(tǒng)解決了熱網(wǎng)水力失調(diào)現(xiàn)象，實現(xiàn)了熱網(wǎng)平衡運行，提升了供熱質(zhì)量。
　　２).起到了節(jié)能降耗的作用，換熱站根據(jù)室外溫度的變化，自動調(diào)節(jié)供水溫度，并可進行分時供暖，從而在很大程度的節(jié)約了能耗，并且提高供熱的服務(wù)質(zhì)量。
　　３).熱網(wǎng)監(jiān)控中心與現(xiàn)場保持數(shù)據(jù)同步，這是以往熱網(wǎng)運行中投入多大的人力及物力都不可能實現(xiàn)的。
　　4).現(xiàn)場計量數(shù)據(jù)實時傳送至監(jiān)控中心，并將記錄備案，避免了計量方面的損失。
5).開放的通訊協(xié)議，可以輕松進行系統(tǒng)拓展升級；上位機組態(tài)系統(tǒng)支持DDE、OPC、SQL，為莫迪康、施耐德、西門子、AB等提供了廣泛的驅(qū)動支持，從而可以將其它設(shè)備輕松接入本系統(tǒng)。
6).熱網(wǎng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)能監(jiān)控?zé)嵩?、各處管網(wǎng)、換熱站的運行工況，通過對熱網(wǎng)整體運行參數(shù)的掌握，分析判斷各節(jié)點的平衡度、熱網(wǎng)運行的不利點，預(yù)測調(diào)整熱源與熱負荷的熱平衡，針對熱網(wǎng)運行出現(xiàn)的問題，監(jiān)控調(diào)度中心向熱源或各換熱站發(fā)出調(diào)度指令，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)運行。
2.功能特點
“熱網(wǎng)無人值守遠程監(jiān)控系統(tǒng)”主要完成了對工藝流程的監(jiān)測、控制以及數(shù)據(jù)的處理、存儲、分析以及報表打印等任務(wù)。
工藝流程顯示：顯示熱源及各個換熱站的工藝流程，包括壓力、溫度、流量和液位等，所有設(shè)備的運行、故障狀態(tài)及各控制回路的設(shè)定參數(shù)等；
控制回路顯示：所有設(shè)備控制回路的設(shè)定值、控制方式、控制參數(shù)等，實現(xiàn)在監(jiān)控中心即可通過鼠標(biāo)、鍵盤來控制現(xiàn)場設(shè)備的啟停和調(diào)節(jié)；
歷史曲線：顯示所有工藝參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)的歷史曲線；
報表輸出：可以查詢?nèi)我鈺r間段每個監(jiān)控站被監(jiān)控的數(shù)據(jù)報表，報表可打印并可導(dǎo)出至EXCEL文件，方便編輯保存；
穩(wěn)定管理：多級操作權(quán)限，便于管理人員實現(xiàn)分層管理，系統(tǒng)對重要的操作系統(tǒng)均會記錄下時間及操作人員帳戶名稱，以利于進行管理及事故分析；
拓展性：系統(tǒng)可自由增減監(jiān)控站的數(shù)量及其設(shè)備數(shù)量；支持協(xié)議廣泛，為其它系統(tǒng)的接入預(yù)留了豐富的接口。
三、系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由監(jiān)控中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、熱源/管網(wǎng)及各換熱站現(xiàn)場智能控制設(shè)備、熱工儀器儀表設(shè)備四部分組成。
監(jiān)控中心：由中心服務(wù)器、UPS電源、打印機及上位機監(jiān)控軟件等組成。
通訊網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)傳輸模塊、交換機及通信鏈路等。
熱源/管網(wǎng)及各換熱站現(xiàn)場智能控制設(shè)備：各壓力、溫度、流量和液位傳感器、電動調(diào)節(jié)閥、電機控制設(shè)備、PLC控制設(shè)備等。
熱工儀器儀表設(shè)備：由積算儀表、高精度傳感器、閥門、電能表等組成。

1.監(jiān)控中心配置
監(jiān)控中心服務(wù)器分為操作員計算機、工程師計算機、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、報警服務(wù)器和Web服務(wù)器，在各計算機和服務(wù)器上裝有上位機監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)庫軟件，操作人員可通過其直接查看整個熱網(wǎng)系統(tǒng)各個部分的運行參數(shù)，并可根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整熱網(wǎng)系統(tǒng)的運行工況。上位機軟件還可提供數(shù)據(jù)報表、趨勢曲線及超限報警等，以幫助操作人員更全面地了解熱網(wǎng)系統(tǒng)的運行工況。

2.通訊網(wǎng)絡(luò)

通訊網(wǎng)絡(luò)用以將監(jiān)控中心和現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備聯(lián)系起來，熱力公司可根據(jù)自身情況選擇合適的通訊方式。
1).基于公共電話網(wǎng)撥號的ADSL
利用既有的公共電話網(wǎng)，通過ADSL調(diào)制解調(diào)器撥號的方式與監(jiān)控中心建立通訊連接。
優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)簡單，利用現(xiàn)有的電話線改裝，連接速度快；
缺點：運行費用較高。
2).無線通訊網(wǎng)絡(luò)：無線電臺
采用公用無線頻段，自建無線發(fā)射、接收站。
優(yōu)點：運行費用較低；
缺點：安裝工作量較大、網(wǎng)絡(luò)不太穩(wěn)定、易受干擾、實時性差。
3).專業(yè)線路
系統(tǒng)中的所有終端設(shè)備通過企業(yè)內(nèi)部有線網(wǎng)絡(luò)連接至監(jiān)控中心。
優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸速度快，抗干擾能力強，運行費用低。
缺點：二次施工工程量大。
4).GPRS無線網(wǎng)絡(luò)
通過GPRS無線傳輸模塊，將分散在系統(tǒng)各處的終端設(shè)備連接至Internet，數(shù)據(jù)通過Internet被傳送至監(jiān)控中心。
優(yōu)點：安裝簡便，只需對設(shè)備現(xiàn)場填加一臺GPRS模塊即可，數(shù)據(jù)傳輸速度較快，運行費用較低。
缺點：受GPRS信號覆蓋的限制。
3.現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備
現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備主要是各種傳感器、換熱器、控制閥門、配電設(shè)備、電機驅(qū)動設(shè)備及PLC控制設(shè)備等。
配電設(shè)備提供電能計量、過壓保護、短路保護等功能，為現(xiàn)場各種用電設(shè)備提供能源。
分布在現(xiàn)場各個節(jié)點的傳感器將現(xiàn)場各種運行參數(shù)如壓力、溫度、流量等傳送至PLC控制設(shè)備，PLC根據(jù)這些參數(shù)信息自動調(diào)整閥門開度和電機轉(zhuǎn)速，以使熱網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟可靠的運行。
現(xiàn)場控制設(shè)備有三種控制方式：就地控制、現(xiàn)場觸摸屏控制及上位機遠程控制。

4、熱工儀器儀表設(shè)備
熱工儀器儀表設(shè)備用以計算現(xiàn)場的累計流量、累計熱量和累計電量等。
5、換熱器
分為板式換熱器和管式換熱器。
a. 傳熱基本公式
Qn：設(shè)計熱負荷（W）；K：傳熱系數(shù)；F：換熱器換熱面積；：對數(shù)平均溫差（℃）
b. 對數(shù)平均溫差公式
T1—熱側(cè)流體進口溫度（℃）；T2—熱側(cè)流體出口溫度（℃）；
t1—冷側(cè)流體進口溫度（℃）；t2—冷側(cè)流體出口溫度（℃）。
板式熱交換器由夾在框架中的一組不銹鋼傳熱板組成,結(jié)構(gòu)緊湊,在較小工作體積內(nèi)可容納較大的傳熱面積,這是板式換熱器突出的優(yōu)點之一,并且將加熱段、冷卻段和熱回收段有機地結(jié)合在一起;而同樣傳熱面積的管式熱交換器的體積就要大。

而管式換熱器由于管子的直徑較傳熱板的間距離大,管式熱交換器開機后不需經(jīng)常停機清洗,所以,管式熱交換器比板式熱交換器運行的時間長,有較大的生產(chǎn)能力，而且相比板式換熱器更加耐高溫高壓,抗熱脹冷縮能力強。

四、換熱機組
換熱機組將換熱器、循環(huán)泵、補水泵、電控柜、過濾器、底座、管路、閥門、儀表等有機結(jié)合在一起，并可加裝自動定壓補水裝置、水處理設(shè)備、水箱、水泵變頻控制、溫控閥、遠程通訊控制等，從而構(gòu)成的一個完整熱交換站。換熱機組具有標(biāo)準化、模塊化、配置齊全、安裝方便的優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用在小區(qū)集中供熱、中央空調(diào)、生活用水、企業(yè)生產(chǎn)工藝用水等系統(tǒng)中。整體式換熱機組既可用于水—水交換，也可用于汽—水交換。

1.測點精心選定，確保數(shù)據(jù)采集真是準確。
2.完備的排氣、排污及穩(wěn)定泄壓裝置，確保機組設(shè)備運行可靠。
3.標(biāo)準模塊化設(shè)計，可根據(jù)用戶情況，靈活選擇控制內(nèi)容，減少投資。
4.換熱機組上可加裝熱網(wǎng)自動化監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)換熱站自動運行一步到位。
五、系統(tǒng)工藝描述
在本項熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，PLC控制設(shè)備處于熱網(wǎng)各個節(jié)點的核心位置，它進行現(xiàn)場溫度、壓力、流量、液位信號的等采集工作；現(xiàn)場各調(diào)節(jié)閥的控制；監(jiān)控現(xiàn)場各電機、變頻器、工頻設(shè)備的運行。在設(shè)備現(xiàn)場，可通過設(shè)備上的觸摸屏完成人機交互，控制各種設(shè)備穩(wěn)定運行。

供水溫度自動調(diào)節(jié)
通過預(yù)先設(shè)定的八點溫度調(diào)節(jié)曲線，控制器可根據(jù)室外溫度計算出相應(yīng)的供水溫度，再將其與實際的供水溫度進行PID計算后，控制一次管道上的電動調(diào)節(jié)閥改變開度，進而改變一次管道中的流體流量，控制二次網(wǎng)的溫度。

循環(huán)泵自動調(diào)節(jié)
根據(jù)預(yù)先設(shè)定的供回水壓差，系統(tǒng)自動調(diào)整循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，使供回水壓差穩(wěn)定在一個設(shè)定的范圍內(nèi)。
補水泵自動調(diào)節(jié)
根據(jù)預(yù)先設(shè)定的回水壓力，自動控制補水泵，從而保證回水管道的壓力恒定。
聯(lián)鎖保護
對現(xiàn)場各個設(shè)備進行聯(lián)鎖控制，保證了系統(tǒng)的可靠運行。
數(shù)據(jù)上傳
PLC控制設(shè)備采集到的各種數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心，為監(jiān)控中心提供了熱網(wǎng)系統(tǒng)量化管理的基礎(chǔ)。

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