论文部分内容阅读
摘要：对SCADA控制系统在城市建筑供热工程中的应用进行了分析，结合实际项目案例，通过采用SCADA控制系统，达到了城市供热节能运行和智能监控的效果，降低了供热运营成本。本文介绍了热网SCADA控制系统的组成、功能和特点，认为加强热网的监控，可以提高供热质量，减少网路的水力失调，降低热网的运行成本。
关键词：热网SCADA控制系统 功能热网控制节能
Abstract: the control system in urban construction SCADA heating engineering applications of the analysis, combining the actual project case, through the SCADA control system, to the city heating energy saving operation and intelligent monitoring effect, reduce the heating operation cost. This paper introduces the network control system of SCADA component, function and characteristics that strengthening the monitoring of the network, can improve heating quality, reduce the network of hydraulic disorders, reduce the network operation costs.
Keywords: network control system function control water SCADA energy saving
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
1 概述
随着我国科学技术水平的不断提高，人们对节能和供热质量有了更高的要求。因此目前大型热源越来越多,SCADA智能控制系统在城市建筑供热中广泛应用,设专人值守的换热站传统运行方式已不能满足人们的需求。SCADA监控系统不但提高了供热质量，而且为能源的节约和运营成本的降低提供了有效途径。现在就如何建立一套完整的无人值守热网SCADA监控系统浅谈。
2 热网SCADA控制系统
热网SCADA控制系统应采用分布式控制系统，包括多座全自动无人值守热力站、一个热网SCADA控制中心和通讯网络系统。热网SCADA控制中心尽可能设在热源厂内，与热源DCS控制中心相隔较近。热网监控系统以热网SCADA控制中心为核心，包括以下几个部分：
(1)热网SCADA控制中心
监控中心内设置一台通讯服务器；两台互为热备份的冗余主、从操作站；一个操作员站；一个工程师站以及打印机，电源等。监控中心能够采集各换热站的运行参数，并通过人机界面以数字、棒图等多种形式显示。重要参数可实时历史记录，并建立实时历史数据库。对如换热站能耗等重要参数，自动生成相应分析图表。监控中心操作人员可对控制参数及控制曲线等进行修改，并下载到各换热站现场终端装置，使其按修改后的参数运行。监控中心能够对各换热站的故障进行相应的分析诊断，并报警通知监控中心操作人员。当换热站内某一测量值超出设定的正常范围或某一开关量(泵、阀门等)状态改变时，可根据不同的优先级，做出声光报警，并在监控中心操作站显示屏上显示报警信息及相应动态画面，以便监控中心操作人员对其及时处理。所有报警信息均被记录在报警数据库，以供今后检索和事故分析。
（2）远程终端站
各区域换热站内设置的远程终端站由远程终端控制器(RTU)、现场传感器及通讯系统组成。远程终端控制器通过与其相连的现场传感器和执行机构独立完成对各换热站的数据采集以及控制功能，并可完成与监控中心的通讯。
远程终端控制器(RTU)通过现场传感器对换热站如下参数进行实时检测：
1)室外温度;
2)换热机组一次管网侧供、回水温度及压力；
3)换热机组二次管网侧供、回水温度及供水压力；
4)换热机组二次管网侧除污器前、后回水压力；
5)水箱液位。
（3）远程终端控制器控制功能
远程终端控制器通过室外温度传感器，实时采集室外温度值，根据室外温度值以及远程终端控制器内已设定的运行曲线自动确定换热机组二次管网侧供水的温度设定值。远程终端控制器经过PID运算自动调节换热机组一次管网侧供水管上调节阀的开度，使换热机组二次管网侧实际供水温度始终与远程终端控制器对其设定值保持相同。这样不仅满足供热需求且极大的节约了能源，避免了二次管网侧供水的温度过高而造成的热能浪费。远程终端控制器通过变频器，根据换热机组二次管网侧供、回水压差设定值自动控制换热站内两台循环泵(一用一备)的运行，并实现循环泵的定时轮换，交替使用，以避免备用泵因长时间处于停机状态而锈死。在运行过程中若任一台循环泵发生故障，则自动切换另一台循环泵投入运行，同时向监控中心报警。若两台循环泵均发生故障，则立即停止换热机组运行并向监控中心报警。远程终端控制器通过变频器，根据二次管网侧回水压力设定值经PID运算自动控制换热站内两台补水泵(一用一备)的运行。补水泵亦自动定时轮换。若一台补水泵出现故障，自动切换至另一台补水泵投入运行，同时向监控中心报警。远程终端控制器根据换热机组二次管网侧泄压保护值自动开停泄压阀，并在设定值处设一回差，避免泄压阀频繁动作。泄压阀动作时，向监控中心报警。
（4）热力站现场RTU控制器
1.监测的参数：一级网供水、回水压力、温度，二级网供水、回水压力、温度，室外温度，一级网供热量，二级网补水流量，水箱液位，一级网供水电动调节阀阀位，变频电机运行频率，泵的运行状态及电机等的故障状态等。
2.功能：
①量調节(二级网供回水压差调节)：
根据设定的二级网供回水压差设定值，自动调节变频循环泵的转速，将压差值
稳定在要求范围内。二次网变流量运行，在满足不利点热用户的压头需要的情况下最大限度的节能。
②二级网回水压力控制
根据设定的回水定压值进行自动调节变频补水泵的转速，将回水压力稳定在要
求范围内，定压设定值设置死区，防止系统失水时水泵空转，造成水泵发热影响系统补水。
③二级网供水温度控制(质调节)根据室外温度补偿所确定二级网供水温度设定曲线，来进行一级网供水电动调节阀的自动调节，从而满足二级网供水温度的需求。对大于4MW的机组设2个电动调节阀，当1个阀不能满足要求时，自动开启第2个阀。可以采用周计划和日计划时间程序，对不同时段的二次网供水温度设定值进行实时调整，满足白天和晚上的不同的供热需求。
3.硬件性能要求
换热机组的控制器采用专用于换热站设计的多功能控制器，该控制器具有以下
优点： ．‘·
①可靠性高：能长期连续运行且精度不变、通道间隔离度高、信号间隔离、可频
繁启停、掉电后数据保存、上电后能自动恢复运行、抗干扰能力强。
②功能强大：多通道输入输出，可接受各种热工信号(有通用量输入功能)，如标
准信号、热电阻信号、一路脉冲信号，可实现就地液晶显示(并有背光功能)；计算能力强，可进行比容、焓值、流量补偿与累积、热量计算与累积等；具有存储功能，能够保存一定量的程序及运行数据；通讯能力强，能组网方便，使用灵活，可适用有线、无线、电话拨号等多种形式。支持OPC标准协议等。
③通用性好：接口协议等标准化，具有10BaseT以太网接口RJ45，RS232等标准
接口。
3 热网SCADA控制中心的主要功能
3．1数据采集、显示及存储热网SCADA控制中心能实时采集各热力站的运行参数及运行状态，通过丰富的人机界面以数字、棒图、开关状态等多种形式进行显示。重要参数进行实时及历史曲线记录。并依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立实时和历史数据库，存有以下几种：某一个优先级，某些優先级，认知情况，某些区域。
3．2报表生成及打印，自动生成并存储年、季、月、日报表，报表可分页设计，真正实现所见即所得。可实现报表和图形打印及各种事件和报警信息实时打印，打印方式可分为：定时打印、召唤打印、事件触发打印等。
3.3水力、热力经济运行分析根据热网的运行参数进行各热力站及全网的能耗、失水量统计，从而得到一级网水压图。并据此指导运行人员、巡检人员进行合理的调整和处理，也可通过主机直接修改各站的参数，达到经济运行的目的。
3.4 自动控制
通过对整个热网的监视、分析和计算，操作员可根据具体情况对热力站可控设备
进行远程操作(如泵的启停、阀门的开关等)，热网总工程师还可对各热力站的控
制参数及控制曲线等进行修改后下载到各热力站现场控制机，由现场控制机按修改后的参数自动运行。所有的控制命令均是通过良好的人机界面进行，并依据控制对象重要性有不同等级的密码保护，具有良好的安全性。所有操作人员、操作对象及操作的时间均被作为系统事件记录在案。
3.5支持远程访问功能，以方便操作人员、维护人员或供货服务人员通过因特网进行远程连接以实现远程查看和操作，具有最高优先权的可以进行远程控制。
3.6安全性
应具有可靠的防火墙，防止病毒攻击。各级操作员都应有自己的用户名和权限，
不同的权限可以进行不同的操作，确保系统的安全运行。
4 热网SCADA控制系统投入后，可以达到无人值守，可以取得如下效果：
(1)运行维护人员大大减少，减少了运行费用，节约了成本。
(2)本系统软件可以根据整个热网的水力、热力运行数据进行分析，更好的指导各热力站的在最佳的状态下运行，不仅提高了供热效果，而且节能效果明显。基本上两三个采暖季即可收回投资。
(3)及时了解现场的运行情况，最大限度的防止了安全事故的发生。热网SCADA控制系统的建设，对于提高热力公司的技术管理水平、经济节能、安全运行必将发挥更加积极的作用。系统运行值超出报警设定值；远程终端控制器均立即向监控中心报警。当系统失电时，换热机组一次管网侧供水管上的调节阀自动关闭，同时向监控中心报警。供电恢复时，远程终端控制器可实现复电自检开机。
5 结语
热网SCADA控制系统在城市供热领域的应用日渐广泛。SCADA系统是以计算机为基础的过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。现在所属的热力站少的几十个，大的上百个，若每个热力站设有3—4位运行维护人员，维护这样一个供热系统得花费大量的人力，成本非常高，因此建立无人值守热网监控系统非常有必要，不仅可以节省人力，而且可以提高控制水平，平衡整个供热系统，为节能降耗打下了基础。
参考文献：
[1]张佳炜，龙海南。GPRS技术在SCADA系统中的实现与应用2009
[2] 张建林．基于PLC网络的监测系统及其与S12ADA的集成 2009
[3]《中国建筑热环境分析专用气象数据集》，中国气象局、清华大学建筑技术系著，中国建筑工业出版社，2005
[4]《实用供热空调设计手册》，陆耀庆主编中国建筑工业出版社，2008
[5]《地下建筑暖通空调设计手册》，胡定玺、杨定安等编著，2009
关键词：热网SCADA控制系统 功能热网控制节能
Abstract: the control system in urban construction SCADA heating engineering applications of the analysis, combining the actual project case, through the SCADA control system, to the city heating energy saving operation and intelligent monitoring effect, reduce the heating operation cost. This paper introduces the network control system of SCADA component, function and characteristics that strengthening the monitoring of the network, can improve heating quality, reduce the network of hydraulic disorders, reduce the network operation costs.
Keywords: network control system function control water SCADA energy saving
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
1 概述
随着我国科学技术水平的不断提高，人们对节能和供热质量有了更高的要求。因此目前大型热源越来越多,SCADA智能控制系统在城市建筑供热中广泛应用,设专人值守的换热站传统运行方式已不能满足人们的需求。SCADA监控系统不但提高了供热质量，而且为能源的节约和运营成本的降低提供了有效途径。现在就如何建立一套完整的无人值守热网SCADA监控系统浅谈。
2 热网SCADA控制系统
热网SCADA控制系统应采用分布式控制系统，包括多座全自动无人值守热力站、一个热网SCADA控制中心和通讯网络系统。热网SCADA控制中心尽可能设在热源厂内，与热源DCS控制中心相隔较近。热网监控系统以热网SCADA控制中心为核心，包括以下几个部分：
(1)热网SCADA控制中心
监控中心内设置一台通讯服务器；两台互为热备份的冗余主、从操作站；一个操作员站；一个工程师站以及打印机，电源等。监控中心能够采集各换热站的运行参数，并通过人机界面以数字、棒图等多种形式显示。重要参数可实时历史记录，并建立实时历史数据库。对如换热站能耗等重要参数，自动生成相应分析图表。监控中心操作人员可对控制参数及控制曲线等进行修改，并下载到各换热站现场终端装置，使其按修改后的参数运行。监控中心能够对各换热站的故障进行相应的分析诊断，并报警通知监控中心操作人员。当换热站内某一测量值超出设定的正常范围或某一开关量(泵、阀门等)状态改变时，可根据不同的优先级，做出声光报警，并在监控中心操作站显示屏上显示报警信息及相应动态画面，以便监控中心操作人员对其及时处理。所有报警信息均被记录在报警数据库，以供今后检索和事故分析。
（2）远程终端站
各区域换热站内设置的远程终端站由远程终端控制器(RTU)、现场传感器及通讯系统组成。远程终端控制器通过与其相连的现场传感器和执行机构独立完成对各换热站的数据采集以及控制功能，并可完成与监控中心的通讯。
远程终端控制器(RTU)通过现场传感器对换热站如下参数进行实时检测：
1)室外温度;
2)换热机组一次管网侧供、回水温度及压力；
3)换热机组二次管网侧供、回水温度及供水压力；
4)换热机组二次管网侧除污器前、后回水压力；
5)水箱液位。
（3）远程终端控制器控制功能
远程终端控制器通过室外温度传感器，实时采集室外温度值，根据室外温度值以及远程终端控制器内已设定的运行曲线自动确定换热机组二次管网侧供水的温度设定值。远程终端控制器经过PID运算自动调节换热机组一次管网侧供水管上调节阀的开度，使换热机组二次管网侧实际供水温度始终与远程终端控制器对其设定值保持相同。这样不仅满足供热需求且极大的节约了能源，避免了二次管网侧供水的温度过高而造成的热能浪费。远程终端控制器通过变频器，根据换热机组二次管网侧供、回水压差设定值自动控制换热站内两台循环泵(一用一备)的运行，并实现循环泵的定时轮换，交替使用，以避免备用泵因长时间处于停机状态而锈死。在运行过程中若任一台循环泵发生故障，则自动切换另一台循环泵投入运行，同时向监控中心报警。若两台循环泵均发生故障，则立即停止换热机组运行并向监控中心报警。远程终端控制器通过变频器，根据二次管网侧回水压力设定值经PID运算自动控制换热站内两台补水泵(一用一备)的运行。补水泵亦自动定时轮换。若一台补水泵出现故障，自动切换至另一台补水泵投入运行，同时向监控中心报警。远程终端控制器根据换热机组二次管网侧泄压保护值自动开停泄压阀，并在设定值处设一回差，避免泄压阀频繁动作。泄压阀动作时，向监控中心报警。
（4）热力站现场RTU控制器
1.监测的参数：一级网供水、回水压力、温度，二级网供水、回水压力、温度，室外温度，一级网供热量，二级网补水流量，水箱液位，一级网供水电动调节阀阀位，变频电机运行频率，泵的运行状态及电机等的故障状态等。
2.功能：
①量調节(二级网供回水压差调节)：
根据设定的二级网供回水压差设定值，自动调节变频循环泵的转速，将压差值
稳定在要求范围内。二次网变流量运行，在满足不利点热用户的压头需要的情况下最大限度的节能。
②二级网回水压力控制
根据设定的回水定压值进行自动调节变频补水泵的转速，将回水压力稳定在要
求范围内，定压设定值设置死区，防止系统失水时水泵空转，造成水泵发热影响系统补水。
③二级网供水温度控制(质调节)根据室外温度补偿所确定二级网供水温度设定曲线，来进行一级网供水电动调节阀的自动调节，从而满足二级网供水温度的需求。对大于4MW的机组设2个电动调节阀，当1个阀不能满足要求时，自动开启第2个阀。可以采用周计划和日计划时间程序，对不同时段的二次网供水温度设定值进行实时调整，满足白天和晚上的不同的供热需求。
3.硬件性能要求
换热机组的控制器采用专用于换热站设计的多功能控制器，该控制器具有以下
优点： ．‘·
①可靠性高：能长期连续运行且精度不变、通道间隔离度高、信号间隔离、可频
繁启停、掉电后数据保存、上电后能自动恢复运行、抗干扰能力强。
②功能强大：多通道输入输出，可接受各种热工信号(有通用量输入功能)，如标
准信号、热电阻信号、一路脉冲信号，可实现就地液晶显示(并有背光功能)；计算能力强，可进行比容、焓值、流量补偿与累积、热量计算与累积等；具有存储功能，能够保存一定量的程序及运行数据；通讯能力强，能组网方便，使用灵活，可适用有线、无线、电话拨号等多种形式。支持OPC标准协议等。
③通用性好：接口协议等标准化，具有10BaseT以太网接口RJ45，RS232等标准
接口。
3 热网SCADA控制中心的主要功能
3．1数据采集、显示及存储热网SCADA控制中心能实时采集各热力站的运行参数及运行状态，通过丰富的人机界面以数字、棒图、开关状态等多种形式进行显示。重要参数进行实时及历史曲线记录。并依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立实时和历史数据库，存有以下几种：某一个优先级，某些優先级，认知情况，某些区域。
3．2报表生成及打印，自动生成并存储年、季、月、日报表，报表可分页设计，真正实现所见即所得。可实现报表和图形打印及各种事件和报警信息实时打印，打印方式可分为：定时打印、召唤打印、事件触发打印等。
3.3水力、热力经济运行分析根据热网的运行参数进行各热力站及全网的能耗、失水量统计，从而得到一级网水压图。并据此指导运行人员、巡检人员进行合理的调整和处理，也可通过主机直接修改各站的参数，达到经济运行的目的。
3.4 自动控制
通过对整个热网的监视、分析和计算，操作员可根据具体情况对热力站可控设备
进行远程操作(如泵的启停、阀门的开关等)，热网总工程师还可对各热力站的控
制参数及控制曲线等进行修改后下载到各热力站现场控制机，由现场控制机按修改后的参数自动运行。所有的控制命令均是通过良好的人机界面进行，并依据控制对象重要性有不同等级的密码保护，具有良好的安全性。所有操作人员、操作对象及操作的时间均被作为系统事件记录在案。
3.5支持远程访问功能，以方便操作人员、维护人员或供货服务人员通过因特网进行远程连接以实现远程查看和操作，具有最高优先权的可以进行远程控制。
3.6安全性
应具有可靠的防火墙，防止病毒攻击。各级操作员都应有自己的用户名和权限，
不同的权限可以进行不同的操作，确保系统的安全运行。
4 热网SCADA控制系统投入后，可以达到无人值守，可以取得如下效果：
(1)运行维护人员大大减少，减少了运行费用，节约了成本。
(2)本系统软件可以根据整个热网的水力、热力运行数据进行分析，更好的指导各热力站的在最佳的状态下运行，不仅提高了供热效果，而且节能效果明显。基本上两三个采暖季即可收回投资。
(3)及时了解现场的运行情况，最大限度的防止了安全事故的发生。热网SCADA控制系统的建设，对于提高热力公司的技术管理水平、经济节能、安全运行必将发挥更加积极的作用。系统运行值超出报警设定值；远程终端控制器均立即向监控中心报警。当系统失电时，换热机组一次管网侧供水管上的调节阀自动关闭，同时向监控中心报警。供电恢复时，远程终端控制器可实现复电自检开机。
5 结语
热网SCADA控制系统在城市供热领域的应用日渐广泛。SCADA系统是以计算机为基础的过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。现在所属的热力站少的几十个，大的上百个，若每个热力站设有3—4位运行维护人员，维护这样一个供热系统得花费大量的人力，成本非常高，因此建立无人值守热网监控系统非常有必要，不仅可以节省人力，而且可以提高控制水平，平衡整个供热系统，为节能降耗打下了基础。
参考文献：
[1]张佳炜，龙海南。GPRS技术在SCADA系统中的实现与应用2009
[2] 张建林．基于PLC网络的监测系统及其与S12ADA的集成 2009
[3]《中国建筑热环境分析专用气象数据集》，中国气象局、清华大学建筑技术系著，中国建筑工业出版社，2005
[4]《实用供热空调设计手册》，陆耀庆主编中国建筑工业出版社，2008
[5]《地下建筑暖通空调设计手册》，胡定玺、杨定安等编著，2009