熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)在集中供熱中的應(yīng)用

曹沛慶

（華電能源股份有限公司，哈爾濱 150001）

熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)在集中供熱中的應(yīng)用

曹沛慶

（華電能源股份有限公司，哈爾濱 150001）

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)供熱管理的現(xiàn)狀，提出了智能供熱管理系統(tǒng)的理念。介紹了華電能源熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，為安全供熱、價(jià)值供熱、智能供熱、和諧供熱提供一個(gè)系統(tǒng)的管理平臺(tái)。

熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)；集中供熱；數(shù)據(jù)庫(kù)；模塊

0 引言

熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)是保證集中供熱系統(tǒng)可靠供熱、節(jié)能運(yùn)行、提高運(yùn)行效率和降低運(yùn)行成本的重要手段，是由計(jì)算機(jī)軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、可編程邏輯控制器（PLC）及儀器儀表等組成的集遠(yuǎn)程監(jiān)控管理、報(bào)表分析、運(yùn)營(yíng)管理為一體的智能化管控平臺(tái)。該系統(tǒng)便于供熱企業(yè)進(jìn)行集控管理及對(duì)標(biāo)分析，非常適用于多級(jí)供熱企業(yè)。目前，國(guó)外集中供熱先進(jìn)國(guó)家在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制的設(shè)計(jì)、施工、安裝以及設(shè)備質(zhì)量、技術(shù)含量以及設(shè)備安裝環(huán)境等方面取得的成就值得我們學(xué)習(xí)和借鑒，資料表明，瑞典集中供熱的熱損比我國(guó)少20% ～40%［1］。華電能源是黑龍江省最大的供熱公司，總裝機(jī)容量為6 150MW，供熱機(jī)組容量為4527MW，占73.61%，供熱面積達(dá)6170萬m2以上。熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了華電能源熱網(wǎng)的科學(xué)化管理，對(duì)全網(wǎng)運(yùn)行和分析提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指標(biāo)化考核熱網(wǎng)和換熱站，節(jié)能效果顯著。因此，建立熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)是供熱企業(yè)降低熱耗、降低運(yùn)行成本、實(shí)施精細(xì)化管理的有效途徑。本文以華電能源熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)建設(shè)為例，研究了熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 國(guó)內(nèi)外集中供熱發(fā)展概況

國(guó)外集中供熱發(fā)展大致經(jīng)歷了4個(gè)階段：?jiǎn)渭児芾黼A段→基礎(chǔ)建設(shè)階段→綜合發(fā)展階段→自動(dòng)化控制階段。我國(guó)傳統(tǒng)的集中供熱主要采取熱電聯(lián)產(chǎn)、區(qū)域聯(lián)合供熱和小區(qū)鍋爐房供暖等幾種方式。從20世紀(jì)40年代至今，大致分為4個(gè)階段：?jiǎn)渭兝秒A段→單純管理階段→基礎(chǔ)建設(shè)階段→綜合發(fā)展階段。對(duì)于供熱智能化控制系統(tǒng)國(guó)外已有較長(zhǎng)時(shí)間的研究和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)供熱企業(yè)信息化才剛剛起步。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)原則

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中，以符合軟件規(guī)范、提高工作效率、界面友好、便于軟件實(shí)現(xiàn)為指導(dǎo)思想，同時(shí)遵循下列設(shè)計(jì)原則。

（1）科學(xué)性原則。設(shè)計(jì)采用新思想和新技術(shù)，同時(shí)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)方面考慮數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與組織，力求系統(tǒng)的科學(xué)性。

（2）實(shí)用性原則。系統(tǒng)的開發(fā)能滿足相關(guān)管理決策部門對(duì)信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)及分析的要求，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，操作方便、靈活，界面友好，便于系統(tǒng)操作人員的管理和使用。

（3）統(tǒng)一性與規(guī)范性原則。為確保系統(tǒng)的科學(xué)性、實(shí)用性以及與國(guó)內(nèi)外其他信息系統(tǒng)的接軌，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循統(tǒng)一的信息編碼規(guī)范。

（4）可擴(kuò)展性和開放性?？紤]到系統(tǒng)的擴(kuò)展以及與其他系統(tǒng)的兼容，系統(tǒng)功能等方面均設(shè)計(jì)一定的冗余量，方便系統(tǒng)的擴(kuò)充或移植。

（5）模塊化原則。系統(tǒng)嚴(yán)格按照模塊化的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行開發(fā)，以保證系統(tǒng)通用性和可擴(kuò)展性的要求。

（6）先進(jìn)性原則。采用與技術(shù)發(fā)展潮流相吻合的產(chǎn)品與技術(shù)，保證工程的可延續(xù)性，保證系統(tǒng)的不斷深化與發(fā)展。

（7）保密性和安全性。符合國(guó)家的安全標(biāo)準(zhǔn)和要求，以保護(hù)內(nèi)部信息特別是密級(jí)信息不被非法訪問。

（8）經(jīng)濟(jì)性原則。系統(tǒng)在滿足功能要求的基礎(chǔ)上，盡可能降低造價(jià)。

（9）可維護(hù)性原則。對(duì)軟件開發(fā)的全過程要嚴(yán)格遵從軟件工程的原則與要求進(jìn)行管理。需求分析、軟件設(shè)計(jì)、代碼編制、測(cè)試維護(hù)等過程都要建立完善的文檔資料，以保證軟件開發(fā)的正確性、健壯性和可維護(hù)性。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

（1）技術(shù)控制層?？刂茖硬捎肞LC控制器及KingScada工業(yè)控制組太系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，并采用多種通信方式保證遠(yuǎn)程控制的安全性及可靠性；控制邏輯采用黑龍江龍電電氣有限公司研發(fā)的控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

（2）數(shù)據(jù)層。采用逐級(jí)數(shù)據(jù)推送，推送系統(tǒng)采用黑龍江龍電電氣有限公司研發(fā)的OPC數(shù)據(jù)采集推送系統(tǒng)及數(shù)據(jù)接收模塊；系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)層采用雙層數(shù)據(jù)庫(kù)——PI及MSSQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）應(yīng)用層。采用模塊化、B／S（Browser／Ser ver）結(jié)構(gòu)模式，模塊可選安裝，系統(tǒng)中心設(shè)立數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及Web應(yīng)用服務(wù)器，熱力公司系統(tǒng)平臺(tái)的所有系統(tǒng)功能將在此應(yīng)用程序服務(wù)器上發(fā)布，供用戶瀏覽、分析和決策。

（4）系統(tǒng)中心平臺(tái)。系統(tǒng)中心設(shè)立PI及MS SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)，各個(gè)熱力公司的數(shù)據(jù)將通過數(shù)據(jù)接口實(shí)時(shí)上傳至系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，綜合管理系統(tǒng)平臺(tái)供熱板塊在此數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取所轄熱力公司的生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)據(jù)，在總公司可以通過網(wǎng)絡(luò)鏈接至各個(gè)熱力公司的系統(tǒng)中心平臺(tái)，瀏覽各個(gè)熱力公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，平臺(tái)提供有關(guān)熱智能監(jiān)控管理系統(tǒng)的全部功能，包括各種數(shù)據(jù)的存取、查詢、分析，可視化表達(dá)以及系統(tǒng)維護(hù)功能。管理數(shù)據(jù)能力達(dá)到TB級(jí)，并能保證定期維護(hù)及備份，系統(tǒng)主要用于在內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布信息，通過瀏覽器訪問系統(tǒng)，依據(jù)各自登錄的權(quán)限訪問授權(quán)信息等。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)平臺(tái)采用分級(jí)式模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)以下功能。

2.3.1 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)

（1）規(guī)劃多級(jí)廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路，含上級(jí)管理公司、電廠的熱力公司、熱源節(jié)點(diǎn)及換熱站數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的多級(jí)供熱數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；利用2M專用數(shù)據(jù)鏈路，全面覆蓋各個(gè)電廠及熱力公司，統(tǒng)一進(jìn)行鏈路通道規(guī)劃、IP地址規(guī)劃等，在多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)分支的基礎(chǔ)上保證供熱數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的暢通（使用VPN實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)移動(dòng)辦公）。

（2）使用安全連接的單向隔離系統(tǒng)連接生產(chǎn)網(wǎng)與管理網(wǎng)，數(shù)據(jù)單向推送，保證控制系統(tǒng)的安全性與可靠性。

（3）供熱系統(tǒng)監(jiān)控中心與換熱站的連接鏈路（三級(jí)鏈路）采用通用分組無線服務(wù)（GPRS）、有線寬帶虛擬專用網(wǎng)路（VPN）、3G無線VPN、5.8 GHz無線傳輸及多路由動(dòng)態(tài)拓?fù)涞榷喾N技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)基礎(chǔ)綜合大數(shù)據(jù)的采集。

（4）建立總供熱數(shù)據(jù)中心硬件支撐系統(tǒng)、分站點(diǎn)供熱數(shù)據(jù)中心及控制中心硬件支撐系統(tǒng)。

2.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

（1）建立總供熱數(shù)據(jù)中心、分站點(diǎn)供熱數(shù)據(jù)中心。

（2）使用OPC數(shù)據(jù)推送系統(tǒng)，配合單向隔離網(wǎng)閘實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)的跨平臺(tái)數(shù)據(jù)交換。

（3）建立首站數(shù)據(jù)接口，將供熱首站數(shù)據(jù)上傳至總供熱中心數(shù)據(jù)庫(kù)及分控中心并保持一致。

（4）建立供熱辦數(shù)據(jù)系統(tǒng)接口及其他系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨平臺(tái)共享。

2.3.3 智能供熱管控系統(tǒng)平臺(tái)模塊

（1）建立綜合信息系統(tǒng)平臺(tái)模塊，通過融合其他系統(tǒng)模塊進(jìn)行功能整合，為信息系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、構(gòu)建、集成、部署、運(yùn)行、維護(hù)和管理等提供高可用性、高合理性的體系架構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)“用戶主控，隨需而變，全局規(guī)劃，整體集成”的信息化戰(zhàn)略。

（2）建立供熱數(shù)據(jù)采集管控模塊，通過建立中心站組態(tài)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集監(jiān)控?fù)Q熱站生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并可以遠(yuǎn)程調(diào)控?fù)Q熱站的運(yùn)行狀態(tài)，如圖1所示。

（3）建立分戶抄控模塊，通過GPRS無線傳輸、寬帶ADSL網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葌鬏敺绞剑h(yuǎn)程讀取計(jì)量?jī)x表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握居民用熱情況，并實(shí)現(xiàn)分戶熱計(jì)量表、樓棟熱計(jì)量表及熱網(wǎng)信息采集點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、上傳及下行控制功能。

（4）建立呼叫導(dǎo)航模塊，實(shí)現(xiàn)熱力公司的自動(dòng)化用戶接待，可以24 h接待、處理用戶的查詢、報(bào)修、投訴事件；針對(duì)企業(yè)客戶服務(wù)部門的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和流程，將電話、傳真、短信、E-mail、Web等不同的溝通渠道進(jìn)行集成并實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平臺(tái)和界面進(jìn)行處理；投訴、報(bào)修、咨詢等各類業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)流轉(zhuǎn)服務(wù)，處理包括接待、派發(fā)、安排、反饋以及回訪等各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效的一體化客戶服務(wù)管理。客戶服務(wù)用戶接待采集單如圖2所示。

（5）建立供熱收費(fèi)模塊，供熱收費(fèi)微機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化，使繁瑣的收費(fèi)工作變得方便、快捷。系統(tǒng)能滿足不同類型用戶、不同供熱方式、不同結(jié)算方式的綜合性、多功能的收費(fèi)要求。實(shí)現(xiàn)收費(fèi)管理、用戶管理、綜合服務(wù)管理等計(jì)算機(jī)化管理。收費(fèi)系統(tǒng)的建設(shè)將利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范、統(tǒng)一各項(xiàng)業(yè)務(wù)流程，提升業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率和質(zhì)量，完善公司管理體系。實(shí)現(xiàn)收費(fèi)信息集中管理，強(qiáng)化總公司管理和監(jiān)督職能。經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)、財(cái)務(wù)等各部門信息共享、協(xié)同辦公，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的輔助決策數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)智能分析，能夠自動(dòng)完成銷售情況、供銷差率、用戶狀況、安全狀況等的智能統(tǒng)計(jì)、分析，有效地控制成本，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。

圖1 換熱站系統(tǒng)模擬顯示

圖2 客戶服務(wù)用戶接待采集單

（6）建立供熱地理信息系統(tǒng)（GIS）模塊及水力分析模塊，在GIS的基礎(chǔ)上，對(duì)企業(yè)的管線、設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立企業(yè)管線、設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)及設(shè)備資料庫(kù)，企業(yè)對(duì)管線、設(shè)備等有了更加明晰的了解?；诠芫W(wǎng)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的管線規(guī)劃、建設(shè)，可對(duì)熱源、管線、換熱站、建筑直接進(jìn)行專業(yè)的水力計(jì)算分析，可實(shí)現(xiàn)圖檔資料的數(shù)字化、規(guī)范化及網(wǎng)絡(luò)共享。任何一個(gè)有權(quán)限的操作人員通過該系統(tǒng)都可以方便、快速地查詢到所需的圖形和數(shù)據(jù)資料，實(shí)現(xiàn)資料的信息共享，提高資料的利用率和人員工作效率，減少管理人員的重復(fù)性勞動(dòng)。

（7）建立遠(yuǎn)程測(cè)溫模塊，在各個(gè)用戶的采集點(diǎn)安裝終端采集設(shè)備，基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心實(shí)時(shí)獲取供暖數(shù)據(jù)，對(duì)供暖質(zhì)量做出及時(shí)評(píng)估，為現(xiàn)有的供熱控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確、及時(shí)的終端用戶信息，保證供熱控制系統(tǒng)做出正確判斷，修正給定參數(shù)。不但滿足用戶不同時(shí)間的供暖需求，使室內(nèi)溫度控制在一個(gè)良好的范圍，同時(shí)可以有效提高供熱系統(tǒng)的效率，達(dá)到節(jié)能減排的目的，降低供熱企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，具有良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。用戶遠(yuǎn)程測(cè)溫實(shí)時(shí)顯示界面如圖3所示。

（8）建立遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控模塊，通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)換熱站安全防護(hù)和無人值守。

圖3 用戶遠(yuǎn)程測(cè)溫實(shí)時(shí)顯示界面

（9）建立能耗分析模塊。熱網(wǎng)能耗采集分析系統(tǒng)是以供熱管線的溫度、壓力、流量、熱量、耗電量、耗水量等眾多的數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)采集、上傳沒有自控系統(tǒng)的換熱站的運(yùn)行參數(shù)及水、電、熱指標(biāo)，通過能耗分析系統(tǒng)計(jì)算出耗熱量、耗電量、耗水量、有效熱效率、換熱器熱效率、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)等數(shù)據(jù)，并繪制出耗熱量、耗電量、耗水量等隨室外溫度的變化曲線，如圖4所示。

圖4 能耗分析曲線

3 應(yīng)用前景

熱網(wǎng)智能管控系統(tǒng)通過管理系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三大軟件系統(tǒng)，以供熱管線的溫度、壓力、流量、熱量、耗電量、耗水量等眾多的數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，

實(shí)時(shí)采集、上傳一級(jí)網(wǎng)、二級(jí)網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)以及換熱站的水、電、熱指標(biāo)，通過數(shù)據(jù)分析來指導(dǎo)整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)精確控制、能耗監(jiān)控、故障監(jiān)控，達(dá)到節(jié)能降耗和安全供熱的目的。同時(shí)通過加強(qiáng)服務(wù)功能，塑造企業(yè)形象、形成品牌效應(yīng)，是真正實(shí)現(xiàn)安全供熱、價(jià)值供熱、智能供熱、和諧供熱的途徑。

［1］彭力.供熱工程設(shè)計(jì)、智能仿真和應(yīng)用［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

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（本文責(zé)編：劉芳）

TU 995

：B

：1674-1951（2015）04-0048-04

曹沛慶（1963—），男，黑龍江哈爾濱人，工程與供熱管理部主任，高級(jí)工程師，從事火電工程建設(shè)管理和供熱管理方面的工作（E-mail：caopeiqing＠hdenergy.com）。

2014-10-13；

2015-01-22