和利時(shí)PLC在章丘市城區(qū)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

李秋香，嚴(yán)春照（杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司，浙江 杭州 310018）

1 引言

集中供熱是國家大力推廣的節(jié)能和環(huán)保措施，熱力系統(tǒng)由一次網(wǎng)系統(tǒng)、二次網(wǎng)系統(tǒng)、恒壓補(bǔ)水系統(tǒng)、熱計(jì)量系統(tǒng)組成，各部分之間相互聯(lián)系相互作用。熱源通過一次網(wǎng)供水管道進(jìn)入換熱器，經(jīng)過熱交換后，再經(jīng)一次網(wǎng)回水管道流回?zé)嵩?。而二次網(wǎng)的水在熱交換后經(jīng)二次網(wǎng)供水管道進(jìn)入取暖用戶的散熱器，用戶取得熱量后，經(jīng)二次網(wǎng)回水管道再進(jìn)入熱交換器，如此循環(huán)給用戶供暖。原理示意圖如圖1所示。

圖1 熱力系統(tǒng)工作原理示意圖

基于和利時(shí)公司HOLLiAS LK系列PLC的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是專為熱網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的，它集人機(jī)界面、數(shù)據(jù)庫管理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊、過程控制和信號檢測等先進(jìn)技術(shù)于一體，是區(qū)域供熱實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理的一個(gè)重要標(biāo)志。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 概述

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對各換熱站工藝參數(shù)、電氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、控制、連鎖和報(bào)警以及報(bào)表打印，通過使用在調(diào)度中心和各換熱站間的一系列通訊鏈，完成整個(gè)熱網(wǎng)調(diào)度所必需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、順序控制、時(shí)間控制、回路調(diào)節(jié)及上位監(jiān)視和管理作用。整個(gè)系統(tǒng)由調(diào)度中心、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸部分、隔壓站、中繼泵站、二級換熱站五部分組成，如圖2所示。現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備PLC主要完成各換熱站一、二次網(wǎng)的溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、各種運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)反映和控制；在通訊網(wǎng)絡(luò)的支撐下，現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備通過某種網(wǎng)絡(luò)接口將反映換熱站運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度中心，同時(shí)接收調(diào)度中心發(fā)來的調(diào)度控制指令；調(diào)度中心負(fù)責(zé)接收各現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、歷史趨勢分析、報(bào)警、報(bào)表打印等，在此基礎(chǔ)上，向各現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出調(diào)度控制指令。

圖2 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

（1）調(diào)度管理系統(tǒng)：由工程師站、操作員站、交換機(jī)、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、過程控制站、網(wǎng)關(guān)機(jī)組成。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過環(huán)網(wǎng)交換機(jī)接收來自各換熱站的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、歷史趨勢分析、報(bào)表打印等；由調(diào)度中心、通訊網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場監(jiān)控站組成，實(shí)現(xiàn)對各熱源廠、管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及熱網(wǎng)用戶的工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量等）、電氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、控制、連鎖和報(bào)警以及報(bào)表打印，完成整個(gè)供熱調(diào)度所必需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、順序控制、時(shí)間控制、回路調(diào)節(jié)及上位監(jiān)視和管理作用。

（2）GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸部分：單個(gè)站的GPRS DTU收到PLC數(shù)據(jù)后，通過GPRS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)把這些數(shù)據(jù)送到中心站中的操作員計(jì)算機(jī)中。

（3）現(xiàn)場換熱站：主要完成各換熱站一、二次網(wǎng)的溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)反映和控制；在通訊網(wǎng)絡(luò)的支撐下，現(xiàn)場監(jiān)控站通過將反映換供熱運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度中心，同時(shí)接收調(diào)度中心發(fā)來的調(diào)度控制指令；現(xiàn)場測控層通過環(huán)網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信及信息交換?，F(xiàn)場測控層接受調(diào)度中心的調(diào)度，但并不依賴于監(jiān)控管理層而運(yùn)行：若調(diào)度中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或者并沒有投入使用或者通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，現(xiàn)場測控層仍繼續(xù)正常工作，對現(xiàn)場設(shè)備的聯(lián)鎖控制沒有影響。

2.2 自動(dòng)控制及測量設(shè)備

所需自動(dòng)控制及測量設(shè)備如表1所示。

表1 自動(dòng)控制及測量設(shè)備

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

熱網(wǎng)調(diào)度管理監(jiān)控系統(tǒng)由三個(gè)層次構(gòu)成，如圖3所示，即現(xiàn)場測量控制層、監(jiān)控管理層和管理信息層，將生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)行操作監(jiān)視數(shù)據(jù)信息同非實(shí)時(shí)信息及共享資源信息分開，分別使用不同的網(wǎng)絡(luò)，有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負(fù)荷。

圖3 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

（1）管理信息層：經(jīng)理辦公室、財(cái)務(wù)科辦公室、技術(shù)科辦公室和設(shè)備科辦公室等計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、管理網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成100Mbps以太網(wǎng)——企業(yè)管理信息網(wǎng)，協(xié)議為TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星型，傳輸介質(zhì)為超五類雙絞線，并能夠通過MIS服務(wù)器擴(kuò)展到Internet、建立數(shù)據(jù)庫服務(wù)和其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

（2）生產(chǎn)監(jiān)控層：單個(gè)站的GPRS DTU收到PLC的數(shù)據(jù)后，把這些數(shù)據(jù)送到監(jiān)控中心的操作員計(jì)算機(jī)中。監(jiān)控系統(tǒng)將實(shí)時(shí)、全面地監(jiān)控?zé)嵩?、外網(wǎng)、熱力站以及通訊網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，根據(jù)外網(wǎng)熱負(fù)荷的預(yù)測和變化，調(diào)節(jié)熱源按需供熱，以滿足全網(wǎng)供熱熱量均衡和節(jié)能的目的。

（3）現(xiàn)場測控層

現(xiàn)場測控層，即現(xiàn)場監(jiān)控站，各現(xiàn)場監(jiān)控站配置一套UPS和一套控制機(jī)柜，柜內(nèi)包括LK系列可編程序控制器（PLC）、觸摸屏、GPRS DTU、24VDC電源、過電壓保護(hù)裝置、斷路器、接線端子、小型繼電器、安裝連接纜線和附件等。

現(xiàn)場測控層通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信及信息交換，它接受調(diào)度管理層的調(diào)度，但并不依賴于監(jiān)控管理層而運(yùn)行：若調(diào)度管理層監(jiān)控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或者并沒有投入使用或者通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，現(xiàn)場測控層仍繼續(xù)正常工作，對現(xiàn)場設(shè)備的聯(lián)鎖控制沒有影響。

2.4 系統(tǒng)具體功能

章丘市城區(qū)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PLC的數(shù)據(jù)采集和聯(lián)網(wǎng)，調(diào)度人員可以在監(jiān)控中心監(jiān)控整個(gè)管轄區(qū)域內(nèi)所有換熱站的運(yùn)行情況，管理人員也可以在自己的辦公室監(jiān)測各生產(chǎn)裝置運(yùn)行情況。

（1）實(shí)時(shí)模擬圖監(jiān)測

以系統(tǒng)模擬圖的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，使管理者方便直觀地在辦公室就能實(shí)時(shí)了解所有換熱站現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 設(shè)備工藝流程圖

（2）實(shí)時(shí)趨勢與歷史趨勢

觀察某項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢，便于相關(guān)人員對分布于不同換熱站PLC的關(guān)鍵歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，對重要的技術(shù)指標(biāo)做出科學(xué)、合理的調(diào)整，以提高生產(chǎn)效率。如圖5所示。

圖5 實(shí)時(shí)趨勢圖

（3）靈活報(bào)表

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)日報(bào)表及班報(bào)表的組態(tài)、查詢、打印功能，有利于生產(chǎn)管理者對生產(chǎn)全過程的統(tǒng)計(jì)分析。如圖6所示。

圖6 生產(chǎn)報(bào)表

（4）報(bào)警功能

對關(guān)鍵數(shù)據(jù)超限報(bào)警或組合條件報(bào)警，報(bào)警時(shí)有聲音提示，可以閃爍，可以彈出。如圖7所示。

圖7 實(shí)時(shí)報(bào)警表

（5）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布

通過web技術(shù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布到局域網(wǎng)中，通過設(shè)定的操作權(quán)限，各級管理人員在辦公室就可以通過IE瀏覽數(shù)據(jù)。如圖8所示。

圖8 登錄界面

3 結(jié)語

目前章丘市熱力公司所轄換熱站70多個(gè)，供熱面積570萬平方米，服務(wù)用戶達(dá)到6萬余戶。從2010年10月投入熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)以來，經(jīng)過幾年的實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行情況良好，有效地減少了管網(wǎng)熱損，保證了熱網(wǎng)調(diào)度安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。確實(shí)達(dá)到了以下效果：

（1）實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，為熱源廠及供熱公司提供了公平合理的結(jié)算依據(jù)，供需雙方可以有目標(biāo)地制定熱量供給計(jì)劃，滿足了熱源廠和用戶同時(shí)對熱源實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要，達(dá)到科學(xué)管理、節(jié)能增效的目的。

（2）改變了傳統(tǒng)的粗放型管理模式，解決了人工抄數(shù)、手工報(bào)表、人工統(tǒng)計(jì)等低效的管理方式，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了供熱管理數(shù)字化、精細(xì)化。

（3）通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測為整個(gè)熱網(wǎng)總體協(xié)調(diào)平衡提供了依據(jù)，有利于熱量合理調(diào)配，真正做到了“節(jié)能供熱、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行”。

[1] 徐偉, 鄒瑜. 供暖系統(tǒng)溫控與熱計(jì)量技術(shù)[M]. 北京: 中國計(jì)劃出版社, 2000.

[2] 胡壽松. 自動(dòng)控制原理[M]. 北京: 北京科學(xué)出版社, 2007.