城市熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計★

曹 宇 田思慶,2* 鄭家風(fēng)

(1.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007； 2.佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

城市熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計★

曹 宇1田思慶1,2*鄭家風(fēng)1

(1.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007； 2.佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

采用基于PLC的監(jiān)控終端，對熱力站的二次側(cè)管道出水溫度與壓力進(jìn)行實時監(jiān)控，并通過GPRS無線通信傳輸至首站的中央控制室，由計算機(jī)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，模糊控制發(fā)出控制命令，對熱力站一次側(cè)進(jìn)水電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整，從而保證熱力站的溫度保持在一定范圍內(nèi)，保證熱網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

集中供熱，城市熱網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)，GPRS

集中供熱已是現(xiàn)代城市發(fā)展的主流趨勢，它能很好的解決傳統(tǒng)小型鍋爐供熱所造成的空氣污染的缺點。從根本上來講，集中供熱早已超出它自身的應(yīng)用范圍，達(dá)到了一個新的社會高度，其價值是不能用精確的度量單位衡量的，具有一定意義的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。目前，熱網(wǎng)監(jiān)控基本上是為了對熱網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行集中、分區(qū)域控制，并都已采用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控管理。對熱網(wǎng)現(xiàn)代化管理關(guān)鍵部件之一的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)來說，通過與計算機(jī)結(jié)合所構(gòu)成的熱網(wǎng)控制系統(tǒng)，可以大大增強(qiáng)城市供熱實施集中、分區(qū)域控制的監(jiān)管，可以在較大程度上提升供熱網(wǎng)安全、高效運(yùn)行。

1 城市集中供熱系統(tǒng)的研究

1.1 城市熱網(wǎng)的總體結(jié)構(gòu)

城市熱網(wǎng)控制系統(tǒng)主要由中央控制室、鍋爐熱水供熱源、熱力站和熱網(wǎng)用戶四部分組成，中央控制室就相當(dāng)于命令發(fā)布者，它對熱網(wǎng)用戶進(jìn)行直接或者間接領(lǐng)導(dǎo)，對供熱結(jié)果有很大的影響。作為城市集中供熱的鍋爐熱水供熱源來說，它的作用就是將燒開升溫的熱水用循環(huán)泵送到供熱源的首站，然后經(jīng)過首站的水—水熱換器處理后送至一次管網(wǎng)，即供熱管網(wǎng)。熱力站作為給熱網(wǎng)用戶提供熱水的直接部門，只有當(dāng)熱水的進(jìn)出口溫度、熱水流量、壓力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的工程值后，才可以經(jīng)過板式熱交換器將熱力站的熱水調(diào)成合適熱網(wǎng)用戶的熱水溫度，然后由二次管網(wǎng)將其送至各個采暖建筑，送進(jìn)千家網(wǎng)戶。如圖1所示為城市熱網(wǎng)系統(tǒng)概圖。

1.2 首站及各換熱站的地理位置

首站與各換熱站的地理位置如表1所示。

表1 首站與各換熱站的距離 m

由表1可知，換熱站與首站距離相對較遠(yuǎn)，所以我們有必要對熱網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行全方位的遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時也為了保證熱網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定、流暢、經(jīng)濟(jì)和安全的運(yùn)行操作，且能及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題，故我們有必要對熱網(wǎng)傳統(tǒng)方式進(jìn)行改進(jìn)。

2 城市熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計的總體原則

熱網(wǎng)主要是由熱網(wǎng)首站、集中供熱工程熱源、首站、一次管網(wǎng)、二次管網(wǎng)、熱力站和用戶組成。而熱網(wǎng)首站為了便于操作、運(yùn)行和監(jiān)控人員對熱網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試工作，跟各個熱力站的比例電磁閥、熱水系統(tǒng)控制裝置，循環(huán)泵等必要的就地裝置建立了一定的聯(lián)系。為了讓所有設(shè)置的控制和操作都掌握在熱網(wǎng)控制系統(tǒng)里，把所謂的就地控制裝備連接其所必須的通信接口和硬接線，跟熱網(wǎng)控制系統(tǒng)相連接，使熱網(wǎng)控制系統(tǒng)起主導(dǎo)作用的效果。這樣就可以實現(xiàn)熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的自動化控制，通過熱網(wǎng)首站和各個熱力站控制系統(tǒng)與熱網(wǎng)監(jiān)控控制室的計算機(jī)進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的相連接，可以大大提高熱網(wǎng)的運(yùn)行效率，減少經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本，方便群眾，方便自己。

熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)為了能在規(guī)定的情況下自動的維持系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，具體包括以下幾個方面：

1)數(shù)據(jù)實時采集。

熱網(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，然后實時采集全網(wǎng)的信息并及時更新，如各個熱力站的各種運(yùn)行參數(shù)，各個設(shè)備的運(yùn)行情況等等。

2)自動監(jiān)控系統(tǒng)。

自動監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)反饋情況，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)，自動調(diào)整設(shè)備的一系列參數(shù)及自動控制裝置的啟動停止。

3)遠(yuǎn)程控制裝置。

監(jiān)控站的操作人員根據(jù)計算機(jī)界面的一些實時信息，通過鼠標(biāo)或者鍵盤根據(jù)相應(yīng)的設(shè)備參數(shù)，及時自動或者手動控制裝置進(jìn)行加減停。

4)系統(tǒng)報警裝置。

當(dāng)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備異?；蛘呤菂?shù)超標(biāo)等情況時，危險報警燈會及時發(fā)出報警信號信息，及時通知工作人員進(jìn)行維修。

5)電機(jī)保護(hù)。

在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)里有循環(huán)泵的啟動失敗及報警界面，一旦電機(jī)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會自動運(yùn)行循環(huán)泵過載保護(hù)及報警。

6)系統(tǒng)操作問題。

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)具有手動和自動兩種形式，可根據(jù)環(huán)境外部情況及熱網(wǎng)用戶的實際溫度進(jìn)行選擇手動還是自動。

2.2 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

熱網(wǎng)監(jiān)控的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件由熱網(wǎng)監(jiān)控中心服務(wù)中心、GPRS網(wǎng)絡(luò)、DTU裝置、傳感器、溫濕度采集裝置等組成。

1)熱網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度中心主要是為了滿足熱網(wǎng)用戶的需求，通過及時收集各個換熱站運(yùn)行參數(shù)，歷史數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等情況，主要是為了調(diào)度信息，由各不相同的服務(wù)器和工作站組成。

2)根據(jù)需要，現(xiàn)場設(shè)備主要由換熱站內(nèi)部的控制器、PCI數(shù)據(jù)采集卡、液晶顯示屏、無線采集設(shè)備、現(xiàn)場一次元件熱電阻、壓力變送器等組成。

3)通訊網(wǎng)絡(luò)全權(quán)由GPRS網(wǎng)絡(luò)提供。

而軟件則主要由調(diào)度中心監(jiān)控軟件，換熱站組態(tài)軟件及通訊軟件組成。

1)調(diào)度中心的監(jiān)控軟件主要是基于B/S結(jié)構(gòu)，用Internet或者是內(nèi)部局域網(wǎng)來遠(yuǎn)程訪問的，如果沒有安裝客戶端，則需要打開IE瀏覽器即可進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。監(jiān)控軟件主要安裝在監(jiān)控中心的服務(wù)器上，通過監(jiān)控各個換熱站的熱網(wǎng)運(yùn)行情況，并根據(jù)各個站運(yùn)行參數(shù)，例如壓力，熱水流量，室內(nèi)外溫度等，及時向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送實時參數(shù)設(shè)置指令，便于進(jìn)一步控制熱網(wǎng)溫度。且服務(wù)器具有保存功能，每間隔一段時間就會將換熱站的數(shù)據(jù)存入歷史數(shù)據(jù)庫，及時保存，及時操作。

2)調(diào)度中心通訊軟件主要的任務(wù)是為了完成快速掃描各個換熱站的最新數(shù)據(jù)，也可以隨機(jī)抽取任意一個換熱站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)可以作為實施數(shù)據(jù)也可以作為歷史數(shù)據(jù)當(dāng)做參考，

而作為通訊軟件的另一個部分的現(xiàn)場控制器或無線采集裝置來說，其作用主要是自動響應(yīng)監(jiān)控中心軟件的呼叫，隨時接收上位機(jī)的指令，按照要求提供各種數(shù)據(jù)支持服務(wù)。

3)換熱站組態(tài)軟件通過對現(xiàn)場壓力、流量、溫度等一次元件的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行刪選剔除一些不良數(shù)據(jù)，并迅速將采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲到本地的數(shù)據(jù)庫中，存儲時間，采集周期可以自行進(jìn)行設(shè)定，并將運(yùn)行參數(shù)以圖畫的形式顯示在每一個換熱站的現(xiàn)場，然后隔一段時間將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，隨時進(jìn)行備份。

3 城市熱網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)的整體作用

城市熱網(wǎng)集中監(jiān)控系統(tǒng)主要是一套面向城市集中供熱領(lǐng)域進(jìn)行開發(fā)的控制系統(tǒng)，通過將通訊網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心、熱力站、熱源相連接，然后把各個熱力站和熱源看做一個整體進(jìn)行調(diào)控，這樣整個熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)就成為一個相互連接的整體，達(dá)到統(tǒng)一控制、集中監(jiān)控，從根本上提高了城市集中供熱的自動化程度，節(jié)約資源、節(jié)約成本。

通過采用監(jiān)控中心與熱力站監(jiān)控部分分工協(xié)作，監(jiān)控中心負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的參數(shù)及供熱負(fù)荷預(yù)測，根據(jù)各個熱力站發(fā)出的控制參數(shù)及指令，及時控制，以便實現(xiàn)全網(wǎng)的控制。各個熱力站也可根據(jù)自己檢測的參數(shù)和指令對自己的熱力站進(jìn)行控制，在情況異常的條件下，及時反饋信息到監(jiān)控中心，并采取強(qiáng)有力的措施進(jìn)行控制。通過監(jiān)控中心的統(tǒng)一調(diào)度，各個熱力站互不干擾，獨立完成各自的工作，即使某一熱力站出現(xiàn)問題，也不會影響其他熱力站，并通過監(jiān)控中心及時解決。

4 結(jié)語

本文通過全面介紹熱網(wǎng)遠(yuǎn)程換熱站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的實現(xiàn)過程，通過對硬件、軟件的分析和總結(jié)可以看出，熱網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有較好的實用性和操作性，非常適合現(xiàn)代城市的發(fā)展要求，值得推廣使用。

[1] 張杰瓊,郭智輝.GPRS 技術(shù)與城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系[J].信息工程,2014(7):52-53.

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Overall design of distributed urban heating network integrated monitoring★

Cao Yu1Tian Siqing1,2*Zheng Jiafeng1

(1.CollegeofMechanicalEngineering,JiamusiUniversity,Jiamusi154007,China; 2.CollegeofInformationScienceandElectronicTechnology,JiamusiUniversity,Jiamusi154007,China)

Namely through the use of PLC-based monitoring terminal of the secondary side of the heat pipe station temperature, pressure real-time monitoring, followed by GPRS wireless communication to the first stop of the central control room by the computer through data processing, fuzzy control issued a control order, the thermal power station on the side of the water to adjust the electrical control valve to ensure that the temperature of the thermal station to maintain a certain range, to ensure the stable operation of the heating network.

central heating, urban heating network, monitoring system, GPRS

1009-6825(2017)02-0125-02

2016-11-10

曹 宇(1991- )，男，在讀碩士

田思慶(1965- )，男，碩士生導(dǎo)師，教授

TU995.3

A

★:佳木斯大學(xué)應(yīng)用重點項目(項目編號：12Z2201526)；佳木斯大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項目(項目編號：LZ2016_002)