無人值班背景下城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

雷云

（榆林市匯通供熱有限公司）

無人值班背景下城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

雷云

（榆林市匯通供熱有限公司）

人工巡檢和遠(yuǎn)程監(jiān)控是目前城市集中供熱管網(wǎng)的兩種主要管理方式，前者依靠巡檢員來對管網(wǎng)或換熱站進(jìn)行定期巡視和抄表，通過手動方式來實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)和換熱站運(yùn)行方式的調(diào)控；后者依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來對管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析和報(bào)警，在降低人力物力投入的同時(shí)提高管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。隨著近年來城市集中供熱管網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，人工巡檢模式的缺陷日益突出，導(dǎo)致管網(wǎng)極易發(fā)生參數(shù)調(diào)整不及時(shí)、局部水力失調(diào)及能源浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，為此如何在人力有限的情況下，構(gòu)建無人值班的城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

無人值班；集中供熱管網(wǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)；VPN；信息孤島

0 引言

自20世紀(jì)50年代開始，我國城市集中供熱產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，供熱能力和供熱規(guī)模急劇增加且控制技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，但相較于國外發(fā)達(dá)國家還存在較大差距，例如系統(tǒng)控制方式粗放而使能耗指標(biāo)為同緯度歐洲地區(qū)的3倍以上。為提高供熱效率和供熱可靠性，近年來國內(nèi)不少研究者針對城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)展開了大量研究：李曉紅通過構(gòu)建大地理尺度的虛擬局域網(wǎng)（VPN），在該網(wǎng)絡(luò)中接入不同地理位置的換熱站，確?，F(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)能夠被實(shí)時(shí)采集并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)共享中心，從而對熱能流向進(jìn)行集中優(yōu)化分配[1]；袁寧利用智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，構(gòu)建了包含熱力站數(shù)據(jù)采集、無線通信傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心等幾個(gè)部分的集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)，旨在通過對各換熱站運(yùn)行工況的實(shí)施監(jiān)測和調(diào)節(jié)，來降低集中供熱管網(wǎng)的運(yùn)行成本并提高整體供熱質(zhì)量[2]。

1 無人值班背景下城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)和功能劃分

1.1 城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)

本文所研究的無人值班背景下城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其應(yīng)該遵循如下性能指標(biāo)：監(jiān)控中心所監(jiān)控的各參數(shù)值應(yīng)在30s內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，各熱力站采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)應(yīng)在5s內(nèi)進(jìn)行更新，溫度、壓力及流量的監(jiān)測誤差要控制在0.5%以內(nèi)，平均節(jié)約熱能應(yīng)該在5%以上，各用戶室內(nèi)溫度應(yīng)控制在人體適宜的情況下。

現(xiàn)階段獨(dú)立的單元級控制在城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)不再使用，不少監(jiān)控系統(tǒng)使用站點(diǎn)級控制，但由于此種控制方式下各換熱站各自為政，缺乏統(tǒng)一管理而無法實(shí)現(xiàn)城市集中供熱管網(wǎng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，為此迫切地需要進(jìn)行全網(wǎng)級控制。為了實(shí)現(xiàn)中心和本地兩級監(jiān)控和協(xié)調(diào)調(diào)度，本文構(gòu)建了如圖1所示的城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)，其中各本地?zé)崃ΡO(jiān)控站通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)來與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控中心各工作站間通過局域網(wǎng)進(jìn)行通訊。

1.2 城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能劃分

無人值班背景下城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)整體可以劃分為如下幾個(gè)部分。

（1）監(jiān)控中心

圖2為監(jiān)控中心的拓?fù)鋱D，其功能主要包括以下幾個(gè)方面：

圖1 城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)

圖2 監(jiān)控中心的拓?fù)鋱D

1）集中供熱管網(wǎng)的監(jiān)控。依靠無線通信網(wǎng)絡(luò)與各本地?zé)崃ΡO(jiān)控站進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，對集中供熱管網(wǎng)各換熱站的運(yùn)行工況參數(shù)（包括回水壓力、供水溫度、蒸汽閥門開度、變頻循環(huán)泵的開度、補(bǔ)水泵的開關(guān)、室外溫度等）進(jìn)行定時(shí)巡檢和顯示，定期計(jì)算十次巡檢參數(shù)的平均值并存儲，從而便于工作人員對集中供熱管網(wǎng)的歷史運(yùn)行記錄進(jìn)行分析[3]；

2）運(yùn)行管理。系統(tǒng)會實(shí)時(shí)顯示各換熱站的現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)（如圖3所示），一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)變量超出限值則字體變?yōu)榧t色，并可以實(shí)時(shí)打印各換熱站的統(tǒng)計(jì)和運(yùn)行報(bào)表；

3）警報(bào)[4]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控變量（如補(bǔ)水箱液位、蒸汽管壓力等）超出設(shè)置的報(bào)警上下限時(shí)，系統(tǒng)會發(fā)出警報(bào)，此時(shí)調(diào)度人員根據(jù)警報(bào)信息進(jìn)行簡單判斷后采取必要的處理措施。各警報(bào)信息會及時(shí)存儲到數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)操作人員對警報(bào)信息進(jìn)行確認(rèn)后就可以對其采取消除處理；

4）參數(shù)設(shè)置。操作人員可以對各站點(diǎn)的參數(shù)（如回水溫度、循環(huán)泵的開關(guān)、切換閥的開關(guān)等）進(jìn)行設(shè)置，然后由各換熱站子系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)的動作；

5）歷史數(shù)據(jù)查詢。操作人員可以對各站點(diǎn)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，從而便于下一步的供熱計(jì)劃和供熱指導(dǎo)；

6）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理包括數(shù)據(jù)備份、密碼管理、權(quán)限管理和數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能，根據(jù)實(shí)際需求，系統(tǒng)用戶劃分為領(lǐng)導(dǎo)、管理員和工作人員三類，其中領(lǐng)導(dǎo)可以執(zhí)行遠(yuǎn)程通訊、信息查詢、場景瀏覽等操作；管理員可以執(zhí)行遠(yuǎn)程通訊、用戶管理、場景瀏覽、系統(tǒng)維護(hù)等操作；工作人員可以執(zhí)行參數(shù)查詢、遠(yuǎn)程控制、維修記錄、遠(yuǎn)程通訊、場景瀏覽等操作[5]。

（2）通訊網(wǎng)絡(luò)

作為城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，通訊網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)著數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娜蝿?wù)，而本系統(tǒng)通訊主網(wǎng)絡(luò)采用中國移動GPRS專網(wǎng)，監(jiān)控中心的GPRS通訊可以根據(jù)運(yùn)行費(fèi)用采用不限流量包月或移動專線接入的方案。各換熱站系統(tǒng)與監(jiān)控中心間通過移動VPN虛擬GPRS無線專網(wǎng)進(jìn)行通訊。系統(tǒng)中各換熱站與監(jiān)控中心間的數(shù)據(jù)傳遞及參數(shù)信息采集都通過GPRS來實(shí)現(xiàn)，由于其可以在同一時(shí)刻同一通道內(nèi)被眾人使用，并且極少發(fā)生丟包現(xiàn)象，因此現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠傳遞就有了保障，同時(shí)系統(tǒng)在出現(xiàn)問題時(shí)可以及時(shí)反饋并發(fā)出警報(bào)。

圖3 各換熱站實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的顯示

（3）換熱站系統(tǒng)

循環(huán)泵、調(diào)節(jié)閥、傳感器、觸摸屏、控制器、變頻器及其他智能設(shè)備構(gòu)成的換熱站系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集并及時(shí)傳輸給監(jiān)控中心，接受監(jiān)控中心下發(fā)的執(zhí)行命令并執(zhí)行相應(yīng)動作。這里以二次網(wǎng)回水壓力的控制為例，來對換熱站系統(tǒng)的控制進(jìn)行說明。系統(tǒng)二次網(wǎng)回水壓力的控制可以采取如下兩種控制方式：第一種是手動給定頻率，即工作人員根據(jù)運(yùn)行需要，通過網(wǎng)絡(luò)手動設(shè)置或改變硬件變頻泵的基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)，然后系統(tǒng)會自動將輸出頻率穩(wěn)定在設(shè)定數(shù)值上；第二種是定壓力控制，即系統(tǒng)自身可以根據(jù)二次網(wǎng)初定值，來對二次網(wǎng)回水壓力進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。

2 無人值班背景下城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式

根據(jù)運(yùn)行需求，城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以執(zhí)行室外溫度補(bǔ)償控制、循環(huán)泵變頻差壓控制、補(bǔ)水泵變頻定壓的睡眠功能設(shè)置、熱網(wǎng)平衡功能設(shè)置及循環(huán)泵的節(jié)能控制等操作，具體控制方式如表1所示。

表1 城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式

3 無人值班背景下城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，在設(shè)計(jì)時(shí)遵循盡量減少主鍵字段以提高查詢速度、數(shù)據(jù)更新速度及系統(tǒng)運(yùn)行速度，專人管理數(shù)據(jù)庫表，采用統(tǒng)一命名規(guī)則，減少數(shù)據(jù)庫表的數(shù)量并將所有表單盡量關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)庫在實(shí)時(shí)性和可靠性的基礎(chǔ)上進(jìn)行整合的原則。系統(tǒng)中涉及的數(shù)據(jù)庫表較多，下面列舉一些具有代表性的數(shù)據(jù)庫表（如表2和表3所示）。

表2 換熱站信息表

表3 設(shè)備信息表

4 結(jié)束語

相較于傳統(tǒng)的分散供熱，集中供熱在減輕環(huán)境污染、降低故障發(fā)生率、提高熱利用率等方面具有顯著的優(yōu)勢，因此近年來在我國城市中的應(yīng)用日益普及。隨著城市集中供熱管網(wǎng)向著規(guī)?；皬?fù)雜化的方向不斷發(fā)展，如何在確保用戶舒適度的同時(shí)，通過管理和技術(shù)手段來對城市集中供熱管網(wǎng)進(jìn)行智能調(diào)控，使城市集中供熱管網(wǎng)在較低的運(yùn)行成本下獲得最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)，就成為一項(xiàng)亟待解決的課題[8]。

依靠本文所構(gòu)建的城市集中供熱遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)城市集中供熱管網(wǎng)發(fā)生故障（例如二次網(wǎng)超溫、超壓）時(shí)，工作人員在辦公室通過系統(tǒng)就可以及時(shí)獲知故障根源并派人搶修，在降低故障影響范圍的同時(shí)確保供熱的穩(wěn)定進(jìn)行。此外，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以為“由供熱面積收費(fèi)向供熱熱量收費(fèi)的轉(zhuǎn)變”奠定技術(shù)基礎(chǔ)，避免使偏遠(yuǎn)住戶達(dá)到供熱熱量而造成近距離住戶熱量過剩的局面，有效降低整個(gè)集中供熱管網(wǎng)的能耗，因此具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1]李曉紅.基于VPN城市集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].新疆：新疆大學(xué),2015．

[2]袁寧.基于新型熱交換器的集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].大連：大連理工大學(xué),2015．

[3]ZHOU Y, PEI M. Application of Monitoring System for Heat-supply Network to Heating Management[J]. Gas & Heat, 2012（5）： 10.

[4]Stennikov V A, Iakimetc E E. Optimal planning of heatsupply systems in urban areas[J]. Energy, 2016（110）：157-165.

[5]吳明永，李菊生，王國偉．基于3G-Internet網(wǎng)絡(luò)的換熱站無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]．電氣自動化，2016，38（3）：96-98．

[6]FENG J, XIE M, BU W, et al. Research on Secondary Network Backwater Temperature Forecast for Centralized Heat-Supply System Based on Neural Network[J]. Computer Simulation, 2014（3）： 79.

[7]隋修武,余保付,葛輝,田松.基于Kingview的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控策略研究[J]．應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，34（3）：352-360．

[8]戴倩.遠(yuǎn)程智能型換熱站自動控制系統(tǒng)[J].自動化與儀表，2016，31（6）：46-49．

2017-04-12）