熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計

曹宇+田思慶+鄭家風(fēng)

摘要：該論文針對當(dāng)今北方城市的發(fā)展，從熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)出發(fā)，研究系統(tǒng)的硬件和軟件的應(yīng)用問題。通過研究發(fā)現(xiàn)，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件選擇合理，軟件設(shè)計也相當(dāng)規(guī)范，根據(jù)熱網(wǎng)的實際情況，在有手動和自動控制的情況下，在自動控制中創(chuàng)新性地加入了循環(huán)定時熱網(wǎng)控制。該系統(tǒng)具有硬件成本低、軟件可操作性強等特點，非常具有實用前景。

關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；硬件；軟件

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）25-0034-02

Abstract： In this paper， the development of northern cities， starting from the heating network monitoring system， research hardware and software applications of the system. The study found that the reasonable selection of the monitoring system of network hardware， software design is quite standardized， according to the actual situation in the network， with manual and automatic control， automatic control on the innovative adding control loop timing system. The system has the characteristics of low hardware cost and strong operability of the software， so it has a very practical prospect.

Key words： Heating network remote monitoring system； hardware； software

隨著社會的發(fā)展進步，城市建筑面積逐漸增加，城市供暖的壓力也越來越大，熱網(wǎng)監(jiān)控就是伴隨著城市的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的。通過對相關(guān)技術(shù)的不斷更新，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出非常良好的發(fā)展態(tài)勢，非常適合大城市的供暖。作為該系統(tǒng)密不可分的兩個組成部分，系統(tǒng)的硬件和軟件也都在不斷進行改進創(chuàng)新，下面根據(jù)實際情況，對熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件、軟件做一個詳細(xì)的介紹[1]。

1 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

本文熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，主要是為了滿足熱網(wǎng)用戶對于室內(nèi)溫度的需求，同時能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約資源，降低損耗，實現(xiàn)城市熱網(wǎng)總體監(jiān)控。如圖1則為熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的流程圖。

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要是由一個供熱源及多個換熱站組成。在供熱系統(tǒng)中，由熱源、一次管網(wǎng)和換熱站組成了熱網(wǎng)的供熱區(qū)和溫控區(qū)，換熱站、二次管網(wǎng)和熱網(wǎng)用戶組成相應(yīng)的供熱區(qū)，在同一個集中供熱區(qū)域中，只可以存在一個監(jiān)控區(qū)域。在供熱系統(tǒng)中，熱量的轉(zhuǎn)換是在換熱站部分實現(xiàn)的，熱量的轉(zhuǎn)換通常由熱交換設(shè)備完成，如汽—水加熱器，水—水加熱器等，這樣的設(shè)備稱為換熱器。集中供熱系統(tǒng)的運行過程是，在熱源處形成高溫?zé)崴?，?jīng)一次管網(wǎng)送至各換熱站，高溫?zé)崴俳?jīng)過換熱站的換熱器形成供熱熱水，最后由二次管網(wǎng)送至各熱網(wǎng)用戶。

2 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)電氣接線圖如圖2所示。

根據(jù)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)電氣接線圖，可以很明顯得看出，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由補水閥、變壓器、比例電磁閥、Siemens1200PLC等組成。下面簡單介紹幾個硬件的作用及功能。

熱網(wǎng)變頻器主要采用水泵專用變頻器。變頻器必須能夠在平均溫度15℃，最高溫度不超過40℃的環(huán)境溫度下運行，不能出現(xiàn)過流、過熱、過載保護，且能保持以變頻器的額定容量輸出，具有管網(wǎng)末端流量補償功能和干泵保護功能，以防止管網(wǎng)流量和供熱溫度不均勻和水泵空轉(zhuǎn)，造成能源浪費。變頻器要求具有自動能量優(yōu)化功能，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。變頻器可以通過接收到的傳感器信號，按照規(guī)定值直接在操作便面板上直接顯示溫度、壓力等單位，非常方便控制。

熱網(wǎng)補水泵主要采用變頻調(diào)速控制。將二次側(cè)回水管路上的壓力傳感器測得的壓力信號，和控制器二次回水壓力設(shè)定值進行比較，然后輸出一個控制信號控制器，由控制器來控制補水泵的開啟，以實現(xiàn)二次管網(wǎng)回水自動補給功能?；厮畨毫υO(shè)定值由中央監(jiān)控系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程設(shè)定[2]。

熱網(wǎng)電氣連接圖可根據(jù)室內(nèi)外溫度的變化和當(dāng)?shù)責(zé)嶝?fù)荷變化的經(jīng)驗參數(shù)，決定二次側(cè)的供水溫度。系統(tǒng)通過檢測二次管網(wǎng)供水溫度和室外溫度，自動調(diào)節(jié)一次管網(wǎng)的閥門開度從而達(dá)到二次管網(wǎng)的設(shè)定供水溫度值，從而改變一次側(cè)的流量，實現(xiàn)二次側(cè)供水溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)和一次側(cè)流量的量調(diào)節(jié)。

3 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計的控制方式主要由自動控制、手動控制兩種方式。其中自動控制方式中融合了循環(huán)定時監(jiān)控方式。

正常狀態(tài)下，使用自動運行方式，操作人員事先將需要設(shè)定的參數(shù)設(shè)定完成后，選擇自動運行模式，點擊自動運行開始。系統(tǒng)可以自主執(zhí)行供回水任務(wù)，無需人工監(jiān)控，可以真正做到解放勞動力，提高勞動效率[3]。

手動模式主要運用于特殊場合，當(dāng)系統(tǒng)需要進行參數(shù)調(diào)整，可以由工作人員手動調(diào)節(jié)測試，調(diào)整出最優(yōu)的監(jiān)控參數(shù)?；蛘弋?dāng)監(jiān)控系統(tǒng)某些部件出現(xiàn)損壞時，需要排查故障，可以執(zhí)行手動操作，去判斷故障地點及原因，節(jié)省解決故障的時間。

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在運行方式上除了設(shè)計了常規(guī)的自動控制模式和手動控制模式外，還巧妙的添加了循環(huán)定時控制，循環(huán)定時控制融合在自動控制模式中。

循環(huán)定時控制是指工作人員根據(jù)不同地域的室外環(huán)境等現(xiàn)場條件，根據(jù)工作經(jīng)驗，在觸摸屏中事先設(shè)定好每天的工作起始時間。當(dāng)系統(tǒng)處于工作時間區(qū)域內(nèi)時，系統(tǒng)進行熱網(wǎng)遠(yuǎn)程操作，當(dāng)系統(tǒng)判定不處于工作時間范圍內(nèi)，系統(tǒng)將處于待機狀態(tài)。使用循環(huán)定時控制，不僅可以節(jié)約熱水資源，而且可以節(jié)約電力資源，減少系統(tǒng)硬件工作時間，延長系統(tǒng)使用壽命，節(jié)約硬件成本[4]。endprint

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在運行時，首先判斷工作人員選擇的是自動模式還是手動模式，如果系統(tǒng)處于手動模式，則系統(tǒng)等待工作人員手動操作。如果選擇自動模式，則系統(tǒng)首先判斷是否處于工作范圍內(nèi)，如果是則執(zhí)行系統(tǒng)自動模式程序，如果不是則關(guān)閉所有執(zhí)行機構(gòu)，停止對熱網(wǎng)用戶室內(nèi)溫濕度采樣，監(jiān)控器等待滿足循環(huán)定時監(jiān)控設(shè)置的時間參數(shù)，執(zhí)行自動模式。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

當(dāng)系統(tǒng)處于自動模式工作狀態(tài)下，在系統(tǒng)正式運行之前判斷系統(tǒng)是否處于工作人員設(shè)定時間范圍內(nèi)，如果不處于設(shè)定時間范圍內(nèi)，則等待至滿足時間范圍設(shè)定再執(zhí)行程序。當(dāng)系統(tǒng)處于設(shè)定時間區(qū)間內(nèi)后，系統(tǒng)分別對熱網(wǎng)用戶室外溫度進行采樣，反饋給監(jiān)控器，監(jiān)控器根據(jù)傳感器的反饋值，判斷出室內(nèi)溫度和濕度的情況，并根據(jù)監(jiān)控規(guī)則，對熱網(wǎng)用戶實施供暖。

同時系統(tǒng)還有自檢功能，如果系統(tǒng)發(fā)生異常，則系統(tǒng)發(fā)出報警信息，需要工作人員將故障排除后才繼續(xù)執(zhí)行熱網(wǎng)遠(yuǎn)程任務(wù)，直到熱網(wǎng)用戶室內(nèi)溫度滿足設(shè)定要求。

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)手動模式，可以對熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中執(zhí)行部件進行手動開啟或關(guān)閉。手動輸入熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)二次管網(wǎng)上比例閥的開度，補水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整熱網(wǎng)用戶室內(nèi)溫度[5]。

如果熱網(wǎng)遠(yuǎn)程系統(tǒng)的水箱缺水時，系統(tǒng)能夠?qū)崟r接送水位超低限、超高限開關(guān)信號，連鎖停止變頻補水泵，并發(fā)報警信號。水箱應(yīng)接入控制器并設(shè)有自動和手動補水功能。

下面在簡單介紹一些熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)人機界面主界面。有了好的硬件和軟件，就需要一個合理安全的監(jiān)控主界面圖，如圖4則為熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)人機界面主界面圖。

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器可以把檢測到的室外溫度及室內(nèi)溫濕度顯示在人機界面的主界面里。同時主界面中也會顯示系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)，一次管網(wǎng)上比例電磁閥是否開啟及其開度情況，循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速、供水管道的壓力、水箱的液位高度、給二次管網(wǎng)加水的電磁閥的開閉狀態(tài)等。操作人員可以直觀的在人機主界面中看到系統(tǒng)的運行狀態(tài)，非常方便。

4 結(jié)束語

本文通過介紹了熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電氣圖及相關(guān)軟件流程圖，并繪制熱網(wǎng)監(jiān)控人機界面圖，從以上可以看出，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)適應(yīng)于現(xiàn)今社會城市的高速發(fā)展，并根據(jù)城市供暖的需求及時進行供暖設(shè)備的更新?lián)Q代。系統(tǒng)具有適應(yīng)范圍廣、更新?lián)Q代快、擴展能力強及維護方便等優(yōu)點，值得大力推廣。

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