远程自动化监控系统在集中供热管理中的应用.doc

远程自动化集控系统在集中供热管理中的应用淮南中润热力有限责任公司 胡振龙【摘 要】 本文介绍了在城市集中供热的运行管理中，采用自动化集控系统，利用有线和无线网络传输方式对集中供热换热站及供热管网设备实施远程集中监测、控制、调节，通过对供热相关信息、参数（供热量的变化、室内外温度变化、时间变化、）的采集和分析，实现集中供热的自动调整运行。该系统在城市集中供热中的应用，首先是提高了设备之间的自动化保护程度，确保了管网及各换热站系统的安全和稳定运行；其次是大幅度优化了系统运行模式，通过流量补偿、时间补偿、温度补偿等自动化程序，实现了供热参数随工况变化而适时自动调整的目的，在确保供热效果的前提下大大降低了热损耗和电损耗，起到了显著的节能效果；三是将城市集中供热的各站点设备统一起来实施远程集控，实现了各站房的无人值守，减少了人力投入，提高了劳动效率和自动化管理水平。【关键词】 自动化集控系统 信息传输 程序 节能 The Application of Remote Automation Central Control System in the Management of District HeatingWang Sheng-li, Hu Zhen-long(Huainan Zhongrun heat energy Co., Ltd. Huainan, china, 232001)Abstract:This paper mainly introduces the using of automation central control system to achieve automatic operation of heat supply, and the transmission mode of wired and wireless is used to heat supply in heat Station and Heating network equipment control and adjustment according to date of related information and parameter (i.e. the change of heat supply, indoor and outdoor temperature and time). Firstly the use of this system can enhance the degree of protection of the equipment, and it also can guarantee the security and stability of the heat exchange station. Secondly, it can optimize the mode of the system. According automation to procedure flow compensation, time bias and temperature compensation and so on it can achieve the purpose of the autoregulation of parameter follow with work condition. In the premise of ensuring the heating effect of heat loss and significantly reduced power loss, has played a significant energy savings. Thirdly central heating in the city unified implementation of the remote site equipment, centralized control, to achieve the station house unattended. And the system can guarantee the reduce of the human input and improve work efficiency and the level of automated management.Keywords: automation central control system, information transmission, procedure, energy conservation.前 言 随着人民生活水平的不断提高，以及城市环境保护、节能减排的整体规划和部署，近些年集中供热事业得到迅速发展，位于城区的各类小锅炉供热已逐步被热电联产机组实施的集中供热所取代。2007年10月颁布的中华人民共和国能源法已将节约能源地位我国继计划生育、环境保护之后的第三个基本国策。在这种背景下，如何降低供热损耗、提高供热效率、降低供热成本已成为各集中供热企业当前的首要工作。根据供热管网分布及用热负荷区域需求量的要求，各集中供热企业设立了大量集中供热的汽-水、水-水换热站房，实施供热设备的集控、提高自动化管理水平，已成为集中供热企业实现节能降耗的新的突破点。淮南中润热力有限责任公司于2008年实施淮南市集中供热后，已不断提高供热管理水平、降低热网损耗为工作重心，积极探索节能降耗途径。为此，公司成立了专项课题组，负责公关项目的开发和实施，作者在借鉴发电厂DCS集控系统管理模式的基础上，充分结合城市集中供热的特点，成功开发建立了热网远程集控系统，该系统集自动控制、仪表、测量、通讯于一体，从根本上解决了以往换热站运行管理中存在的控制效果不理想，运行调整不及时的问题，真正意义上达到了居民舒适、节能环保的目的。通过近两年的不断完善，系统运行稳定，节能效果显著，使供热管理水平有了大幅度提高。1 集控管理系统模式的建立城市集中供热，一般由城市周边的热电联产供热机组或区域型供热锅炉提供热源，经一次管网输送至换热站，由换热站换热后经二次网输送至各热用户，在城市集中供热快速发展的情况下，部分城市区域型换热站已达到几十座，甚至更多。实现集控管理模式，一是需要将各换热站房就地控制设备，升级加装自动程序控制装置，并具备远程通讯接口功能；二是在集中供热管理部门设立集控工程师站，对远端站房传输上来的数据进行汇总、监视、分析，并发送运行控制命令。数据通讯部分可利用电信、移动有线的光纤网络或无线网络来实现实时的连续传输。（见图1）。图1 集控系统结构示意图 2 自动化控制功能的实现换热站房的设备配置一般包括：循环泵、补水泵、补水箱、换热器等，在运行过程中主要调节的参数是一次网流量、二次网循环流量、压力、温度。（见图2）8图2 换热站房系统结构2.1通过变频器控制循环泵、补水泵转速，实现在负荷流量发生变化情况下循环水压力定压运行。2.2采集室外、室内温度，经数据处理控制器进行自动分析计算后，将控制命令发至一次网流量调节阀。调节阀分为手动/自动。手动输出包含百分比输出（不参与PID运算）和手动给定温度值（舒适设定温度，低温给定温度，保温设定温度）。自动控制为PLC根据室、内外温度和实时时间补偿表组成的二维函数表，自动查找设定值，进行PID运算。通过调整一次网热介质流量，使进入换热器的一次流量发生变化，从而调整二次循环水温度。2.3在数据处理与控制器中编辑各设备的运行切换、自动调整、保护命令，如：（1） 断电保护系统断电后报警，自动关闭一次流量调节阀，确保换热器不超温损坏；（2） 超温保护二次网循环系统设定上限运行温度，一旦超过立即报警并停止系统运行；（3） 循环压力保护二网循环系统设定上、下限运行压力，当超出设定的压力范围后立即报警并停止系统运行；（4） 自动切换运行按照设备运行原则，自定义定期切换泵的运行。（5） 站房内运行温度保护一旦出现热介质泄露超温情况，立即停止系统运行。（6）二次网断水报警自动监测补水箱水位，当水箱水位过低无法正常补水时，自动报警并停止系统运行；（7）根据室内外温度变化情况实时进行二次网供热温度调整，对采集的室外温度进行分析，设计对应的二次网供热温度，在就地程序中编入控制程序，结合各地区环境温度特点，通过一个时段摸索，以满足室内供热温度的原则，编辑供热温度调整表。该功能提高了自动调节水平及调节的及时性，有效降低了热损耗；（示例见表1） 表1 对应室外温度供热温度调整表（8）时间温度补偿，结合当前城市生活用热规律，分时段对原供热温度进行补偿调整，即在原设定供热温度上进行叠加调整温度，这也是节能降耗的重要途径之一。（示例见表2）表2 供热温度时间补偿表2.4在各换热站内安装高清旋转变焦摄像头，将实时录像信号传送至集控工程师站，实现对站内设备运行情况进行远程实时监视。2.5主要控制设备（1）数据处理与控制器（PLC+HMI）触摸屏，内嵌实时操作系统，支持USB接口读取历史数据；多通道模拟量输入输出，及多通道数字量输入/输出；支持以太网接口，标准RS232/485接口，可接GPRS/CDMA模块无线通讯。（2）动态电动调节阀设备只受标准控制信号的影响，而不受系统压力波动的影响，使系统调节更稳定，更节能，特别适用于系统负荷变化较大的变流量系统中。（3）变频器 功能特点： 泵类变转矩负载专用； 牢固的EMC（电磁兼容性）设计； 控制信号的快速响应； 线性v/f控制，并带有增强电机动态响应和控制特性的磁通电流控制（FCC），多点 v/f控制； 内置PID控制器； 快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸； 数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个； 具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程； 采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接； 集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块； 三组参数切换功能：电机数据切换，命令数据切换； 过电压、欠电压保护； 变频器过温保护； 接地故障保护，短路保护； I2t电动机过热保护； PTC/KTY电机保护。 （4）温度传感器传感器类型: Pt100 /Pt1000 ；温度范围： -50-200；输出信号： 420mADC；负载电阻： 0500；供电电源： 24VDC±10%；功耗： 1W；准确度：T=±0.15+0.2%t+0.2% F.S。（5）压力变送器压力范围：相对压力-1600bar，绝压025bar；防护等级：IP67；外壳材质：不锈钢1.4305（AISI 303）；温度范围：-40125；输出4-20mA；电源反相保护，静电保护500VDC；精度：精度 线性，迟滞，和重复性的总和 <±0.3% FS。（6）液位变送器投入式全不锈钢结构，量程：020m，24VDC供电420mA两线制输出，负载电阻大于250欧姆。（7）室内温度采集器采用数字温度传感器配短距离无线传输模块，测量精度土0.5度，电池供电，传输视距大于500米。温度集中器内置短距离无线接收模块，标准串口输出，接GPRS模块将数据上传至服务器端。3 集控系统程序组态集控系统软件的编制应遵循简洁、直观、实用、数据提取快、运行稳定等特点。实现换热站实时录像监视功能、远程操作功能、报警功能、运行数据库记录、日/月报表自动生成功能、热用量经济分析功能等。需要特别注意的是必须做好网络的安全防护工作，确保数据传输的连续性和抗干扰，限制系统登录权限，建立防火墙，防止网络病毒的侵入，有条件的可采用独立局域网络模式。3.1实时检测各换热站及泵房的实时参数,包括各站每台泵的工作状态、过载状态、泵电流，各站二次侧回水压力、出水压力、回水温度、出水温度、水位等。图3 系统监控界面3.2接收和记录换热站就地程序柜传来的运行参数，包括温度、压力等。通过对采集参数的分析，发出控制命令。运行参数的记录需设立独立数据库，记录量可根据需要选择，例如每1秒-10分钟均可。图4 供热参数设定界面3.3远程启、停设备操作。图5 系统设备操作界面 3.4使用曲线图、表格方式显示实时数据和历史数据以及表格打印。图6 供热分析实时曲线界面4 集控系统运行管理集控系统的运行管理，应建立专项运行管理制度，各换热站不设值班人员，对站房内设备安排定时检查，每天1-2次，集控工程师站24小时安排运行人员监盘，每班2-4人，当值人员需实时监控各换热站运行情况，及时处理系统报警及各类故障缺陷，同时做好运行记录及报表分析工作。5 结 论2009年热力公司在城市集中供热中实施集控运行管理后，供热管理水平有了大幅度提高，供热系统运行稳定，节能降耗效果显著，其主要特点包括以下几个方面：1、管理人员能够及时掌握设备的运行情况，实时作出运行调整；2、自动化控制程度提高后，有效的保护了设备的安全运行；3、大大减少了运行人员的投入，原就地运行值班站房，每个站房都需要4-5人，以20个供热站房为例，运行值班员就需要100人，而集控运行只需要10-15人， 每采暖季仅人员费用就节省约50万元。4、供热参数根据工况及环境变化自动调整运行，避免了人为调整的间断或滞后现象，减少了热能的损耗，以中润热力公司管理的某5万平方的小区换热站房为例，通过一个采暖季（90天）的运行分析，一次蒸汽消耗总量同比减少30%，一个采暖季就节省蒸汽费用42万元。