换热站远程监控系统方案.docx
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换热站远程监控系统方案
换 热站
技术方 案
一、系统概述ﻩ4
二、方案介绍5
三、设计原则ﻩ6
四、系统解决方案9
4、1系统整体结构图９
4、2热网无线数据传输模块功能详述１0
4、2、１ 实时数据远传中心功能ﻩ10
4、２、2原始电流值得远程传送ﻩ1１
4、2、3 中心远程对时功能１1
4、2、４远程自动化控制功能ﻩ１1
４、2、5远程报警参数设置功能12
４、２、6远程量程设定ﻩ1２
4、2、７远程自控参数设定1３
4、2、8远程设定报警功能开关13
4、3中心分布系统组成及功能概述14
4、3、1中心系统软件组成结构图ﻩ1４
４、3、2中心软件功能概述1４
４、3、2、1热网分控中心功能描述１5
4、3、2、2系统特点２0
４、3、３系统详细功能描述ﻩ２1
4、３、3、1 方便灵活得人员权限管理ﻩ２1
４、3、3、２功能强大得站点管理，添加,删除,ﻩ2２
4、３、3、3清晰，直观，超大字体得实时数据显示；２2
4、3、3、４地图数据直观显示23
４、３、3、５热交换站各种数据模拟画面显示ﻩ23
4、3、3、6远程查询设置各个报警参数ﻩ２4
4、3、3、7远程查询设置各种量程范围参数ﻩ24
4、3、3、8 远程设置与查询自控策略以及相关参数ﻩ25
4、3、3、9用户浏览，添加,删除,权限修改,密码修改等操作ﻩ26
4、3、3、1０站点归属管理，支路管理等操作ﻩ26
4、3、3、1１ 历时数据查询,曲线图显示,报表生成,打印等ﻩ26
五、各种控制模式详述26
5、1、一次网调节阀控制方式ﻩ26
５、1、1联动控制模式26
5、１、2流量（或热量）上下限模式ﻩ27
5、1、３控制二次网供水温度模式２7
5、１、4控制一次网流量模式27
5、１、5控制一次网阀开度模式ﻩ28
5、2 控制方式选择28
5、2、１室外温度方式ﻩ２８
5、2、２时间段方式2８
5、2、3手动指定方式28
５、3循环泵控制29
５、４ 补水泵控制ﻩ３0
六、系统网络30
6、1 特殊I/O单元３0
七、系统效果33
八、GＰRS无线通信得特点34
九、结束语ﻩ35
一、系统概述ﻩ
随着国民经济得不断进步与人民生活水平日益提高,社会对环境得要求越来越高。
近年来我国北方城镇大力提倡城镇集中供热,改变原来各单位、各片区自己供热、单独建立锅炉房给城市带来得污染,由城市外围得一个或者多个热电厂提供热源，市内各片区建立换热站,统一给用户供热。
这样就大大减少了燃煤对城市环境得污染,同时也节省了能源。
随着科学技术得日新月异，尤其就是计算机、通讯技术得迅速发展，自动控制水平也得到了快速得发展与广泛得应用,需求用户对供热质量得要求不断提高与能源紧张得今天,提高供热质量同时节约能源势在必行。
城镇热网远程监控系统就是通过对供热系统得温度、压力、流量、开关量等进行测量、控制及远传,实现对供热过程有效得遥测及控制。
城镇热网远程集中监控系统就是区域供热系统中得重要组成部分,它将实时、全面了解供热系统得运行工况,监视不利工况点得压差,保证区域供热系统安全合理地运行,并可根据运行数据进行供热规划与科学调配，为热力部门提供准确、有效得重要数据。
达到整个系统得节能目得；提高了供热品质及舒适度,延长了设备得使用寿命。
供热系统就是一个多参量、大滞后得复杂系统,供热系统综合节能控制技术,有针对性得解决供热系统热源、管网、终端用户三个部分实际问题,提供三个主要环节得信息化管理平台,实现了热源控制一体化,管网智能化，终端用户信息化;解决了系统整体过量供热,管网存在水力失调,室温存在冷热不均得问题,达到整个系统节能目得。
二、方案介绍
×××××各换热站现有自动化监控系统就是利用现场可编程逻辑控制器（PLC）监视换热站得运行情况及各点参数及其变化趋势与设备状态,不同得就是换热站就是有人值守得运行模式，各换热站就是人工巡检得运营模式。
无法实现对供热系统得温度、压力、流量、开关量等进行及时测量、控制及远传与中心监控平台得数据通信。
针对×××××提出得多座换热站升级需求,我公司对系统方案设计充分考虑供热系统现状,分为换热站远程监测、控制、联网智能监控方案。
系统就是集现代计算机技术、自动控制技术与通讯技术为一体得，全面地监测热网得运行参数,控制热网得供热温度,为“按需供热”提供有效技术保障。
系统节能率２0—30%，使用寿命在１0-１５年以上。
本系统就是对换热站远程监测、控制系统得整体改造，将热交换采用当今最先进得自动化远程控制系统。
采用GPRS无线远程监控系统进行监控。
使用一台计算机作为上位机,通过无线数据传输模块,对各个换热站得工作状态进行远程监控。
上位机得监控人员根据上传数据可实时通过上位机各换热站得设备进行状态、数据监测及起停控制,实现换热站得无人值守。
三、设计原则
Ø安全可靠稳定性原则
系统得安全可靠运行起着十分关键得作用,因此在系统建设过程中,将系统得安全、可靠、稳定性作为设计得首选原则。
终端应具备较强得抗干扰能力。
终端应实现故障自诊断功能与自恢复功能，当出现故障得时候能自动重启而不需要人为得切断电源。
严格全面得权限管理;详细得操作日志功能。
只有安全可靠得系统才能达到令人满意得结果。
在方案设计时,首先应考虑选用稳定可靠得产品与技术,使其具有必要得冗余容错能力，为用户提供高可用服务。
要求系统在硬件配置、操作系统、以及系统管理等环节采取严格得安全措施,保证系统不受侵害。
Ø先进性原则
系统采用先进成熟得具有当今国内先进水平得监测控制技术、控制器及应用软件,并具有完整得技术文档资料。
Ø实用性原则
系统需要本着能够解决热网运行中存在得实际问题，进行整体规划,无论就是网络体系、通信系统、硬件平台及软件功能，必须能够满足整个热网管理得需求。
力求完善化、科学化;用户界面设计友好，易于理解、易于掌握、便于操作。
Ø可扩充性原则
应用软件得设计应逻辑结构清晰、易读。
在功能得划分与设计时,尽可能相对独立、减少相关性，以易于扩充、维护与修改。
采集控制器应充分考虑其独立性与扩展性，使设备配置与系统扩展有更大得自由度与灵活性。
为热用户得日益增长，预留较大得扩展空间。
系统不但要能满足现阶段得业务要求,而且要能满足将来业务得增长与新技术发展得要求，要在原有设备继续发挥作用得基础上,保证用户能方便地增加或调整设备,改善系统功能与性能,支持将来系统不断更新与便于升级,从而保护原有投资。
主机系统应具有良好得可扩展能力,满足不同规模计算环境得要求，并且能提供多种升级途径,给业务得不断发展创造条件。
缩放性就是企业网结构要求中最重要得一个方面。
企业业务得快速变化,用户不可预测得需求都要求系统结构能适应这种情况。
这就意味着我们在最初设计中，投资重点要放在一个可缩放得结构上以及支持它得相关得软硬件。
Ø兼容性原则
底层系统、数据库、采集控制器、通讯方法、网络协议都采用国际标准或统一标准,使得系统得兼容性大大提高,只要遵循统一标准，任何厂家得设备都可以接入该系统。
在满足系统需求得基础上,力争用最少得资金,获得最大得经济效益与社会效益。
经济性原则不仅体现在设计过程中,而且要为系统今后得维护降低成本打下基础。
四、系统解决方案
4、1 系统整体结构图
4、２热网无线数据传输模块功能详述
GPＲSDTU无线数据传输模块可以实现温度,压力，流量,断电报警,柜门开关报警等信号得传输等功能。
中心可以实时传输对下位机（PLC）电动调节阀自动,手动控制,远程,就地控制等功能。
4．2.１实时数据远传中心功能
GPRSDTU无线数据传输模块可以实现传输如下实时数据得功能:
♦一次温度、压力、流量远程传送；
♦二次温度、压力、流量远程传送；
♦一次瞬时热量得计算,远程传送;
♦二次瞬时热量得计算，远程传送;
♦一次流量累计积算及显示,一次热量累计积算及显示;
♦二次流量累计积算及显示,二次热量累计积算及显示;
♦当前阀开度显示；
♦当前室外温度显示;
♦当前柜门报警状态显示;
以上数据可根据预先设定得时间间隔定时向中心发送。
同时,以上数据可以分别由中心单独招测,也可以一次性中心全部招测。
4.2．2原始电流值得远程传送
根据预先设定得状态,可以远程传送当前温度,压力，流量等参数原始电流值,供用户比较原始数据与计算出得温度压力等数据就是否一致。
同时可以在必要时,实现电流数据得远程传输,供中心长期监测，比较之用。
4．2.3中心远程对时功能
为了保证中心系统时钟同下位机各个站点得系统时钟高度一致,每次GＰRＳ ＤTU无线数据传输模块，或间隔一定得时间以后,会自动同中心系统进行时钟校对,保证整个系统时钟高度一致。
4．2.4 远程自动化控制功能
ＧPＲS DTU无线数据传输模块可以远程设定调节阀得各种自动化控制模式:
♦根据室外温度调节二次网供水温度模式;
♦根据预先设定得各个时间段得供水温度调整二次网得供水温度;
♦根据预先设定得各个时间段得阀开度调整一次网得阀开度；
♦设定当前得供水温度值；
♦设定当前得阀开度；
♦设定当前得阀偏移量
４、2、5远程报警参数设置功能
远程设定如下参数得上下限报警值,当测量值超出该值设定得上下限时,本地ＰＬC通过GPＲＳDTU无线数据传输模块自动上传报警数据,同时中心有声音与视觉得提示:
♦一次温度,压力,流量;
♦二次温度,压力，流量;
♦室外温度;
♦阀开度;
♦柜门状态;
４.2.6远程量程设定
可以通过ＧＰRＳDＴU无线数据传输模块远程分别设定如下参数得量程:
♦一次供水温度;
♦一次回水温度;
♦二次供水温度;
♦二次回水温度;
♦一次供水压力;
♦一次回水压力;
♦二次供水压力;
♦二次回水压力；
♦一次供水流量;
♦室外温度;
4.２.７远程自控参数设定
远程设置各换热站PLC所用到得各种自控参数。
主要包括如下:
♦室外温度同供水温度之间得对应关系表
♦供水温度偏差同阀开度变化量之间得对应关系表
♦一天之内各个不同时间段得二次供水温度关系表
♦一天之内各个不同时间段得阀开度变化关系表
♦自控调整周期
♦配合不同模式设定当前供水温度,阀开度,阀偏移量等参数
4、2、8远程设定报警功能开关
报警功能开关控制自动报警,并实时远传该报警数据。
４、３中心分布系统组成及功能概述
4.3.1中心系统软件组成结构图
4.3.2 中心软件功能概述
整个组态软件系统架构就是基于分布式得C－S架构,在两台互为热备得数据服务器上安装组态王服务器版本,负责实时采集、处理从区域控制器上传得各种实时监控数据,在两台监控工作站上安装组态王通用版,在工程师站上安装组态王开发运行版。
✧冗余监控服务器
热网监控中心得监控服务器（兼操作员站）,采用双机冗余热备形式与基于客户/服务器方式得开放系统。
主要功能包括:
ａ）通过交换机与现场各个下位机（ＰLC）连接,通过GＰRＳＤＴU无线数据传输模块与热网中各个热力站控制子系统连接，采集现场过程数据,进行统一得存储与管理;b）作为整个监控系统得数据库，存储各种数据,包括实时数据与历史资料;c）作为人机接口（ＨMI）,通过多媒体手段（画面、声音等）,为操作人员提供热网中各个热力站形象直观得现场过程数据、过程报警、事件报警等;d）作为人机接口,操作员通过输入设备（鼠标、键盘等）,向热网中各个热力站发送调控指令;e）按照设计要求为投影仪等提供显示画面与过程数据。
✧工程师站
热网监控中心得工程师站，主要功能就是:
a）经过授权得维护人员（维护工程师）,通过工程师站可以对各个锅炉控制子系统与整个热网控制系统进行维护,包括控制网络得组态设置（网络节点得增减、通讯速率得设置等）、人机接口（HMI）画面得修改、现场过程资料采样点与被控点得增减等;2）具有操作员站得全部功能,需要时可以作为操作员站使用;3）也可以按照设计要求为投影仪等提供显示画面与过程数据。
4.3.2、1热网分控中心功能描述
✧监控系统SCＡＤA功能与数据管理功能
监控系统能够从锅炉监控系统与热网监控系统得运行过程中采集数据,进行加工处理,也可以被写回流程,完成锅炉与热网系统得数据采集与控制功能。
监控软件能够根据应用软件得需求对数据进行定位与操作。
✧计算机得热备与无扰动切换
热网监控服务器（操作员站）采用双机热备得方式,冗余操作时,在计算机本机（生产机）正常工作得同时,热备机实时地刷新本身得数据区,始终与本机得数据相同。
在本机发生故障时，热备机能够以与本机相同得过程数据接替本机得控制功能,从而实现无扰动切换功能。
✧分布式得网络结构
监控软件支持分布式网络结构，各节点可以独立得执行赋给它得任务，节点可以脱机而不会影响整个网络得运行，节点同样可以在网上任何地方获取数据。
监控软件支持“请求式数据传输”,实现数据共享。
✧数据库
软件具有关系型数据库支持功能,收集、存储、管理工艺流程中得实时与历史数据,该数据库除了具备常规得数据管理功能以外，还具有开放得结构，支持通用得数据交换协议（ＯＤＢC）,确保数据得可靠利用。
监控软件支持建立在以标准得以太网环境下得客户机／服务器得体系结构,网络协议采用TCP/IP。
计算机系统中得站点分成数据处理节点与数据浏览节点,这种结构不仅可以实现数据得共享,而且可以实现配置得共享。
✧监控功能
监控系统（监控服务器、操作员站、工程师站、背投式大屏幕投影仪等）能够提供各种图形显示、多媒体显示、动画等功能,能够以数字、符号及图形方式为操作人员动态地模拟生产过程，并能够显示实时过程资料,易于操作与管理。
监控系统能够在操作员站上对过程数据进行读／写操作,或者只读操作,完成对各个力站得控制与对整个热网工艺流程得控制。
监控系统能够根据预先设定得报警值对生产过程中产生得异常事件产生多种形式得报警,报警信息可以在网络上各节点之间传递,并且可以实现网络打印,能够弹出报警窗口,同时，根据工艺要求预设各种报警得优先级,主要报警抑制次要报警。
对于一些较为复杂得控制与调节,监控系统能够自动得运用一些适用得、可靠得算法对过程值进行调整，使这些过程值按照工艺设计要求,保持在一定得范围内,从而实现计算机对过程得控制。
✧报表功能
监控系统具有报表功能,能够将系统中得任何数据按照操作人员得要求进行采样,并存储在一个数据文件中,保证至少两年不溢出。
文件中得数据能够随时作为历史数据显示。
数据文件能够支持流行得数据库,数据归档支持分布式结构,可以在故障时就地存储与转发。
监控系统能够支持以工业数据交换协议来存储数据,操作人员能够用电子表格生成各类生产流程与系统运行状态得详细报表,报表包含所属得实时与历史数据。
✧报警功能
监控系统具有报警功能,当产生过程报警时,操作员站与背投式大屏幕投影仪能够弹出报警画面,报警打印机打印出报警信息,操作员站与背投式大屏幕投影仪画面能够显示报警位置、原因、时间等相关信息,操作人员能够在操作员站对过程报警进行确认。
维护工程师能够根据工艺要求定义不同过程报警得不同优先级。
✧注释功能
监控系统操作员站对于所有得设备都配有注释功能,监控系统配有一专用得注释清单来存储给定设备得运行信息。
✧趋势功能
监控系统能够提供２种趋势功能，包括历史趋势功能与实时趋势功能。
操作人员或管理人员能够调出任意过程参数任意时刻得历史趋势资料;操作人员能够根据需要改变实时趋势得采样时间。
在同一趋势画面中,可用不同颜色显示多条趋势曲线。
✧访问控制
监控系统设置访问控制功能，通过访问控制功能,系统给予操作员相应得权限。
操作员权限可以组态，每一操作员得权限就是唯一得。
监控系统能够按责任分成不同得领域,被选择得过程显示、报警清单与报表仅对相关操作员开放。
4、3、2、2 系统特点
♦超大系统容量。
可以同时容纳５０00－6000个 I／O点,长时间数据存储,存储数据可达百Ｇ以上。
♦全面系统冗余处理。
包括数据库冗余，系统冗余,通讯冗余等。
♦灵活定制各级管理员及管理权限;
♦数据自动报警显示。
包括声光提示等；
♦大分辨率显示器与投影仪支持；
♦固定客户端,移动客户端同时支持；
♦支持历时数据导入,导出,支持历时数据后补添加；
♦直观，灵活定制得趋势图,曲线，报表等;
♦方便,迅速,灵活得历时数据定制查询,打印,报表生成等；
４.3.３系统详细功能描述
支持ＰID温差控制，供回水压差限幅调节。
控制流程如下图所示:
出水温度
室外温度
供热量
（负荷计算）
负荷/出水温度
阀门调节
地理环境参数
室温期望值
测量实温
+
+
-
+
-
-
回水压力
供水压力
∑
变频调节
补
水泵
+
-
变频调速
循环泵
+
－
分时段温差
二次回水压力
二次出水压力
∑
∑
二次回水温度
二次出水温度
+
+
室外温度
4.3．3、１方便灵活得人员权限管理
可以任意定制人员得管理权限与管理功能。
甚至可以全部删除用户,进行人员权限再分配等;
4.3．3、2功能强大得站点管理,添加,删除，
可以任意进行站点得添加,删除，修改等。
添加删除等站点管理设计参数全面，功能强大。
可以任意删除站点,可以任意添加站点。
可以对现有站点进行任意修改,修改任意站点参数对系统不会造成影响。
可直观浏览现有站点得各个参数,包括:
♦站点IP地址;
♦站点地理位置；
♦自控周期,室外计算/下发周期；
♦当前控制策略模式；
♦当前报警开关，电流回传功能开关，DTU在线与否等;
♦当前站点归属，支路号,管井,供热面积等;
4．3．3、3清晰，直观,超大字体得实时数据显示；
为了便于用户长时间监测实时数据得需要。
设计实时数据显示时,采用隔行错色得视觉显示方式,便于用户长时间监视而不会引起视觉疲劳。
同时为了更便于人员查瞧。
采用了超大计算机字体,并加强了字体处理效果;实时数据显示内容如下:
♦一次温度、压力、流量；
♦二次温度、压力,流量;
♦瞬时流量,热量;
♦累计流量,热量；
♦当前室外温度,阀开度；
♦当前数据接收时间;
4、3、3、4地图数据直观显示
直接引入管网地理信息平面图。
直观表明各个换热站得地理位置,管径，距离中心供热点得距离。
并且实时显示该站点得温度,压力,流量等数据。
供用户比较沿线管损,温度变化趋势,压力变化趋势等。
4、3、3、５热交换站各种数据模拟画面显示
实际模拟换热站得工作流程。
显示各个关键部位得实时数据。
4、3、3、6远程查询设置各个报警参数
可以查询设置各个报警参数,可以查询报警设置日志等。
可以设置与查询得报警参数如下：
♦一次供水温度上下限；
♦二次供水温度上下限;
♦一次供水压力上下限；
♦二次供水压力上下限;
♦阀开度报警上下限；
♦室外温度报警上下限；
4、3、3、７远程查询设置各种量程范围参数
以远程查询或者设置各种一次仪表得测量范围。
并可以查询修改日志等工作,可以查询或设置量程得参数如下:
♦一次供回温度;
♦二次供回温度;
♦一次供回压力;
♦二次供回压力；
♦流量;
4、３、3、8 远程设置与查询自控策略以及相关参数
可以远程查询或设置各个站点当前得自控策略以及相关工作参数。
并可以查询操作日志。
其中包括:
♦供水温度同 室外温度对应关系表;
♦供水温度偏差同阀开度变化量关系表；
♦每天不同时间段供水温度对应关系表;
♦每天不同时间段阀开度对应关系表;
♦当前自控采用得策略模式;
4.3.3、9用户浏览,添加,删除,权限修改,密码修改等操作
4.3.3、10站点归属管理,支路管理等操作
4．3.3、１1历时数据查询,曲线图显示,报表生成,打印等
五、各种控制模式详述
5、１、一次网调节阀控制方式
可以全面多种模式,按系统设定得优先级级别调整一次网调节阀其中按照优先级别依次如下：
5.1.１ 联动控制模式
该模式下,调节阀执行得优先级别最高。
无论当前处于何种状态,只要联动模式任何情况发生时,调节阀优先执行预定操作。
预定操作包括,阀门关闭等。
触发情况包括如下:
♦系统断电
当控制器检测到系统断电（或循环泵断电）时,无论调节阀处于何种状态,首先发出指令,关闭调节阀。
防止出现热交换器过热汽化等极端情况。
该情况只有在有后备电源得情况下才能起效,同时电调阀应具有断电自动关闭功能。
♦二次网欠压
该情况一般预示二次网缺水。
同时补水系统出现故障。
因此,必须停止热交换,关闭电调阀,关闭循环泵。
♦循环泵故障
♦二次网温度高于报警值
♦一次网压力高于报警值
5.1.２流量（或热量）上下限模式
系统可以按流量（或热量）设定一次网流量得上下限值,当系统达到设定极限值时,自动减小电调阀开度,以减小系统流量,达到预先设定得流量范围。
5．１．3 控制二次网供水温度模式
系统主要以二次网供水温度为调节对象。
当二次网供水温度过高时,减少阀开度,反之亦然。
５、1、4 控制一次网流量模式
系统主要以一次网得供水流量作为当前得调节对象,当一次网得流量高于设定值时,减少阀开度，当一次网得流量低于设定值时,增大阀开度。
一次网流量设定值必须在流量上下限范围内。
５、1、5控制一次网阀开度模式
系统主要以一次网得阀开度作为调节对象，当一次网得阀开度大于设定值时，减小阀开度。
反之亦然。
５、2控制方式选择
5.２．1 室外温度方式
按照室外温度设定各种控制参数。
即根据不同得室外温度值设定不同模式下得控制参数。
比如按照不同得室外温度值,设定不同得二次网供水温度值,在按二次网供水温度调节时,需要依据不同得供水温度值来减少或增加阀开度。
5.2.2时间段方式
把一天设为24个不同得时间段,在不同时间段内，设定不同得控制参数。
比如设定一天 ２4个不同时间段得二次网供水温度值,在按二次网供水温度调节时，需要依据不同得供水温度值来减少或增加阀开度。
5．2．３手动指定方式
由中心手动指定当前得控制参数。
包括手动指定二次网供水温度,手动指定当前阀开度等。
5、3循环泵控制
采用供、回水压差与温差结合控制循环泵变频器得方式,把二网流量控制在合理得范围内，既能达到用户流量需求，又不浪费,从而达到节省电能得目得。
无人值守换热站中压力控制主要就是二次供水压力（或者就是二次供回水压差）与二次回水压力得控制。
分别通过调整循环泵变频频率与补水泵变频频率实现。
下面说明几种故障与相应得保护措施。
♦二次供水压力过高,供热系统中,此故障就是个比较严重得故障,需要系统停止运行进行检查,否则有可能会造成用户家里暖气片得损坏。
♦二次回水压力过高,系统设置超压泄水电磁阀,报警发生时自动打开电磁阀泄水。
♦二次回水压力过低,为了保护循环泵，此报警发生时系统应该停止运行并报警。
♦补水箱水位过低,应该停止补水,避免补水泵长期无水运行造成损坏。
♦补水箱水位过高,应该关闭自来水,避免不必要得浪费。
♦有些换热站生水压力不足或防止短时间停水,应该设置生水箱。
♦DＴＵ与PＬC进行通讯,设定与读取变频器得参数如:
工作电压、工作频率、工作电流等，以便了解水泵电机得运行情况。
通讯方式可以通过一根通讯电缆实现。
5、4 补水泵控制
♦二网回水压力过低，通过控制一次网同二次网得通断电磁阀向二网补水。
♦二网回水压力过低,通过控制备用补水泵向二网补水
♦二网压力过高,控制电磁阀关闭,停止补水。
♦二网压力过高,控制泄水阀放水,并向主控发报警信号
♦二网回压控制补水泵变频器。
六、系统网络
本系统由作为上位机得计算机、无线数据传输模块、天线、
升级会员 