供暖系统自动化控制方案设计.docx

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供暖系统自动化控制方案设计

合用标准

XXXXXX供热管网自动控制系统方案

同方股份

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合用标准

2021年6月

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合用标准

目

录

1

大滞后控制对象自动化系统要点解析

................................................................................2

2

分时、分温、分区供暖自动控制模式

................................................................................3

3

供暖节能自动控制系统的组成............................................................................................

3

供热自动控制系统整体架构.........................................................................................

3

节能自控系统的组成......................................................................................................

4

监控中心的主要功能......................................................................................................

6

设施配置.................................................................................................................

6

监控管理软件........................................................................................................

7

监控管理主机......................................................................................................

15

系统组态功能......................................................................................................

17

人机界面的特点..................................................................................................

17

各换热站的设施功能....................................................................................................

18

数据采集...............................................................................................................

19

DDC智能控制器.................................................................................................

19

触摸式操作显示屏..............................................................................................

19

GPRS无线数据传输器.......................................................................................

20

供暖节能自动控制系统的设施配置

...........................................................................20

4

节能自动控制系统拟选设施简介......................................................................................

23

4.1DDC智能控制器...........................................................................................................

23

一体化彩色液晶触摸屏〔工控机〕

...........................................................................24

4.3GPRS无线数据传输器.................................................................................................

24

5

热网监控系统解决的问题和产生的效益

..........................................................................25

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XXXXXX供热管网自动控制系统方案

华发企业于2021年建立了热网系统监控管理系统，对100多个换热站

的运行数据实时全面监控管理。

在此基础上，今年新建的20个换热站采用

全自动化控制方式，实现热力平衡调治和节能控制，下个采暖期渐渐推行，

最后到达无人值守站的自动化控制水平。

本方案依照华发企业供暖管网的实质需求和现状，重视说明自动化控制

与供热节能。

供热节能主要包括热源厂节能、供热管网系统节能和用热系统节能三全局部，要做到

合理供暖，杜绝浪费，第一要解决这三全局部的热能供需般配问题。

也就是说：

保持能耗

的动向追踪，控制热能供需平衡，从而实现节约燃煤〔或燃气〕，节约热能、电能，节约

与此相关的人力、物力、场所和运输花销。

因此，按需供暖、减少或杜绝热能浪费，是最

有效的节妙手段，这是首要问题。

其次，在保证热源厂供热总量的前题下，解决如何提高

热效，实现节能的问题。

本方案从供热管网系统和用热系统的能耗的动向追踪与节能自动控制着手，本着投资

少，见效快，收益大的原那么，结合各换热站设施和供热用途等实质情况，充足利用换热站

原有的温度、压力传感设施和控制设施，改装水泵电机变频器的控制线路，加装DDC智

能控制单元，经过自动控制软件设定的节能程序，依照用热需求量的变化，控制供热管道

阀门开度、控制水泵转速，变人工主观控制为节能自动控制，变全热全程供暖为分时分温

按需供暖，并渐渐实现全管网的智能化控制。

节能自动控制系统方案按以下几个局部加以

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说明：

大滞后控制对象自动化系统要点解析

分时、分温、分区供暖的自动控制模式

供暖节能自动控制系统的组成

节能效益解析

系统拟选设施简介

1大滞后控制对象自动化系统要点解析

XX华发的热力管网调控，多以回水温度作为调治的参照变量，但是，供热管网系统

是大滞后控制对象，变量因素多，响应时间长，不适合用PID方式调治，极难到达理想的

控制收效。

针对这类控制对象，卓有收效的手段是采用先进过程控制方式，比方：

展望控

制。

展望控制的优点：

模型简单，简单获得

算法简单，简单实现

参数少，简单整定

鲁棒性好，使用安全牢固

与PID算法对照，设定值改变时，展望控制，响应曲线大大改良，振荡小、上升

时间短、调整时间小。

对于大滞后对象，展望控制算法可依照时段合理优化温度设定，快速、平稳地到达设

定的温度。

在原有基础上，把参数进一步简化，用“一致展望控制算法〞的系列程序，结

合供热自动化系统设施，实现节能控制的目的。

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2分时、分温、分区供暖自动控制模式

系统安装了相关自控设施今后，就可以依照建筑物不相同的供热用途，采用不相同的节能

运行模式，实现供热支路流量科学合理分配，“分时、分温、分区供暖自动控制。

3供暖节能自动控制系统的组成

供热自动控制系统整体架构

供热自动控制系统主要由系统监控中心、现场控制单元、数据通讯系统、仪表和传感

器及电动调治阀、电气设施局部组成，各局部协调工作，实现整个供热系统的自动化控制

或智能控制。

系统原那么上可按6层结构，经过城域网连接到系统监控中心。

各层内容包括：

（1〕机电设施层：

锅炉和换热站的水泵、供热管网、电机、动力控制柜等；

（2〕就地仪表层：

就地仪表、执行机构、变频调速装置、调治阀门等；

（3〕现场控制层：

指现场DDC智能控制设施；

（4〕通讯网络层：

GPRS通讯网络；

（5〕中央监控层：

为集中供热系统计算机监控系统的核心，经过中央监控层对全网的运行推行一致的监控。

接收各站点的故障报警，到达安全、节能、环保型供热的要求，并保证供热质量；

（6〕信息管理层：

经过信息管理层，完成全网调换指挥、事故报警办理，实现科学管理，提高企业效益。

信息管理层实际上是一个计算机信息网络系统。

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以太网、局域网，或GPRS无线网络

节能自控系统的组成

计算机监控系统将实时、全面地监控各换热站运行情况，依照对热负荷的变化和展望，

调治热源，按需供热，以满足全网供热热量平衡和节能的目的。

监控系统由三局部组成：

〔1〕控制〔监控〕中心

本局部是供热节能系统自动控制系统的核心，经过中央监控层对全网的运行推行一致

的监控，掌握和控制全系统设施的运行状态，保证供热管网或个体建筑按设定温度曲线运

行。

监控管理机以组态动画的形式实时显示热源〔锅炉〕及供热管网的工况，并把现场的

测量数据和计量数据送入数据库中。

系统拥有数据统计解析、趋势曲线、历史记录、数据

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盘问、检索、事故追忆、故障报警等功能。

控制中心的设施包括监控主机，显示器，打印机，网络交换机，路由器以及系统控制

软件、系统管理数据库，系统组态软件、WEB数据宣布软件等等。

〔2〕热源〔锅炉〕数据采集和监控

采集锅炉的炉膛温度、烟道温度、出水温度、出水压力、出水流量、补水量等参数，

以及设施运行状态参数，采集的数据传达到控制中心。

在保证锅炉安全运行的同时，可根

据管网的热力需求，适合调治燃襟怀，控制锅炉的热能输出，到达节能的目的。

〔3〕换热站

在各换热站设置现场自动控制单元，实现运行参数、运行状态参数及故障信号等各种

参数的采集：

采集现场一次/二次热网运行数据，包括供回水温度、供回水压力、流量、热量；

采集变频器转速、状态、故障；

采集循环水泵及补水泵工作状态、故障；

水箱液位监测；

阀门开度监测；

储藏，可按多种程序设定控制模式，对站内循环泵、补水泵、电动调治阀等进行调控，

保证其运行在设定范围内。

值班巡检人员可经过人机界面，对站内设施进行监察、控制及

操作。

本方案为水阀输出控制、变频器转速控制设计了接口预留；

GPRS无线网络保持与控制中心主机进行双向数据通讯，把供回水温度、供回水压力、

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流量、变频器转速、工况状态、故障、水箱液位监测、阀门开度监测等数据传达到监控中

心；在联网控制状态下，换热站自控系统也可按监控中心的遥控指令和设定程序运行。

换热站控制设施主要由DDC智能控制器、液晶显示器〔或触摸屏〕、温度变送器、压

力变送器等设施，以及嵌入式软件和人机界面软件组成。

〔4〕用热建筑群〔或单体用热建筑〕节能单元

配置自动控制单元，实现运行参数、运行状态参数及故障信号等各种参数的采集：

采集进楼供热管道的供回水温度、供回水压力、流量、热量；

采集建筑内有代表性的室温；

按多种程序设定控制模式，经过电动调治阀对进楼供热流量进行调控，保证其运行在

设定范围内。

值班巡检人员可经过人机界面，对站内设施进行监察、控制及操作。

GPRS无线数据传输器，把供回水温度、供回水压力、流量、阀门开度等工况数据传

送到监控中心；在联网自控控制状态下，监控中心可遥控本用热系统的运行模式。

用热建筑群或单体用热建筑自动控制设施主要由DDC智能控制器、液晶显示器〔或

触摸屏〕、温度变送器、压力变送器、电动调治阀等设施，以及嵌入式软件和人机界面软

件组成。

〔5〕通讯网络

主要由GPRS无线网、以太网效劳器、路由器和相关软件组成。

监控中心的主要功能

3.3.1设施配置

监控中心由监控机主机1台、数据库效劳器1台、监控工作站〔可选〕、打印机等设

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备组成。

详见监控中心设施配置表。

3.3.2监控管理软件

本方案的上位机管理软件，采用WINDOWS环境下的通用型工控软件和编程技术，

运行在基于以太网结构和TCP／IP协议的网络环境，可实现全系统联网控制。

本方案采用组态王软件，功能富强，运行环境适应广泛，带加密锁，带WEB宣布功

能，可实现多达50台电脑共享监控数据的功能。

监测点可为无量个点。

所有的换热站经过GPRS无线通讯方式与监控中心计算机相连。

假设某一控制器发生故

障，监控系统也可保持正常运行，而不会对整个监控网络产生不利的影响。

现场控制器具

有通讯功能，并且采用开放的通讯协议，拥有GPRS通讯口，支持TCP/IP协议。

控制器

能将现场的设施运行情况传达到监控中心供解析办理，同时可接收监控中心传达的指令进

行控制和调治，如控制参数的调治，并支持现场更正控制器内部数据功能。

①供热参数实时监测：

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本监控

软件经过与

数据采集站

的通讯接口，

将现场数据

采集到实时

数据库中，实时采集各换热站一次网、二次网的运行数据，包括供回水温度、供回水压力、

供水流量和热量、水箱水位、补水流量、介质流向、巡检记录、循环泵启停状态、补水泵

启停状态或变频器频率〔阀门开度为预留参数〕等参数。

②地理信息功能

以地图方式显示整个管网的地理分布、管路管径〔包括变径〕、分布、走向及其阀门

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井室地址、阀门型号、规格等相关信息，并且实现图形化地图显示换热站、热源的工艺流

程及运行参数。

按地理地址点击换热站图标，可以切换到该站的动向立体管网平面图，显

示所有参数，图文并茂，直观方便。

③故障诊断及办理

本软件可对各数据采集站及通讯线路的工作状态进行在线盘问和解析，当发生故障

时，产生报警信息，提示操作人员对发生故障的设施进行恢复和办理。

④运行参数、设施参数及图

形显示

用图形实时显示各站设施的

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运行工况。

图形包括系统总图、子系统图等，依照系统实质情况，在相应地址显示各点的

运行参数、设施参数等详细信息。

所有模拟图形拥有动向显示收效。

⑤显示平面图

实时绘制整个热网一次网温度、压力、流量的平面棒图。

便于解析全网水力平衡状态。

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⑥报警功能

当各种运行参数高出设定范围时，以声光形式报警，提示操作人员进行报警办理。

各

种报警能实时在屏幕中显示，记录在报警数据库中，形成报警日志，并可对报警信息进行

排序和检索，方便今后的事故解析。

报警信息拥有优先权。

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⑦多级用户权限管理

系统中系统管理员拥有最高权限，可以设定多级的用户权限。

用户依照权限执行不相同

的职能。

用户登录高出一准时间，可自行注销该用户登录，防范其他人员使用此权限进行

系统操作。

用户的所有操作过程在报警记录中以事件的形式显示，便于事故的追忆与解析。

⑧安全性

监控系统软件拥有防范各种计算机病毒伤害的措施，并准时进行数据库的备份，防范

数据丧失。

系统限制用户使用系统键，任务切换键，只有系统管理员拥有退出权限，保证

系统连续牢固运行。

新建的20个换热站完成了以下功能：

〔1〕采集各换热站一次网、二次网的运行数据，包括供回水温度、供回水压力、供

热流量、热量、水箱水位、排沟渠水位参数；采集变频器转速、状态、故障；循环水泵及

补水泵的工作状态、故障；补水压力、水箱液位监测、阀门开度监测数据。

〔2〕在新建的全自动化控制站加装大屏幕真彩触摸屏，在触摸屏中安装组态软件，

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实现温度、压力或水泵电机转速的设定，系统按设置的曲线自动化运行；当设定在自控状

态时，DDC控制器依照自动控制程序或监控中心的遥控指令，控制水泵电机的启停、水泵

电机的转速及阀门开度，使供暖温度保证在设定值内。

〔3〕当供回水温度、压力、流量、热量出现异常，设施状态出现异常或发生故障时，

可编程控制器依照预置的程序发出声光报警讯号，同时，经过GPRSDTU上传给监控中

心，提示值班人员实时办理。

〔4〕实现远程控制，在控制中心对自动化换热站进行遥控。

自动化换热站的控制模式：

〔1〕离热源厂较近的换热站，热力充足，经常过分供热，住户温度很高，居民在家

中穿着单衣还开着窗户，浪费大量热能。

这类地域，采用调治一次网供水流量的方式：

根

据回水温度，自动调治电动调治阀的开度，使一次网回水温度保持在预定值。

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为了保证全网的压力平衡，在调治一次流量的同时，还要限制一次水电动调治阀的最

大和最小开度。

〔2〕依照二次网回水温度，采用PID调治方式，控制二次循环泵变频器频率〔控制

循环泵流量〕，使二次网回水温度到达预定的设定值。

二次水循环压力限制：

为了保证最高端用户的供暖，在调治二次水温度的同时，还要

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限制变频器最小运行频率，以保证二次循环水的最小供水压力。

〔3〕在离热源厂较远的管网尾端，水温较低，水压缺乏，采用在一次网的水泵加压

方式。

〔4〕模糊控制：

安装室外温度传感器，依照室外测量温度对应二次水温度的经验数

值，依照室外温度调治二次水设定温度值。

3.3.3监控管理主机

监控管理机可进行“上位机〞与“下

位机〞的双向通讯功能，把现场的测量

数据和计量数据送入实时数据库中，实

时显示供热管路和各用热用户的用热

情况，同时完成报警、数据统计解析、

趋势曲线、历史记录、数据盘问、检索、

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事故追忆等监控功能，并依照数据的变化用动画的方式形象的表示出来。

监控管理机可实

现以下功能：

①可对全网的供热情况和用热情况进行实时记录、历史记录、检索盘问和统计解析，

并可自动生成多种管理和统计报表，自动完成贸易结算，进一步提高了供热管理的工作效

率〔详细要求见附后的报表说明〕。

②可实时完成网损热量的计算、统计和记录，并依照用热量的情况分摊网损热量，

实时热损计算也为实时发现管网泄露供应了有效的监测手段。

③依照各换热站实质供热面积和供热量，实时计算单位热值和单位电耗等重要指标，

当设定值超标时，系统发出声光警示，可保证系统高效节能。

④长时间、大容量、标准化的数据记录，可实时盘问近3年来的各项历史数据，通

过备份可盘问十年的数据，为供热系

统运行过程的优化和对供热网运行的

经济性进行综合本钱解析供应大量的

原始数据和信息。

④事故报警记录和追忆功能

对于所有监测点的温度、压力、差压参数可作周期的记录，并且自动记录各监测点的

各种异常情况〔停电、停汽、通讯中断、仪表故障、超限报警等〕，对监测点及通讯线路

的工作状态进行在线盘问和解析，当发生故障时，产生报警信息〔可以语音、动画闪耀等

方式实现〕，提示操作人员对发生故障的设施进行恢复和办理。

以备工况和事故解析时使

用，也为热网的严格管理供应依照。

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3.3.4系统组态功能

监控管理机采用通用工控组态软件为用户进行系统的二次开发和扩展供应了冗余和

优异的开发平台，同时在各采集点掉电后，数据依旧保持掉电前的状态。

可完成以下报表的统计、数据保存及报表打印

①日数据文件

②日报表

③月数据文件

④月报表

⑤热费统计表

〔其中热费统计表输出的工程有：

累计供、回水流量、累计热量、单价、用热金额、

不回水金额、总金额。

完好满足统计用户每个月用热应交花销的功能。

〕

⑥热损统计表

⑦季报表〔同月报表，可是相应的各项为该季度统计值。

〕

⑧年报表〔同月报表，可是相应的各项为该年的统计值。

〕

⑨解析表〔此表供报表管理人员使用，详细内容由管理人员填写〕。

3.3.5人机界面的特点

系统供应用于操作数据和非正常情况有效地通讯的操作界面，操作界面在

WindowsNT或WINDOWSXP环境中运行。

在不相同的运行环境中，该界面

保持一致的外观。

该界面是交互的，全图形化的和基于图标的。

为减少操作人员的