热网调度平台.docx
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热网调度平台
热网调度平台
技术方案
1.
项目背景
内蒙古地区的暖气、地热等供暖方式已经成为这里人民冬季室内御寒的主要手段。
随着城市供热管网的改造工程逐步深化，由一个热力厂负责几个片区供热、多个热力厂联合供热已经成为目前城市供热的发展趋势。
目前由于各区域的距离远近，管网质量，换热设备等硬环境参差不齐，也存在着供热效率低、供热不平衡、能量浪费、热网波动严重等问题。
供热系统是一个大惯性系统，供热面积越大惯性越强；各热力站之间存在一次网的水力耦合问题，热力站越多、网络越复杂这种耦合也就越强烈，这都给热网的水平热力调节带来了极大的控制难度。
由于处在以上诸多问题，内蒙古市热力公司为了更好的服务于社会，为了从根本上解决这些问题，在集团公司领导英明的决策下建立内蒙古市辖区三个企业的供热生产管理与调度系统。
内蒙古热力公司生产管理与调度系统是为实现供热生产调度信息化、现代化，整合生产调度信息资源，建立统一的集运行调度、管线巡检、供热设施管理和应急指挥为一体的综合生产调度指挥系统。
通过该系统可实现从热源到管网再到换热站的实时生产数据的监控管理，直观、高效的调整各种参数，准确、及时的处置供热事故，科学分析各中历史数据，制定最佳的调度方案和生产运行计划，从而达到科学调度、节能增效、减少事故的效果。
生产运行调度系统综合应用数据库、工业监控、远程传输、地理信息等技术，与集团现有供热监控、巡检通等多种系统兼容，并实现统一整合，将更有效的发挥生产调度信息一体化优势，在保护前期投资的基础上，实现以较小投入，达到高效、实用的效果。
2.系统建设目标
2.1.平台目标
供热生产管理与调度系统通过统一数据接口，将与生产运行调度密切相关的各个系统数据关联起来，从多个不同的角度显示、反映当前热力管网系统的运行状态以及调度具体工作全方面的信息，为生产调度人员提供全面及时准确的工作环境。
系统将实现以下几大目标：
（1）建设统一的管理平台
各个系统数据和业务进行梳理，最终通过统一的平台按照业务流程进行发布和展示。
即调度管理工作人员通过统一的平台可以方便的掌握各类调度工作所需的各类信息以及进行各类调度工作。
即本系统将作为调度管理人员管理工作的唯一入口。
（2）平台内容完善全面
为了达到统一的效果，数据内容以及业务内容做到全面完善，并且具备可扩充性，比如可扩充增加地理信息系统等。
（3）成为调度综合的信息发布平台
除了内部调度工作人员，对集团管理人员形成统一的数据发布平台，解决数据矛盾、数据一致性、实时性差的问题。
2.2.系统建设目标
根据内蒙古热力公司对供热生产管理与调度系统的需求,以及信息化、数字化发展的趋势，内蒙古热力管网信息管理系统建设的总体目标是：
1）建立供热生产数据库（包括热源、管网、换热站等）以及基础地形数据库，实现各类信息的数字化存储。
2）整合生产运行数据在线监控功能。
把公司实时监控功能整合到此系统中，实时工业用户实时数据、热网实时数据、巡检通数据实时传输监控，实现热用户、管网、换热站、热源的数据采集。
3）进行生产运行应用调度系统软件开发，主要针对调度管理系统相关的功能开发，包括调度管理、调度指令、气象管理、实时数据分析、能耗分析、应急管理、环网、联网经济供热运行分析等相关供热管理系统开发；
4）实现供热生产信息的动态管理，为规划、建设及各有关部门提供服务，为管网规划、抢险、改扩建决策提供技术支持。
3.系统架构
通过对热力公司实际情况的研究并结合供热企业的特征,我们提出了一个具有四个层次,两个支持系统的数字化供热层次结构模型。
四个层次分别是直接控制层、管控一体化层、供热管理层、经营决策层,两个支持系统是数据库支持系统和计算机网络支持系统。
数字化热力的系统结构上层是供热企业经营管理层，主要为热力企业高层提供决策依据。
中层是供热管理层，为供热过程如热源负荷分配、热网平衡与分析等提供决策依据。
下层是热源、换热站控制层，构架在经典的DCS、PLC系统上，用于供热过程数据的采集、控制和调节。
底层是供热设备，由常规的供热主、辅设备以及监测控制仪表等组成，是热力企业供热流程的基本单元。
热力公司的信息化架构如下图所示：
热力公司信息化架构
4.系统设计原则
在进行系统设计时，应遵循投资少、见效快，并充分考虑到系统未来的发展要求，同时又必须遵循以下的原则，并在安全设备配置上体现出来。
4.1.安全性
在本系统网与公司办公网之间采取可靠的技术手段，保证该系统的网络安全性，防止实时/历史数据库服务器受到黑客的攻击和病毒的侵扰，保证数据不被非法读取和修改，从而保证数据的一致性和完整性。
4.2.可靠性
在该系统的设计过程中，可靠稳定性是第一要素。
供热企业的生产过程属于连续运转的生产过程，如果系统没有可靠稳定性的保证，一旦出现故障将会给企业带来无法估量的损失。
在系统设计时要从结构设计、产品选择以及网络管理上对此做出保证。
4.3.可扩展性
系统设计应留有扩展接口，以方便热力企业内其它供热控制系统、经营管理系统的接入和扩建企业生产控制系统的接入，以及提供给公司内ERP其它系统的接口。
接口软件选用成熟可靠、在多家热力企业长期正常使用过的、对控制系统系统没有任何危险的产品。
4.4.开放性
系统的开放性设计包括开放性网络、支持多协议、具有良好的设备兼容性和互通互连能力等几个方面。
目前热力企业所用到的底层控制系统种类繁多，该系统的软件平台能提供多种数据访问方式（如OPC、DDE、ODB等），保证系统的开放性，并能与第三方软硬件兼容，实现系统间的无缝连接。
采用成熟、通用、符合国际标准的软件产品和开发技术，保证经过该系统分析处理的数据能够被上层管理系统所用。
允许用户或第三方依据现有的实时数据库平台灵活地进行二次定制开发。
4.5.实用性
系统功能的实用性是衡量任何一个系统设计成功与否的基本标准，在系统功能设计上，首先必须能够满足企业的当前需求，同时兼顾企业的长远发展。
系统设计完成后，也应该能够让企业以较低的维护投入而获得较大的效益回报。
4.6.先进性
在满足当前系统功能需要的前提下，本着高定位、高起点的指导思想，采用先进的软件设计方法、软件实现技术，包括系统应用平台、数据库技术、开发管理工具等。
系统只有顺应先进的技术发展潮流，才可能具有较强的生命力。
4.7.可维护性
系统设计为热力企业一般的技术人员不需具备机器语言或编程的知识即可完成系统的组态及流程。
系统应具有完备的网络控制、诊断、测试功能和在线故障恢复能力，最终要使用户维护起来方便，维护成本低。
4.8.规范和标准
本方案设计中涉及的所有规范、标准或材料规格（包括一切有效的补充或附录）均应为最新版本，方案所有设备的设计，制造，检查，试验及特性除本规范中规定的特别标准外，都遵照适用最新版中国国家标准（GB）及电力行业（DL）标准，以及国际单位制（SI）。
系统遵循的标准包括：
GB7589-87信息交换用汉字编码字符集
GB1526－89信息处理－数据流程图、程序流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文字编制符及约定
GB4943－90信息技术设备（包括电气事务设备）的安全
GB/T12504－90计算机软件配置管理计划规范
GB/T13702-92计算机软件分类与代码
GB/T14079－93软件工程术语
GB/－1995中华人民共和国计算机信息安全保护条例
GB/T15532-1995计算机软件单元测试
CJJ34—2002城市热力网设计规范
DL5003-92热力系统调度自动化设计技术规程
DL476-92热力系统实时数据通信应用层协议
除上述标准外，乙方提供的系统还应符合下列组织颁布的相关标准或与之相当的其它国际组织相关标准：
ANSI美国国家标准化协会
ISO国际标准化组织
TCP/IP网络传输控制协议和接口程序
美国电气和电子工程师协会（IEEE）
ANSI/IEEE472冲击电压承受能力导则（SWC）
ANSI/IEEE488可编程仪表的数字接口
美国电子工业协会（EIA）
EIARS-232-C数据终端设备与使用串行二进制数据进行数据交换的数据通讯设备之间的接口
EIARS-485、RS-422
国家经贸委第30号令《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》
5.系统设计
通过对热力公司相关企业的研究通过对并结合热力系统的特征,我们提出了热力企业整体解决方案的架构。
硬件系统在大结构上将热源监控和热力站监控以及环境温度和用户温度的检测与监控中心统一成为一个整体，从而强调了系统跟随天气变化的统一调度管理的理念。
在监控中心软件系统的设计上突出了围绕当天运行的事前预报规划，并且在实时数据采集功能中突出了动态运行的平衡分析和控制以及事后对供热的经济分析。
这就构成了监控中心软件的核心部分。
它们的主要目标是：
平衡热网、看天气供热。
下面根据实际设计给出了我们架构集中供热整体解决总体方框图如下图所示：
集中供热整体解决方案方框图
供热生产管理与调度系统改善热网主要依靠人工调节的控制方式，使一次网运行得到合理控制，有效地解决失调现象，消除热网中各站冷热不均的现象。
合理调整各热源的供热负荷，做到按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，即保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象。
随着系统的不断完善，有效的自控手段会大大增强了供热运行的管理能力，做到决策有据可依，管理有证可查，大大提高了供暖公司生产管理、人员管理和设备维护的水平。
整个系统包含十三个建设内容：
●数据采集子系统：
实现热用户、管网、换热站、热源等数据的采集、存储和查询功能；
●过程监控子系统：
对热源、热网、换热站的运行状态进行监控；同时对系统的压力（欠压，超压）报警、断电报警、温度（低温，高温）报警等报警状态进行分析；
●生产调度：
包括调度值班、调度计划、调度指令等。
●地理信息子系统：
依照对已矢量化的热源、热网、换热站、井室、设备等信息，对系统进行定位、浏览、显示、监控等操作；
●负荷预测子系统：
根据时间、天气等环境因数分析预测热网负荷；提供系统最佳的运行参数；
●分析与控制子系统：
对预测结果进行综合分析形成系统最佳的运行参数，对热源和换热站进行控制；
●热网平衡子系统：
热源调度经济性分析，热网平衡性分析；
●能耗分析子系统：
对煤、水、电、热消耗情况进行记录和科学分析，计算企业供热成本；
●应急指挥子系统：
针对突发性事情进行调度指挥，方便领导快速准确作出决策；
●管网巡检：
用手机记录管道井的各个测点的数据，实时传到数据库中，更及时的发现潜在的故障点。
●综合报表子系统：
提供班报、日报、周报、旬报、月报、季报和年报等各种报表类型；
●硬件平台子系统：
包含系统搭建所必需的采集设备、通信网络和服务器建设；
●软件平台子系统：
热源、热网、换热站运行数据和管理信息数据的汇总、展示、分析平台。
6.系统功能设计
6.1.数据采集
在热力公司设立供热运行监控中心数据库，建立一套数据采集主站系统，与热源、换热站的当地监控系统进行远程通讯，实现远程数据采集、设备监控对工艺生产区进行监测报警，加强热源、管网、换热站的自动监控和管理，增强企业的事故反应和处理能力，保障供热安全和运行经济。
主要采集的参数如下：
●换热站：
一次供水、回水温度，二次供水、回水温度，室外温度，一次供水、回水压力，二次供水、回水压力，阀位反馈显示，水箱液位，一次、二次流量，补水流量，循环泵起停，补水泵起停，循环泵转速，补水泵转速，报警显示等参数。
●热源：
主汽流量、主汽温度、主汽压力、给水量等主要生产，供热流量、供热温度、供热压力等供热管线参数：
●用户：
室内温度等参数。
数据采集的核心是数据库，作为处理实时和海量数据的处理，拥有高性能的数据库变得尤为关键。
在本系统建设中采用的美国HistorianServer数据库具有高效的处理数据能力。
每秒钟可以处理上万条现场实时数据，并且具有最高达2%高效的压缩比，这就使得现场数据的长时间大量存储变得很容易。
HistorianServer?
历史数据库—也可称之为是一个用于SCADA或者工厂数据的高性能实时和历史数据库。
它将关系数据库强大和灵活与实时系统的速度和高压缩比结合在一起，将办公室和工厂现场进行集成。
作为一个MicrosoftSQLServer的扩展，Wonderware的HistorianServer历史数据库动态地高速采集工厂数据，降低数据存储空间。
它还将工厂数据与事件、概要、生产与配置数据和工厂数据加以集成。
HistorianServer历史数据库和相关的数据分析工具让工厂决策者迅速地访问可以带来绩效提高的详细、实时的工厂信息。
HistorianServer历史数据库提供一个你工厂过程的完整情况，因为它可以用高速和完整的分辨率从多个数据源来自动地采集实时的生产数据。
有了这个水平的数据认知，即使微小的工艺失效和产品质量问题也能被立即修正。
结合MicrosoftSQLServer技术，Wonderware的HistorianServer历史数据库可以无缝地与来自其它工厂和企业系统的数据进行集成，提供一个生产数据单一的访问点，同时提供在生产数据和生产与企业系统之间的单一接口。
HistorianServer历史数据库规模灵活到可以为各种规模的工业企业提供价值，同时一套补充的数据分析工具提供现成的分析和报表。
Wonderware'sHistorianServer?
历史数据库—也可被称之为InSQL?
历史数据库和InSQL软件—用完整的分辨率来采集实时的生产数据，同时也能无缝地处理非实时的、人工的与/或离线的数据。
传统的关系数据库技术不适用于那些要求对基于时间序列的数据进行快速采集的工厂环境。
然而，HistorianServer历史数据库将前端高速的数据收集和将时间序列扩展到一个嵌入式的MicrosoftSQLServer关系数据库进行了结合。
因此，InSQL软件可以快速地收集时间序列数据同时又具备关系数据库数据访问效率和查询的便利。
HistorianServer历史数据库比标准的关系数据库系统快过上百倍，同时存储数据仅占用很小一部分的空间。
它还将数据库配置信息与事件、概要和生产数据进行了集成。
6.2.过程监控
供热过程监控可以完成运行管理人员对供热运行状态的了解，可以在企业任何一台计算机上（指LAN网络内）显示整个供热系统部分参数运行状态一览表，包括当前换热机组的主要运行参数、经济性参数指标及目标值与偏差值、安全性参数指标等生产运行管理人员需要关注的参数。
根据运行操作、生产管理及设备管理人员的要求，提供完善、灵活的显示方式，对生产过程进行有效的监控，指导相关人员完成生产过程、系统或设备分析，更好地进行操作调整与管理决策。
流程图
流程图监测是对供热点各个供热系统进行全面系统的监测。
流程图是换热站的模型图，可以根据各个换热站不同特点进行模拟略图，具有直观的效果。
流程图中可显示该换热站有几个机组、供热温度、回温、累积热量和瞬时耗能等等。
过程监控平台左侧有各供热公司及换热站名称，双击即可查看当前所选换热站的机组供热情况。
在流程图左上方有个换热站的基本信息，包括换热站类型、建筑类型、使用面积和建筑面积。
换热站基本信息对话框可以点击上方红色箭头将其隐藏。
如关闭了此信息可右击鼠标找到换热站信息显示按钮即可显示。
如换热站有2个甚至更多的几组，将会用1#、2#、3#......表示。
流程图中可以明显地看到各机组的供温、回温的具体的数字温度。
在监测图中如有闪亮的标志，将鼠标指向该标志，页面会显示阀值报警，这样可以方便的知道供热站的问题。
经验报警是取一段时间的最高和最低温度数值，如果温度低于或是高于此温度值，系统将会报警，目的是为了减少用户的投。
如下图所示：
数据表格
以表格形式分类浏览指定点的数值。
分类方式包括模拟量点、开关量点、正常点、故障点、报警点等，也可以按照关键字段检索，如按标签、说明、类型等。
趋势图
以X-Y图、棒图/饼图的形式显示生产运行数据，协助运行管理人员进行特性分析和参数对比。
并能提供数据表格、图形、曲线的打印功能。
报警显示
提供报警显示和分析功能，如机组报警、系统报警、主参数报警和重要辅机报警，提供报警分析报告。
6.3.生产调度
6.3.1调度指令
包括调度指令的编制、审批、下达、跟踪、执行、考核等内容，实现调度任务的闭环管理。
（1）调度任务单：
由调度生成调度任务单，任务单内容包括管网操作任务单、热源换热站操作任务单、维修任务单等各种调度任务单。
（2）调度任务审批：
调度生成的调度任务单要由相关领导审核（包括部门领导、公司领导等），任务单经过领导审批后方可下达执行。
（3）调度任务下达：
经过审批的任务单可以通过网络和手机下达到执行部门，执行部门接收到任务单后可以打印任务单，安排相关人员执行调度指令。
（4）调度任务执行：
供热运行人员可以通过手机或网络接收调度指令，然后在现场执行任务
（5）调度任务反馈：
供热运行人员在现场执行完操作、维修任务后，将任务执行结果反馈到值班调度，由值班调度将任务执行结果录入到数据库中。
（6）调度任务跟踪：
公司领导及相关人员可以随时查询、跟踪调度任务执行情况，通过流程图可以看到任务执行的过程、状态、执行结果等各种相关信息。
（7）调度任务查询、统计、分析：
公司领导及相关人员可以随时查询调度任务单执行的数据，包括任务单类型、数量、执行完成情况，也可以查询相关统计分析报表及统计分析图形。
6.3.2突发事件调度
执行部门在生产运行中如遇到突发事件，可不经过调度任务审批程序，直接指挥运行人员完成抢修任务。
（1）调度任务下达：
执行部门发现突发事故或接到突发事故汇报后，安排相关人员执行调度指令，并上报相关领导。
（2）调度任务执行：
供热运行人员可以通过手机或网络接收调度指令，然后在现场执行任务。
（3）调度任务反馈：
供热运行人员在现场执行完操作、维修任务后，将任务执行结果反馈到值班调度，由值班调度将任务执行结果录入到数据库中。
（4）调度任务跟踪：
公司领导及相关人员可以随时查询、跟踪调度任务执行情况，通过流程图可以看到任务执行的过程、状态、执行结果等各种相关信息。
（5）调度任务查询、统计、分析：
公司领导及相关人员可以随时查询调度任务单执行的数据，包括任务单类型、数量、执行完成情况，也可以查询相关统计分析报表及统计分析图形。
6.3.3调度值班
包括值班表信息、值班日志信息、生产单信息、交接班信息。
（1）值班表维护功能：
系统提供值班表维护功能，定期由调度人员输入作为值班安排。
（2）交接班管理：
交接班管理主要包括值班人员的交接以及上班调度工作的交接。
（3）值班工作：
值班工作记录。
6.4.地理信息
建立基于GIS的城市热网管理信息系统，实现对城市热网综合管理，能随时掌握全市输配系统的最新资料，供有关部门管理集中供热管网、规划设计、运行调度、决策使用。
应用集中供热管网模拟软件，分析评价城市集中供热管网规划设计的合理程度及运行规律，实现管理的科学化。
地图数据监测可以快速查阅到换热站的实际位置。
双击地图左框所列的换热站，该换热站居于地图的中心点，此时可查看换热站的实际位置。
方便快捷的查询换热站的信息和供热情况、供热范围等等。
如下图所示：
6.3.1企业设施数据管理
热力地理信息系统将管理过程中的有关资料全部录入系统。
由于热力管网的管理与地理位置有关，所以系统中将城市地形图（包含道路、建筑物等）作为背景图显示。
对热源、管网、换热站、设备的信息内容以属性信息来显示。
设备说明书等图片、技术资料内容作为一个附属文件，加入到系统中。
对热源厂、热源站、井室内部设备的详细信息以详图的形式进行处理。
6.3.2热力设施录入
可以录入企业的管网、设备等设施图形数据和属性数据。
在管网、设备符号的制作过程中，参照了建设部行业标准CJJ/788-97。
系统提供多种作图工具，并且在开发过程中对供热管网以及设备根据其用途、直径等进行了分类，作图人员只需选择需要的类型即可，对于有相同间距的平行管线，系统提供了一次画多重管线的方法。
系统具有距离标注、角度标注等多种标注方式，另外，系统提供了捕捉和构造点（垂足、弧交点等）两种辅助作图工具，规划设计工作完成之后，其结果会自动保存到系统中，以便设施的施工和信息的查询。
6.3.3热力设施规划
将热用户数据和图形输入系统数据库，利用系统提供的处理工具可快捷、准确方便的计算出热用户规模，同时了解已供热和未供热用户的动态变化情况，完成供热设施的规划设计管理工作。
规划设计完成后，保存在系统数据库中，用于指导供热设施的管理。
6.3.4热力设施故障与检修管理
系统能记录检修及故障的历史记录，操作人员可以根据需要随时查看和添加故障和检修记录，并按规定制定年度检修计划、生成年度故障统计报表。
6.3.5用户管理
根据供热企业管理到户的特征，系统对建筑物的立面、标准平面图、楼内用户信息进行详尽描述。
用户报修时，可以查看用户测温记录、是否欠费等状况，这对于故障的辅助判断、用户报修的检修监督都起到一定的作用。
6.3.6运行事故处理
系统能对整个管网进行连通性分析，并可以根据需要，开关阀门。
地理信息系统的爆管分析功能在发生爆管时，操作人员只需要用鼠标点击爆管处，系统将自动搜寻有关阀门、入户井、建筑物、管网，并进行分析，最后将给出关闸方案、并将影响的建筑物、管网以醒目颜色表示。
管理人员根据计算机给出的解决方案，就能在图上快速地定位到发生爆管的位置，可以查看爆管处的管线、设备资料，关闭相关阀门
6.3.7查询与统计
此项功能是基于已经录入的管网、站、设备等数据而进行的查询与统计。
可以根据已知的查询条件快速查询到符合条件的管网、设备等；也可以输入统计条件形成统计报表。
总体统计主要是统计热力公司的热源（站）数量和负载、井室的数量、不同设备类别设备的数量，不同管径管线的总长度。
可根据片区的情况，显示该片区的主要外部评价指标（如投诉量）的汇总数据。
在地图内右击鼠标出现的对话框与地图工具的用法完全一致，不同点为换热站监控，此监控只能是在找到换热站标志后，右击鼠标找到换热站监控选择要查看组态图监测、实时运行图监测、按时间运行参数曲线和按温度运行参数曲线。
6.5.负荷预测
对于影响机组安全性、经济性的关键性指标，对其发展变化趋势进行提前预测，在未达到报警限值前即产生预测性提示报警，以便于运行人员提前采取措施，最大限度地避免参数越限情况的发生。
动态可扩展运行支持库当重要指标出现偏差或异常情况时，系统将根据不同情况为运行人员提供相应的调整指导建议，该建议的具体内容为动态多选方式，并具备开放扩展功能，以方便运行管理人员在日后的使用过程中不断丰富指导内容并最终积累形成完善的运行支持库。
看天气供热实质上可以进一步明确为看每一天的天气供热。
内蒙古室外气温的变化实际是受两个天气变化规律的支配。
一是以年为周期的四季气候变化，这个规律会造成室外气温的变化范围在冬季严寒地区最冷时下降到零下15℃。
因此，这个规律对室外气温变化的影响是一个温度变化范围大、但变化缓慢的长周期过程，平均到每1天的影响，气温变化都不大于1℃。
但是应该重视的是，影响室外气温变化的另一个规律是日复一日的昼夜温差变化规律，这是一个以天为周期、温差变化约为10℃左右的高强度短周期影响过程（不计短时寒、暖流袭扰）。
图一、内蒙古供暖季一周环境温度实测曲线
计算分析表明，昼夜10℃温差变化在初、末寒期要求昼夜供热量有40％左右的差别，在严寒期也有20％左右，（因各地计算温度不同而不
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