热网监控系统

一、 概述 

目前一些热力公司冬季供暖一直沿袭传统的运行管理模式，往往投入大量人员维系运行，但因管网中的跑、冒、滴、漏严重，换热站循环泵、补水泵也没有加以有效的变频控制，热网的量、质更没有得到合理的调节，其结果既浪费水源又浪费电能、热能及人力。随着经济的快速发展，建筑产业的不断增加，显然提倡供热系统节能降耗，提高供热质量，是刻不容缓的责任。
新的供热体制下，供热将由供应型逐渐向需求型、温饱型、舒适型进而转变。随着国家发改委分户热量计量的大力提倡，供热系统除了根据二次供水温度、室外温度自动调节外，还要充分考虑用户自主调节作出的相应调节，当这种热用户形成一个巨大的群体后，热力公司将从现如今的主动者转变为被动的适从者，因此热网运行调节在保障管网的水力平衡和用户调节起到关键的作用。
大力提倡集中供热是我国城市最基本的供热方式，虽然本身是节能的，如果没有采取有效的措施，合理的科学管理理念，仍然会造成很大的能源浪费。

二、供热系统目前运行存在的问题

1、热用户内部存在的温度水平失调、垂直失调，导致部分顶层与底层用户温差太大，通常采用大流量、小温差，或提高供水温度；大流量其结果导致大热源、大能耗，更何况目前因入网供热面积与现有热源严重失调不但增加运行成本，而且增加了系统的量调节难度。
2、主干线、支干线管网压损大，造成末端压差较小，使整个管网调节困难，致使各支线水力流量分配失调。
3、干线管网较长，加之有的地理位置落差大，无论是供热厂原因还是管网大量失水造成的压力降低，都将使系统补水极其困难，末端很长时间内不能恢复正常。
4、循环泵、补水泵长期工频运行，导致电能大量浪费。
5、利用外网电厂热能供热，热能贸易结算及补水流量产生的异议直接影响热网量、质调节的及时性。
6、供热面积与实际入网面积偏差大，不但造成公司经济收入大量流失，而且因实际供热面积公司无法统计，造成区域性流量分配失调。
7、热力公司不拥有换热站管理权，导致热平衡被破坏。
8、已建的监控系统，缺乏科学的设计方案及透明的控制模式，往往组建后上位机监控软件二次开发得不到有效应用；换热站控制单元 备品、备件受制于成套厂家。
9、一个监控系统配备多家现场控制单元，因各自控制理念不统一，导致系统管理及维护工作量增加，且节能效果不理想，失去了监控系统的本身投入价值。
10、各个环节设备选型不当，加之换热站设备间距离不满足安装要求，致使测量数据失准，即使投入巨额资金也无法实现监控节能的目的。
 

三、热网监控的科学理念与注意事项

综上所述，无论哪一种现象存在，都不利于节能降耗的最佳结果。大力推广科学的控制理念，便于极大提高热力公司的经济效益。
1、首先供热管网的铺设要有长远的发展规划，避免以后热负荷大于管网承载能力所产生的超标运行。
2、干线管网采用间接连接，既便于用户间水力平衡调节，又可以提高供热负荷，还可以使供热半径减小，水容量减少，有效抑制管网漏点。
3、有计划的收购用户的自建换热站，便于监控后的热网集中管理和调节。
4、换热站循环泵、补水泵增加变频控制，补水箱液位与补水泵连锁。
5、建立运行前期，以入网供热面积调节一次网电动调节阀开度来分配热量，管网调节平衡后，利用二次供水温度和室外温度调节一次网调节阀的开度，不但可以查出不作为的人和单位，还可以对热用户进行科学的量、质调节。
6、一次网热量结算的流量计一定要根据自己的运行工况选型，使贸易结算的热量表各参数双方均认可。
7、合理选择系统配置，一定要结合热力公司自身综合情况做出配置标准。

四、目前各地热网结构及控制理念

1、锅炉直供
2、自建热源厂按区域供热
3、利用外网热电厂的热源集中供热

1.1、锅炉直供系统
       小区自建锅炉房的供热系统是集供热、换热于一体的供热系统，因终端距离较近和相对供热面积较小，一般情况下中间无需另建换热站，将锅炉房与换热站合在一起即可达到供热的效果，通常采用直接控制锅炉出口的介质工况流量、压力、温度即可，实现换热站监控系统与锅炉燃烧控制系统绑定，形成有效的节能监控系统。
A、燃气热水锅炉：燃气热水锅炉主要根据热用户回水温度调节锅炉供水阀门开度，当供水温度和供水流量超限时，锅炉燃烧控制器自动调节燃气流量。
B、燃煤蒸汽锅炉:目前蒸汽锅炉大多数用于工业用汽场合，主要根据用户的实际用量，通过控制鼓风、引风量和炉排转速来达到控制锅炉出口的蒸汽质量。
2.1、自建热源厂按区域供热
    因城市的地理位置及热用户的分布状况，诸多的热力公司都建有自己产权的多个锅炉房，以锅炉房为核心向四周辐射管网，它不同于直供热力管网，区别在热用户较多，供热面积相对较大，管网辐射距离较远，要下设一些换热站，需要考虑不同区域的楼层高度，管网工况带来的压损。传统的投入人海战术可以保障供热的基本运行，但保证不了热能的有效利用，大量的热能、电能、水资源被浪费，增设监控系统的好处：可以快速调节管网热平衡，既节约电能、节约热能、还可节约大量的人力，实现理想的节能效果。
3.1、利用外网热电厂的热源集中供热
    随着城市化建筑快速的发展，热用户不断的急速增加，城市环保意识的加强，市区燃煤锅炉已渐渐减少或弹出供热的市场，提倡热电联产下的集中供热，符合城市环保健康发展和国家发改委提出节能减排的要求，此类管网铺设距离远、支线阀门井多、泄漏点较多、压损大，工况变量较大，加之电厂与热力公司是贸易关系，不但要求计量仪表高精度、高稳定性，而且双方友好合作、积
极协调也是节能效果的根本保证，所以组建一套科学的热网监控系统显得十分重要，基于我们多年的现场经验，对于热电联产下的热网系统提出下面有效的监控理念：
A、建立支线阀门井的流量、压力、温度无线监测系统，为各支线管网热用户合理分配热负荷，有力确保管网前期热平衡分配与调节。
B、搭建现场换热站PLC控制系统，设计在一次管网上配置手动带锁调节阀，旁通加装一台电动调节阀，配以循环泵、补水泵的变频调节，得以有效的控制各站的热量分配和设备运行，既降低投入成本，又提高控制精度。
C、利用热力公司自己的配套备用锅炉，有效避免峰值热能需求被供热方左右的情况，架构理念：以历年热用量最低值签订供热协议，温差所需的热量由自建锅炉承担。
D、监控中心组建基于GPRS无线移动网络的监控平台，配置各级管理软件，设定不同人员的操作权限。换热站控制设备采用开放式的控制单元，通信协议采用标准的Modbus-RTU，有效避免成套厂家自开发的控制器及自定义通讯协议带来的垄断效应。
E、控制系统的配置要根据各公司现场的实际工况来确立，热网监控的目的主要是热网快速平衡调节和热网系统节能，而节能的过程包括：热能、电能、人力、设备投入资金，目前热网介质是热水、蒸汽，支线工况压力均≤PN1.6MPa,热水管网温度范围<120℃，蒸汽管网温度<250℃，介质无腐蚀，每年仅有最多150天的使用期，控制系统的精度满足0.5级足够，所以管网测量仪表不宜追求高端进口品牌，如果不考虑投入成本，同样也是一种无劳之举。
F、增加换热站循环泵、补水泵的变频控制，变频控制方式为一拖二，因变频器本身只带P调节，所以考虑在PLC程序上做PID运算，以达到节约电能的最佳效果。
G、制定用户自建站的收编工作，使热网调节管理达到可控的目的。
H、根据自己的技术力量，搭建合理的监控平台。

五、热网监控系统组成

1、监控服务器                4、短信服务器
2、数据库服务器              5、无线GPRS路由器
3、局域网发布服务器          6、防火墙

  图1：热网监控系统结构组成

 六、下位机功能介绍

无人值守换热站远程监控系统分为数据监控中心、换热站现场控制层、数据传输层三部分。网络系统采用千兆快速以太网交换机作为技术架构，骨干网采用光纤连接。换热站现场控制层包括PLC数据采集控制器、电动执行机构、传感器、变频器等，PLC在换热站完成以下功能：站内一次网、二次网的温度、压力、流量等信号的采集，站内各调节阀、电机、变频器的控制及运行监视。在换热站里，通过触摸屏简单易行的完成人机交互，控制各种设备稳定运行，同时将采集来的数据通过无线GPRS网络传递到数据采集服务器，进入数据监控中心；集中监控层：由数据采集服务器、监控工作站、工程师工作站、UPS电源、激光打印机等组成，完成监控管理、工程师管理及维护、数据打印等任务，对于现场调节阀及各种电机的控制，设计了就地控制、触摸屏控制、远程调度中心控制三种方式。

七、上位机软件功能介绍

1、换热站总览图，包含所有换热站的分布位置。

2、24小时在线运行，实时采集各换热站的一次网、二次网的温度、压力、流量和其他运行参数，实时监测每个换热站运行情况。

 3、工艺流程图：在画面中通过编程实现模拟显示整个换热站现场换热的全过程。

4、历史数据查询：可以按照站点、时间来查询现场各项参数及设备的运行情况。

5、报警查询:按照报警类型、站点、时间进行报警查询。
 

6、历史曲线查询：能够更加直观的显示每个站的每个参数的动态变化。

7、网络发布：具有实时向互联网Internet发布的功能，那么外网用户不需要组态软件就可以查看全网的数据。

 
 
八、无人值守换热站监控系统特点

该方案实现了热力站运行参数的集中监视和控制，达到无人值守的目的，同时还具有以下特点：
（1）先进性：采用国内外先进的技术与产品，采用先进的软硬件技术架构，满足企业长期发展的需要；实现设备各种现场数据的全面、准确、实时采集。热力站管理和控制自动化程度高，提高了工艺系统的安全系数，保证了系统的供热品质。
（2）成熟性：以实用为原则，采用成熟的经过工程检验的先进技术。
（3）可靠性：无论在硬件选择还是软件编制上，保证系统的可靠性，使控制系统长时间工作在无故障或少故障状态，并为企业提供相关的应急处理措施。
（4）容错性：系统在运行过程中不会因为一些意外的操作或一些错误就终止系统的运行，而是以某种预定的方式做出适当地处理，使系统得以继续运行，这就要求系统具有一定的容错性(又称健壮性)。在系统的设计过程中，把可能遇到的错误和意外考虑周到，并根据系统测试时的出错症状及时地完善系统。
（5）可维护性：硬件安装应尽量减少元件更换时间，元器件具有互换性，软件编制应有较强的故障诊断能力。
（6）可操作性：界面友好，易学易用，具有良好的中文处理信息能力，能适应不同素质的人员，降低系统的管理维护和操作成本。
（7）实用性与经济性：充分考虑行业特点，达到少花钱多办事的目的；充分考虑控制器件的性价比和可换性。
（8）扩展性与开放性：选用的技术和产品具有很强的稳定性和扩展性,满足现有的资源和系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展的需要，所采用的软硬件平台具有开放性，所采用的规范具有通用性。
（9）标准性：采用标准化、规范化的设计方案和设计标准。
（10）安全性：系统的实施及运行不影响现有软、硬件系统的运行。系统采取授权访问，硬件上采用防火墙等技术，确保信息系统的安全。
（11）规范性：按照国家和国际有关要求，遵循软件、硬件、自动化等系统的有关规范。
（12）集成性与系统性：系统设计确保高度集成和信息共享，彻底消除“孤岛”系统；系统设计按照“从上至下，从整体到局部”的思想进行。
（13）热力站现场控制独立性：现场控制是独立的，不会因监控计算机的瘫痪而受影响。