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文章作者：裝備自動化事業部 劉進波
【摘 要】本文主要介紹基于多種通訊方式的城市熱網監控系統、換熱站、用戶側供熱計量監控站的功能及實現方法。
【關鍵詞】城市熱網；Hcity；實時數據庫；SC200系列小型PLC；HVIEW觸摸屏；GraphX組態軟件；變頻器；換熱站
城市供熱系統是由熱源、熱網、熱用戶(工礦企業、學校、醫院、居民小區等)組成的龐大、封閉、復雜的循環系統。隨著城市供熱管網建設的高速發展，由單一熱源到多熱源，管網規模和設備數量不斷擴大，熱用戶急劇增長。如何有效管理城市供熱系統的設施設備，提高熱網運行效率，節約能源，滿足用戶需求成為擺在城市供熱部門面前急需解決的問題。
城市供熱系統是由熱源、熱網、熱用戶(工礦企業、學校、醫院、居民小區等)組成的龐大、封閉、復雜的循環系統。隨著城市供熱管網建設的高速發展，由單一熱源到多熱源，管網規模和設備數量不斷擴大，熱用戶急劇增長。如何有效管理城市供熱系統的設施設備，提高熱網運行效率，節約能源，滿足用戶需求成為擺在城市供熱部門面前急需解決的問題。
一、城市熱網調度管理系統概況
城市熱網調度管理系統的監控范圍包括：熱電聯產電廠或區域供暖鍋爐房、一次管網及區域換熱站、用戶側二次管網系統等組成的龐大的分布式監控系統，長期以來我國城市供熱管理問題很多：系統管理模式粗放、各子系統之間分別由不同的供應商提供、產品魚龍混雜、可靠性差、存在數據交互鴻溝；自動調節品質差、甚至長期靠人工手動運行、鍋爐燃控效率低；一次管網損耗嚴重、二次用戶側供熱效果差、損耗大、缺乏有效的計量結算和管控的手段等問題。
HCity1.0是科遠股份新近推出的針對城市熱網調度管理的完整解決方案，系統承擔著城市供熱的系統運行狀態監測、運行參數設定、負荷預測、調度指揮、統計分析等多重功能，是整個熱力系統的監控管理中心，系統主要包括：中心熱網調度管控中心、區域換熱站、用戶側計量溫控系統等，基于科遠專業的SC200小型PLC、HVIEW觸摸屏、GraphX組態軟件、SyncBase實時數據庫、智能調節閥等核心產品，具有強大的管理和監控功能，支持從工作站到掌上電腦等本地、遠程和無線終端設備連接，具有高度穩定、可靠性同時具有極大的系統伸縮性，支持海量數據存貯及數據分析和發掘，為城市供熱管理提供了便捷、可靠、有效的管理手段。
二、熱網調度管理中心
熱網調度管理中心是HCity的運行管理中樞，基于移動網絡、寬帶、電話撥號等網絡通訊技術，采集和記錄各區域換熱站、用戶棟樓計量管控站的數據，承擔整個系統的運行狀態監測、運行參數設定、負荷預測、調度指揮、統計分析等多重功能。系統由多臺監控管理操作站、數據服務器及通訊數據采集等組成。
1、城市熱網監控操作站
城市熱網監控操作站用戶監控管理熱網負荷和設備的主要人際交互接口，基于科遠*的GraphX組態軟件和通用的PC計算機，多臺操作站之間可實現冗余配置。主要功能包括：
（1）實時數據采集可控制指令下傳功能，通過電話線通訊、VPN、光纖、GPRS、數傳電臺等網絡手段，采集管網各分站的溫度、壓力、流量、變頻電機等設備的數據信號。系統具有極大的伸縮性，GraphX組態軟件的組態點定義可方便的擴充采集點IO，便于熱網管理系統的分批施工建設。
（2）圖形化數據顯示功能，以區域地圖+熱網流程圖的方式，顯示用戶的操作界面，GraphX具有所見即所得的界面組態功能，可方便用戶增減、修改圖形界面。
（3）報警、數據、操作等記錄功能，GraphX組態軟件可靈活定義IO點的越限報警設置，并以不同的顏色、閃爍等對應指示不同的報警級別，同時具有強大的歷史紀錄功能，包括IO的數據值、報警時間、操作記錄等等。
（4）具有強大的曲線顯示功能，可動態定義需顯示的IO點，每幅畫面最多可以不同顏色顯示8根曲線，同時可顯示歷史數據曲線，支持局部放縮、數據導入導出功能。
（5）權限管理功能，可定義多個不同的用戶級別實現系統的安全管理功能。
2、數據服務器
數據服務器基于科遠股份強大的SyncBase實時數據庫
和高性能服務器，是HCity數據采集和記錄的中心站，普通關系型數據庫無法滿足大量數據變化時采集和存儲的需求，分布式城市熱網監控系統具有大量實時變化的IO點，SyncBase實時數據庫采用無損壓縮技術，具有多種類型數據采集接口，具有每秒可完成10萬個點數據的存取，最小分辨率為1ms的能力，主要功能包括：
（1）系統配置功能
SyncBase的系統配置包括身份和權限管理、定值管理、數據錄入和輪值表管理，針對城市熱網管理系統，HCity實現了主站、各區域換熱站、用戶側計量終端等設備的管理配置，方便用戶分批建設和配置系統。
（2）實時監控
豐富的圖形化監控，能夠同時提供50個用戶使用Web瀏覽器在2秒鐘內打開畫面，畫面數據刷新速率不小2秒，用戶既可在控制中心瀏覽熱網數據，也可在任意地點通過網絡連入服務器，以WEB方式瀏覽熱網數據。
（3）歷史曲線
*以Web形式提供，能夠提供50個用戶在2秒鐘內調出至少10年之前的數據。
（4）綜合報表
*基于Web的報表配置和管理平臺，支持復雜的二次計算和用戶自定義表單。
（5）性能優化和計算
基于強大的實時數據庫，用戶可便捷完成管網損耗分析、設備故障診斷等高級功能。、
三、區域換熱站控制系統
區域換熱站是熱網系統的重要組成部分，主要完成以下功能：現場溫度、壓力、流量、電流、液位信號、閥門開度等的采集；現場各調節閥、電機、變頻器的控制及運行監視。在換熱站中，可通過觸摸屏簡單方便的完成人機交互，監控各種設備穩定運行。
1、換熱站控制系統主要功能
換熱站控制是實現熱網負荷控制的關鍵，實現它將一次側蒸汽或高溫水通過熱交換器換成可以直接進入用戶末端的采暖熱水，其主要控制功能包括：
（1）一次網側
支持帶氣候補償的二次供水溫度、二次供回水平均溫度和根據設定的二次供水溫度為一次網電動調節閥的控制目標。同時可調節二次供水溫度隨室外溫度變化的供熱曲線。
支持帶無擾切換的PID控制，在控制精度允許的范圍內，避免一次電動調節閥開度的頻繁變化，控制穩定，延長電動調節閥的使用壽命。系統可調節一次回水溫度差，避免能源浪費。
（2）二次網側
系統支持帶氣候補償的二次供回水壓差（變壓變流量）和恒定的二次供回水壓差（定壓變流量），為二次循環泵的調節目標。
支持一臺變頻器在多臺水泵之間切換運行，并且循環使用各臺泵，均衡其運行時間，延長設備使用壽命。
（3）補水側
支持膨脹水箱定壓補水、循環水泵入口補水泵定壓補水和旁通管補水泵定壓的自動控制，根據恒壓點的實測壓力值與設定壓力值的比較偏差，通過變頻器改變補水泵的運行頻率，保證恒壓點的壓力恒定。
（4）軟化水側
在控制回路里應包含對軟化水裝置的自動控制。根據軟化水箱的水位，控制軟化水裝置的啟停。
（5）其它功能
就地觸摸屏可顯示重要參數的歷史曲線、實時數據、狀態情況，包括：一次供回水溫度；一次供回水壓力；二次供回水溫度；二次供回水壓力；二網次流量；循環水泵電流值、轉速值等。
2、換熱站控制系統組成部件
本系統由科遠SC200小型PLC、HVIEW觸摸屏以及變頻器、調節控制閥、GPRS或以太網絡設備、UPS設備、防雷設備等設備組成，具有可靠性指標高、自動調節品質高、可全自動無人值守的特點。
換熱站設計就地手動控制、觸摸屏控制、遠程熱網監控中心控制三種方式，支持電話線通訊、VPN、光纖、GPRS、數傳電臺等上行通訊接口，同時支持與其它模塊通訊的接口，如與現場智能電表、水表的通訊及熱用戶處的溫度抽樣點進行通訊。
科遠SC200小型PLC是換熱站控制系統的核心部件，典型的換熱站配置包括SC224M控制器模件、熱電阻溫度測量模件、AI模擬量測量模件、AO模擬量輸出模件等。
SC224M為主控制器模件，本體上設有1個百兆以太網口、1個485通訊口、1個232口，可靈活實現與HMI觸摸屏、GPRS通訊終端、變頻器、以及其它智能儀表的通訊。
HVIEW觸摸屏為設置在換熱站機柜上的7寸真彩色人機交互界面，運行強大的GraphX組態軟件嵌入式版本，除能夠實現常規的流程數據畫面顯示、曲線顯示、設備操作等功能外，還能實現當地重要數據的歷史紀錄功能，便于用戶查看當地換熱站的溫度、壓力、流量數據。
四、用戶側供熱計量溫控系統
集中供熱系統在按照用戶用熱量收費時，必須為用戶提供室內溫度控制裝置，隨著用戶室溫調節手段的具備，二次網將從傳統的定流量運行轉變為變流量運行，即原有分階段改變流量的質調節模式必須調整為分階段改變溫度的量調節模式。因此集中供熱系統按照用戶熱量收費時，必須全面考慮整個熱網系統的運行工況調節，需將用戶側的溫控調節納入至整個熱網管理監控系統中。
本系統是HCity設置在用戶側二次熱網上的熱力計量和溫控系統，改變了用戶側熱量計量不準確和無法監控的特點，推進了熱力企業通過供熱計量收費體制的改革實現企業的大幅度節能運行，做到用戶和企業的雙贏。
系統由樓棟供熱控制器、關斷控制閥、智能溫度調節閥、熱量計量儀表、分布式溫度采集單元組成，構成用戶側完整的溫度控制、熱量計量子系統。
支持多樓層分區溫度調節控制功能，用戶可設置各分區的溫度，由調節閥自動調節控制樓層溫度。
分布式溫度采集單元、智能溫度調節閥支持有線和無線方案，方便用戶施工安裝。
樓棟供熱控制器支持IC卡預付費模式，解決了供熱收費難的問題，同時，系統對于IC卡金額到一定限額時采用短消息的方式發送給的用戶，通知該用戶按時充值，否則，余額用完后，系統遠程自動控制現場的電動閥門關斷閥門。
五、結束語
城市集中供熱系統是非常龐大復雜的社會基礎建設工程，在國家大力提倡推廣節能環保的大背景下，供熱企業和廣大熱用戶都迫切盼采用現代科技改造老舊的熱網管理和計量模式，提高供熱品質，減少熱網的損耗和杜絕各類浪費，HCity城市熱網管理調度管理系統為用戶提供了一套*、實用、可靠的解決方案，大規模推廣實施必將會取得良好的經濟和社會效益。
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