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微机监控系统在大同市集中供热工程中的应用

大同市热力公司曹喜项志刚秦佳晶项明

1 大同市集中供热工程概述

大同市集中供热工程始建于1999年，至2007年底供热面积已达1400万平方米。主管网总长约为180公里，分别从城西建于同一地区的大唐国际云冈热电有限公司、大同市热电有限公司和山西晋能热电有限公司以直径1.0米和0.8米的管道送到市区。一网为无补偿直埋敷设，主管网覆盖了整个大同市，面积约30多平方公里。未设调峰锅炉房，形成了三热源环网联供的集中供热系统。一网的设计供、回水温度为120/65 ℃，设计压力为1.6 MPa。全网目前共设130个热力站。二网的设计供、回水温度为85/60 ℃，绝大多数二网没有调控装置。

和其他的城市集中供热系统一样，大同市的集中供热系统也存在着一次管网热力工况的迟滞性，热力站的水力耦合性和二次管网的水力失调性等主要特性。由于大同市的集中供热系统规模大、管径粗、管线长和热力站多及三个热源同在西边所形成的三热源环网联供系统。所以，这些特性就更加严重。热水从热源流到最远热力站就需4个小时。各热力站之间严重的水力失调极大地影响着热用户的供暖质量。西高东低的地形差竟达31米，若压力、温度调控不力，将直接影响着系统的安全性。这样复杂的系统如果仅靠人工是无法完成监控任务的，也是不可想象的。所以，系统既要安全、稳定、可靠地运行，又要保证供暖和节能，根据国内外所提供的经验证明，就只能依靠微机监控系统。

2 大同市集中供热工程微机监控系统的组成

大同市集中供热工程微机监控系统组成图见“图1”他是由上位机、下位机所组成。其中：上位机由IBM 服务器组成的电厂参数监控机、热力站监控机及打印机所组成。下位机由三台工控机及其通信系统和各站PLC 控制器组成。第一台通讯机通过集线器由RHsys 软件读取电流环北环内各热力站中 RH2000数据。第二台通讯机通过集线器由RHsys软件读取电流环东环内各热力站中RH2000数据。第三台通讯机读取南环数据并同时通过VPN 与互联网相联由RHEth读取BeckHoff 的数据。

图1 控制系统组成图

3 微机监控系统在大同市集中供热工程中的应用

现在就对微机监控系统中的现场点的选取，下位机PLC控制器的选取，数据传输技术方案的选择和上位机功能的应用等方面逐一加以说明。

3.1 现场点的选取

温度、压力和流量等点的选取是整个微机监控系统的基础。这些点选取的合理与否对完成监控任务至关重要。下边就对这些点的选取逐一进行叙述。

3.1.1 现场温度点的选取：

温度的高低反映了供热质量的好坏；温差的大小（当流量一定时）反映了供（耗）热量的多少。大同市集中供热系统所选取的温度有：一、二网供、回水温度。一网板换出口温度，二网板换供水温度，这二个参数可反映板换的换热效率。还有二网回水各支线温度，这些参数反映二网各支线的水平失调程度。

3.1.2 现场压力点的选取：

压力的高低变化直接影响着供热系统能否安全、稳定的运行，而压差的大小反映了流量的多少。根据实际需要我们选取的压力有：一、二网供、回水压力，调节阀阀后的压力和循环泵泵后压力。

3.1.3 现场流量计的选取：

当温度一定（或相同）时流量的多少反映了供热量的多少。考虑到成本及现在大同供热的实际情况，我们只选取了在各热力站一网的回水上设超声波流量计。

3.1.4 现场调节阀、差压控制器、液位的选取

调节阀负责各热力站中流量调节平衡的重任，选取的好坏直接决定调节的效果。我们对比多家产品的性能后确定选用丹佛斯的AME610电动调节阀。

为了减小调节阀前后的压差，我们在靠近热源的几个站内的一网管道上增加差压式控制器。

系统能及时补水是维持补水点压力，保证系统能正常工作的必备条件。所以，我们在PLC中专门选取了水箱液位这个参数。

3.1.5 对现场变频器信号的选取

为了节电，我们在循环泵和补水泵中安装了变频器。PLC与变频器的数据交换有多种多样，根据运行的实际情况我们在PLC中读取变频器的启动、停止、故障、手动自动转换、变频器频率输出、功率等信号。

3.1.6 室外温度的采集

热负荷与室内外温差成正比。大同市集中供热工程在市区的东、南、西、北四个方位的热力站中选取了四个室外测温点，然后取其平均值来进行热负荷的计算。

3.2 下位机PLC控制器的选取

到目前为止PLC控制器的生产厂家及其产品多不胜数。经过我们的反复考察比较最终确定选用性价比比较合理的清华同方有限公司的RH2000产品。在通讯困难的地区选用德国的BeckHoff。RH2000控制器的模块选取如表一：

表一模块选取表

模块名称	模拟信号模块	数字信号模块	调节阀控制模块	电机控制模块	通讯模块
数量	3	2	1	1	1

3.3 数据传输技术方案的选择

现代数据传输技术日新月异，各种通讯方式层出不穷。城市集中供热面对数十至数百平方公里的面积，复杂的道路建筑和地下地上管网，信号、谐波相互交织等等情况。清华同方股份有限公司提供了五种通讯模式供用户选择，现将其比较如表二。

五种通讯模式比较（表二）

模式	以太网站点连接总线方式	CAN站点连接总线方式	ILP站点连接总线方式	X·25站点连接总线方式	RS-232直连通讯的连接方式
通讯协议	物理层、数据链路层、传输层采用标准的协议	物理层上采用CANBUS协议，链路层采用自定义协议	物理层采用清华同方特有的电流环技术，链路层采用自定义协议	基于分组交换网SVC的通讯方式	基于RS-232通讯技术
通讯速率	10Mbps	38400 bps	600bps～2400 bps	9600 bps	10Mbps以上
网络拓扑结构	以太网结构	可实现4层范围内的网段延伸	可形成星形、树形等复杂的拓扑结构	复杂拓扑结构	简单拓扑结构
最大传输距离	支持远程通讯	5公里	20公里	可以城际数据传输	1500米
优点	传输速率快，维护容易	专线传输	运行费用低	传输速率高，工程施工相对容易	传输速率快
缺点	维护归电信部门，需交纳运行费，运行被动	传输距离有限	铺线困难，通讯速率低	运行费用高	传输距离太短

综合各种情况，大同市集中供热工程采用几种通讯方式组合应对这一复杂局面。在管网建设中，紧紧结合管道进站的有利条件，大力发展以通讯电缆为主的电流环通讯方式，电缆与管道同沟敷设。在条件不具备的情况下，积极借助互连网采用ADSL以太网通讯方式。

3.4 上位机功能的应用

城市集中供热的微机监控系统，实际上就是人对全网运行参数的监控。一个完整全面的人机界面是必不可少的。大同市集中供热工程选用亚控科技有限公司开发的TF-VIEW软件。下面就对组态的原则和各画面等简介如下：

3.4.1 组态的原则

面对成千上万的数据我们选用什么样的画面能简洁明了地反映运行的实际情况呢？管网的压力，一、二网的温度，各个热力站的流量，二网循环泵的工作情况，是我们最为关注的。因此，我们制定了如下的组态原则：

（1）各个热力站设计画面（图2）

（2）主要参数设立主画面

（3）设立报表画面

（4）采用辅画面嵌入主画面的方法

（5）趋势画面嵌入各个热力站画面

（6）建立管网分布图与各热力站相链接的画面（图3）

图2 各个热力站监控画面

图3 全网参数监控画面

3.4.2 主画面的内容

经过反复推敲我们确定了：管网、热力站、压力、温度、调节阀、流量、泵状态和电厂参数共八个主画面。

3.4.3 子画面的设立及内容

为了减少画面的数量，方便调度员的工作，我们把子画面嵌入到主画面中。管网分布画面中嵌入与各个热力站画面链接的按钮；热力站主画面中嵌入与压力、温度、调节阀、流量、泵状态主画面和数据报表画面、历史趋势画面链接的按钮；压力主画面嵌入与各热力站画面链接的按钮；温度主画面嵌入与各热力站画面链接的按钮；调节阀主画面嵌入与各热力站画面链接的按钮；流量主画面嵌入与各热力站画面链接的按钮；泵状态主画面嵌入与各热力站画面链接的按钮。

3.4.4 数据报表的选择

应用TF-VIEW软件后，大批量的供热运行参数数据保存在电脑里。这为数据报表的形成提供了充足的资源。我们选用一天24小时每小时一行的报表形式。每天自动打印两份，分别为上午9点和下午5点各一次。上午9点的数据反映前一天夜间运行参数，下午5点的数据反映一个白天的运行参数。

3.4.5 历史趋势曲线的巨大作用

电脑的巨大存储功能为TF-VIEW监控软件带来一个最为重要的功能，就是显示历史趋势。这一功能可以把整个供暖运行的全过程以曲线的形式记录下来。我们可以根据需要随时查对一个供暖周期的任何时段的供暖参数。这为记录站内的各种操作过程提供了可能。但是，如果定义的趋势太多就会严重影响电脑的工作速度，太少又不能全面记录发生的各种事件的过程。经过反复筛选，最终确定了：各站一、二网供、回水压力，一、二网供、回水温度，调节阀开度，一网流量和室外温度等的历史趋势画面。所有一网的历史趋势画面全面反映了电厂至这个站该段历史的过程，所有二网的历史趋势画面反映了该小区在该段历史的过程，而流量和调节阀的历史趋势画面则直接记录反映了该历史阶段的调节过程及其结果。

4 结束语

随着技术的进步，在浩如烟海的各种技术方案的选择中大同市热力公司选用的清华同方有限责任公司的整套控制技术在实际应用中已显示出巨大的作用。

（1）微机监控系统的应用保证了集中供热系统安全、稳定和可靠的运行。

（2）采用微机监控系统大大地提高了管理水平，促进了节能降耗。使大同市集中供热工程顺利地实现了集中供热，集中调度协调各种问题。

（3）系统中嵌入全网平衡软件，在不到4个小时的时间内即实现全网的平衡调节。2006—2007年度采暖期内110个热力站二网供回水平均温度相差＜2.4℃。

（4）完全实现了小流量、大温差运行。在2006—2007年度采暖期内，一网供、回水温差经常可以达到65℃（设计温差为55℃），在1200万平方米的供热范围内即使流量为2736m³/h（相当于设计流量24.4﹪）的情况下仍能达到全网平衡。

（5）采用以上组合的趋势画面为管理节约能源提供了第一手的最为可靠的数据，使传统的供热管理进行了脱胎换骨般的升级。目前，大同市热力有限责任公司调度室已将电脑储存的数据刻入光盘保存，即使在数十年后仍可进行查对，也把这些数据做成网页发布在互连网上。这些宝贵的实测参数可为城市集中供热工程的设计、运行提供最为真实可靠的参考依据。

参考资料

[1] 清华同方股份有限公司.RH2000使用手册（第二版初稿）.2006年08月

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