浅谈供热管网计算机监控系统

天津泰达热电公司      张 克

     摘要：供热企业管网计算机监控系统是实现全网计算机自动控制的一条理想途径，为各热力公司提供了具有时代特征的科学化管理平台，提高了企业的自动化水平和管理水平，创造出大量的经济效益。

     关键词：供热管网微机监控 控制器 上位机软件
      我国地域辽阔，经济发展不平衡，对供暖的需求也是多层次的，随着人们环保意识的增强，各地都开展“蓝天工程”，集中供热事业迅猛发展，管网规模不断扩大；另一方面，能源供应日益紧张，成本不断上升，而随着人们生活水平的提高，对供热质量的需求也越来越高。这些，都使得技术进步和技术改造成为各热力公司面临的紧迫问题，粗放型的供热方式必须向“高效、节能、舒适”的高技术型供热方式转变，因此，供热管网计算机监控系统正是适应时代要求的产物，显示出巨大的生命力。

     一、供热管网计算机监控系统原理和组成
     1.供热管网微机监控系统概述
     (1)在热工过程中，自动控制主要包含以下几个主要内容：自动检测：自动检测和测量反映热工过程运行工况的各种参数，如温度、压力、流量等，以监视热力过程的进行情况和趋势。顺序控制：根据预先拟定的程序和条件，自动地对设备进行一系列操作。自动保护：在发生故障时，能自动报警，并自动采取保护措施，以防事故进一步扩大或保护设备使之不受严重破坏。自动调节：有计划地调整热工参数，使热工过程在给定的工况下运行。

     (2)供热网自动监控系统的五大功能：及时检测参数，了解系统工况，做到“居调度室而知全局”。均匀调节流量，消除冷热不均，消除水力工况失调，不能单靠系统投运前的一次性初调节，在系统运行过程中，经常的流量均匀调节是必不可少的。除电动自力式调节阀外，其他手动调节阀将无能为力。合理匹配工况，保证按需供热。计算机监控系统可以通过软件开发，配量供热系统热特性识别和工况优化分析程序，根据前几天供热系统的实测供回水温度、循环流量、室外温度，以及历年同期情况和气象预报，预测当天的最佳工况匹配，进而对热源和热力网实行直接自动控制或运行指导。及时诊断故障，确保安全运行。健全运行档案，实现量化管理。计算机系统可以建立各种信息数据库，能够对运行进程的各种信息数据进行分析，根据需要打印运行日志。水压图、煤耗、电耗、水耗、供热量等运行控制指标，还可调阅各重要参数的历史数据。

     供热系统的计算机自动监控，不但可以改善供热效果，而且能大大提高系统的热能利用率，一般在手动调节的基础上，还能再节能10%～20%左右。

      2.计算机监控系统的两种监控方式 目前在国内，对于供热系统计算机监控方式有两种不同的思路：一种方式是采用中央集中式监控办法，即中央大权独揽，热力站机组只有测试仪表和执行机构，它的功能只是参数的下情上达和指令的上情下达，本身在就地没有独立的自动调控的决策功能。另一种方式是中央与就地分工协作的监控方法，即集散式（或又称分布式）的系统。在这种系统中，各热力站的专用控制器（或PLC系统）就成为连接一、二次网，起“承上启下”作用的关键设备。对一次网来说，中央控制室从各热力站控制器获得需求信息，然后综合调配各站的供热量，调节自身出力，满足总负荷的变化。对二次网来说，控制器要保证在室外温度变化的情况下，用户室内温度达到需求，并确保系统安全稳定运行，这是目前国内、外最常采用的方式。 由于供热网广域分布的特点，其监控系统的联网方式是保证运行可靠性的关键环节（下面详述），对这样复杂的系统，常将其称为SCADA系统 (监视控制与数据采集系统：Supervisory Control And Data Acquisition)

     3.监控系统硬件四大组成部分 供热网计算机监控系统从硬件角度看由四大部分（或四个层次）组成。


     (1)中央控制室系统：又称管理级。有和热源监控系统全为一体的，也有单独对外部供热网实施监控的，有和单位局域网联网的，也有自成体系的。

     （其硬件部分主要包括：工控机（上位机）、服务器、UPS电源、网络通讯设备等。


     (2)通讯系统：又称通讯级。实现远程监控的各种通讯手段，一般分为有线传输和无线传输两大类型。

     (3)热力站自控系统：又称自动级 由于换热站的自控系统功能明确，监测参数相对固定，所以，近年来一般不再采用PLC系统，而是使用针对不同应用要求而开发的换热站专用控制器。


     控制器的基本功能除参数监测、安全保护、数据远传外，主要就是通过控制一次侧调节阀开度而改变一次侧流量，从而达到控制二次侧水温的目的。

     根据应用层次不同，大概可以分为下面三类：
     (1)简单单回路控制器：在生活热水系统中，换热器二次侧水温要求相对稳定，所以只安装自力式温控阀便可基本满足要求。

     (2)气候补偿型控制器 根据室外温度的变化而改变二次网的水温，在保证室内温度合格的前提下，做到舒适、节能。这也是一种简单的控制器，只采集室外温度和二次供水温度，根据面板设定的控制曲线改变调节阀开度。

     用它不能采集更多的参数，也没有更复杂的功能，但价格便宜，安装使用方便，运行可靠，所以特别适合在小型机组上应用，在无人值守站中也可使用。由于它没有联网功能，所以在大型的供热网监控系统中不使用。

     (3)标准换热站控制器： 为了适应我国供热网规模大，工况复杂，技术水平相对落后的情况，对作为供热网监控系统核心设备的换热站控制器就提出了较高要求。

     为全面了解运行情况，基本的采集参数包括：室外温度、一次供水温度、一次回水温度、一次供水压力、一次回水压力、一次流量、二次供水温度、二次回水温度、二次供水压力、二次回水压力。

     控制器的基本功能 调节功能： 通过设定的标准温度控制曲线或有关指令控制一次侧调节阀开度改变一次侧流量，从而调节二次侧水温，使其达到预定的要求。

     计算功能： 通过采集一次网瞬时流量、一次供水温度、一次回水温度，计算出一次网瞬时热量，进而进行流量累积和热量累积。同样，二次网也可以如此。

     控制功能： 包括二次侧供水温度/供回水平均温度控制（不同时段的不同曲线；最高及最低限制），一次侧回水温度最高限制，一次、二次回水温度限制（DRT），一次流量最高、最低限制，阀位最大、最小开度限制，二次侧供、回压差控制，二次侧回水定压，手动/自动方式切换等等

     安全功能： 包括防汽化，二次供温超高限保护及报警， 二次供压超高限保护及报警， 二次回温超低限保护及报警，泵变频器运行保护及报警，水箱水位低保护及报警

     联网功能： 适应多种方式的广域网连接 本地多台控制器的局域连接

     （4）执行设备：又称现场级，设备包括： ①温度传感器：由于温度测点，常用PT100、PT1000、Ni1000，用二线制或三线制接入控制器。②压力传感器、差压传感器：用于压力测点。将压力转换4～20mA标准电信号进入控制器。③流量计：采集瞬时流量。常用机械式流量计、超声波流量计、弯管流量计。应当有脉冲信号或4～20mA信号送往控制器，控制器通过内部运算得出热量。

     二、供热网监控系统上位机软件设计 企业在构建热网监控系统时，上位机软件设计是非常重要的一环，既要可靠实用，又要美观简洁。各供热企业根据自身情况会有不同要求，但有一点是要特别注意的，就是软件易于维护、易于扩充，也就是在软件交付使用后，本单位的技术负责人有能力去进行站点增删等涉及系统变动的操作。只有这样，上位机软件才有较长的生命周期。菜单结构图如下

     上面只是把基本内容用框图方式做一个形象描述，下面分项举例说明一下，实施时应具体分析。

     1.实时监测：指按一定的巡检周期采集各换热站参数，然后在表格或图形中显示

     (1)系统监测是指通过一张完整的参数一览表显示各站所有参数或通过管网图上各站分别显示。在软件设计时，这里可以通过棒状图等方式显示管网压力分布、温度分布、流量分布的情况，直观而且形象。有条件的话可以显示水压图。

     (2)站点监测则是分别显示每个站的系统图、参数表、温度曲线跟踪、阀门开度等内容。同时可以下达手动/自动指令。有些企业希望看到站内系统的设备，也可以显示三维图象。

     2.上位机控制：上位机控制可以在站点显示的界面上分别进行，也可以集中进行。比如将各站流量和阀门开度统一列表显示。同时对各站开度进行手动控制。这样不必频繁调换各站显示画面，操作方便。

     3.趋势曲线：分两大类。一类是实时曲线，即某一参数在最近1小时（或半小时等）内的变化趋势；另一类是某一历史时段内某参数的变化趋势（由历史数据而来）。一般应由软件自动找出最大值和最小值。

     4.数据查询：对历史数据进行各类查询。

     5.统计分析：在上述查询的基础上进行有关的统计分析。如累计流量、热量、购热量、售热量等。

     6.报表输出：根据各企业的情况和习惯设计不同的报表

     7.报警信息：分两类。一类是实时报警，即当前已经发生过的所有报警，当值班员对某项报警确认后，该项报警即进入报警历史数据库。在实时报警中不在提示。另一类即上述的历史报警，在该内容中要记录所有已经被确认的报警的发生和确认时刻。在报警查询时，可以按站点或按指定参数分类进行。

     8.系统维护：对系统进行有关设置，该项功能应由工程师掌握并凭密码进入，具体内容可以很多，视不同需求而定，例如：

     (1)站点开关设置：有些站在某时段不运行，即可随时关闭对它的监视,不再浪费巡检时间及数据库空间。
     (2)警上下限设置：不同参数可以指定不同的报警上限或下限。
     (3)曲线坐标设置：不同参数（如温度，压力，流量）的纵轴坐标，设置应是不同的。各类参数的合理数值范围在数量级上差别较大，很难用同一坐标轴系描绘
     (4)负责人手机号码设置：有些企业要求发生报警后应及时通知有关负责人，并发出相应的短信息到该人的手机上，特别是无人值守站运行更应由此功能。
     (5)信息内容设置：除报警信息以外，也可以将某些重要的参数在指定时刻发送至负责人手机上，其内容在此设定。
      (6)温度控制曲线设置

总之，供热企业管网计算机监控系统是实现全网计算机自动控制的一条理想途径，把计算机监控系统技术应用于城市热网的运行管理，为各热力公司提供了具有时代特征的科学化管理平台。在这个平台上，既可以实时总览热网当前运行参数的全局分布，又可以利用采集数据计算分析室外温度及系统供热量变化趋势，定期做出整体运行规划，指导运行并实现自动控制，提高了企业的自动化水平和管理水平，创造出大量的经济效益。