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热网自动化监控系统

一、概述
目前，我国北方地区冬季主要采用集中供暖方式进行供热。集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，由一个或多个热源通过热网向城市、镇或其中某些区域热用户供应热能的方式，包括热源、管网、换热站和用户这4部分。
热源通常是热电厂或是区域锅炉房，主要分为蒸汽锅炉和高温高压热水锅炉；
管网根据介质不同通常分为蒸汽管网和高温高压热水管网；
换热站根据换热形式不同分为汽水换热、水水换热和混水换热。
热源通过城市供热管道将热水或热蒸汽送至各用户所在社区的换热站。在换热站，连接热电厂的一次管道与连接热用户散热器的二次管道通过换热器进行热量交换。经过换热后，二次管道中的热水流入各热用户居室中。

在以上过程中，供热调度部门需对分布在不同地理位置的换热站中的温度、压力、流量等参数进行集中监控，同时，根据从现场监测到的各换热站的运行参数，向热电厂发出调度命令以及时调整其运行工况，保证供热设施的稳定可靠运行。
在供热调度部门对供热监控系统要求不断提高的现状，我国大部分热网系统仍处于人工手动操作阶段，影响了集中供热优质性的充分发挥。主要反映在：
缺少全面的参数测量手段，无法对系统整体做出分析判断；
水力失调难以消除，造成用户冷热不均；
供热系统未能运行在稳定工况，系统参数设置不优化，供热量与需求量不匹配；
运行数据不全，难以实现量化管理。
因此，热网系统的自动化改造势在必行，通过改造后，热网系统的自动化程度有效提高，提高了供热行业的管理水平。保证整个热网系统高质量、环保经济、稳定可靠的运行。
二、解决方案
“热网自动化监控系统”囊括了三个方面：热源监控系统、换热站监控系统和监控中心调度系统。通过这3个部分的有机组合，形成了一整套自热源到终端热用户的自动化监控平台。
1.系统优势
１).热网无人值守远程监控系统解决了热网水力失调现象，实现了热网平衡运行，提升了供热质量。
　　２).起到了节能降耗的作用，换热站根据室外温度的变化，自动调节供水温度，并可进行分时供暖，从而在很大程度的节约了能耗，并且提高供热的服务质量。
　　３).热网监控中心与现场保持数据同步，这是以往热网运行中投入多大的人力及物力都不可能实现的。
　　4).现场计量数据实时传送至监控中心，并将记录备案，避免了计量方面的损失。
5).开放的通讯协议，可以轻松进行系统拓展升级；上位机组态系统支持DDE、OPC、SQL，为莫迪康、施耐德、西门子、AB等提供了广泛的驱动支持，从而可以将其它设备轻松接入本系统。
6).热网自动化监控系统能监控热源、各处管网、换热站的运行工况，通过对热网整体运行参数的掌握，分析判断各节点的平衡度、热网运行的不利点，预测调整热源与热负荷的热平衡，针对热网运行出现的问题，监控调度中心向热源或各换热站发出调度指令，实现优质运行。
2.功能特点
“热网无人值守远程监控系统”主要完成了对工艺流程的监测、控制以及数据的处理、存储、分析以及报表打印等任务。
工艺流程显示：显示热源及各个换热站的工艺流程，包括压力、温度、流量和液位等，所有设备的运行、故障状态及各控制回路的设定参数等；
控制回路显示：所有设备控制回路的设定值、控制方式、控制参数等，实现在监控中心即可通过鼠标、键盘来控制现场设备的启停和调节；
历史曲线：显示所有工艺参数及设备状态的历史曲线；
报表输出：可以查询任意时间段每个监控站被监控的数据报表，报表可打印并可导出至EXCEL文件，方便编辑保存；
稳定管理：多级操作权限，便于管理人员实现分层管理，系统对重要的操作系统均会记录下时间及操作人员帐户名称，以利于进行管理及事故分析；
拓展性：系统可自由增减监控站的数量及其设备数量；支持协议广泛，为其它系统的接入预留了丰富的接口。
三、系统组成
本系统由监控中心、通讯网络、热源/管网及各换热站现场智能控制设备、热工仪器仪表设备四部分组成。
监控中心：由中心服务器、UPS电源、打印机及上位机监控软件等组成。
通讯网络：数据传输模块、交换机及通信链路等。
热源/管网及各换热站现场智能控制设备：各压力、温度、流量和液位传感器、电动调节阀、电机控制设备、PLC控制设备等。
热工仪器仪表设备：由积算仪表、高精度传感器、阀门、电能表等组成。

1.监控中心配置
监控中心服务器分为操作员计算机、工程师计算机、历史数据服务器、报警服务器和Web服务器，在各计算机和服务器上装有上位机监控软件和数据库软件，操作人员可通过其直接查看整个热网系统各个部分的运行参数，并可根据现场情况调整热网系统的运行工况。上位机软件还可提供数据报表、趋势曲线及超限报警等，以帮助操作人员更全面地了解热网系统的运行工况。

2.通讯网络

通讯网络用以将监控中心和现场监控设备联系起来，热力公司可根据自身情况选择合适的通讯方式。
1).基于公共电话网拨号的ADSL
利用既有的公共电话网，通过ADSL调制解调器拨号的方式与监控中心建立通讯连接。
优点：网络建设简单，利用现有的电话线改装，连接速度快；
缺点：运行费用较高。
2).无线通讯网络：无线电台
采用公用无线频段，自建无线发射、接收站。
优点：运行费用较低；
缺点：安装工作量较大、网络不太稳定、易受干扰、实时性差。
3).专业线路
系统中的所有终端设备通过企业内部有线网络连接至监控中心。
优点：网络稳定，数据传输速度快，抗干扰能力强，运行费用低。
缺点：二次施工工程量大。
4).GPRS无线网络
通过GPRS无线传输模块，将分散在系统各处的终端设备连接至Internet，数据通过Internet被传送至监控中心。
优点：安装简便，只需对设备现场填加一台GPRS模块即可，数据传输速度较快，运行费用较低。
缺点：受GPRS信号覆盖的限制。
3.现场监控设备
现场监控设备主要是各种传感器、换热器、控制阀门、配电设备、电机驱动设备及PLC控制设备等。
配电设备提供电能计量、过压保护、短路保护等功能，为现场各种用电设备提供能源。
分布在现场各个节点的传感器将现场各种运行参数如压力、温度、流量等传送至PLC控制设备，PLC根据这些参数信息自动调整阀门开度和电机转速，以使热网系统经济可靠的运行。
现场控制设备有三种控制方式：就地控制、现场触摸屏控制及上位机远程控制。

4、热工仪器仪表设备
热工仪器仪表设备用以计算现场的累计流量、累计热量和累计电量等。
5、换热器
分为板式换热器和管式换热器。
a. 传热基本公式
Qn：设计热负荷（W）；K：传热系数；F：换热器换热面积；：对数平均温差（℃）
b. 对数平均温差公式
T1—热侧流体进口温度（℃）；T2—热侧流体出口温度（℃）；
t1—冷侧流体进口温度（℃）；t2—冷侧流体出口温度（℃）。
板式热交换器由夹在框架中的一组不锈钢传热板组成,结构紧凑,在较小工作体积内可容纳较大的传热面积,这是板式换热器突出的优点之一,并且将加热段、冷却段和热回收段有机地结合在一起;而同样传热面积的管式热交换器的体积就要大。

而管式换热器由于管子的直径较传热板的间距离大,管式热交换器开机后不需经常停机清洗,所以,管式热交换器比板式热交换器运行的时间长,有较大的生产能力，而且相比板式换热器更加耐高温高压,抗热胀冷缩能力强。

四、换热机组
换热机组将换热器、循环泵、补水泵、电控柜、过滤器、底座、管路、阀门、仪表等有机结合在一起，并可加装自动定压补水装置、水处理设备、水箱、水泵变频控制、温控阀、远程通讯控制等，从而构成的一个完整热交换站。换热机组具有标准化、模块化、配置齐全、安装方便的优点，已广泛应用在小区集中供热、中央空调、生活用水、企业生产工艺用水等系统中。整体式换热机组既可用于水—水交换，也可用于汽—水交换。

1.测点精心选定，确保数据采集真是准确。
2.完备的排气、排污及稳定泄压装置，确保机组设备运行可靠。
3.标准模块化设计，可根据用户情况，灵活选择控制内容，减少投资。
4.换热机组上可加装热网自动化监控设备，实现换热站自动运行一步到位。
五、系统工艺描述
在本项热网监控系统中，PLC控制设备处于热网各个节点的核心位置，它进行现场温度、压力、流量、液位信号的等采集工作；现场各调节阀的控制；监控现场各电机、变频器、工频设备的运行。在设备现场，可通过设备上的触摸屏完成人机交互，控制各种设备稳定运行。

供水温度自动调节
通过预先设定的八点温度调节曲线，控制器可根据室外温度计算出相应的供水温度，再将其与实际的供水温度进行PID计算后，控制一次管道上的电动调节阀改变开度，进而改变一次管道中的流体流量，控制二次网的温度。

循环泵自动调节
根据预先设定的供回水压差，系统自动调整循环泵转速，使供回水压差稳定在一个设定的范围内。
补水泵自动调节
根据预先设定的回水压力，自动控制补水泵，从而保证回水管道的压力恒定。
联锁保护
对现场各个设备进行联锁控制，保证了系统的可靠运行。
数据上传
PLC控制设备采集到的各种数据通过通讯网络上传至监控中心，为监控中心提供了热网系统量化管理的基础。