集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)設計和控制方案說明

..集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)設計及控制方案技術方案XX科達自控工程技術有限公司20XX1月目錄TOC\o"1-3"\h\u4141.第一章設計方案綜述395721.1熱網控制系統(tǒng)技術方案4275411.1.1設計原則4166131.1.2方案簡介4215001.1.3功能特點54031.2熱網控制系統(tǒng)功能793271.2.1網絡結構圖7226301.2.2網絡結構概述7185711.2.3監(jiān)控調度中心軟件功能8283991.2.4本地換熱站控制器功能1416601.2.5熱網平衡模塊功能15第一章設計方案綜述本系統(tǒng)是集公司多年來供熱工程應用經驗,專門針對北方集中供熱工程項目提供的換熱站專用控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用XX中控自動化儀表有限公司自主研發(fā)的U6-200一體化PLC,監(jiān)控中心上位機軟件采用InscanHRC熱網實時監(jiān)控專用軟件,配置熱網管理軟件包、熱網平衡模塊、Web發(fā)布軟件包及GSM短消息報警模塊,實現(xiàn)對各個小區(qū)換熱站熱網運行參數(shù)的采集存儲,外界環(huán)境溫度的補償,熱網溫度流量、動力設備的啟停及調節(jié)、安全報警以及自動分析、熱網系統(tǒng)故障診斷、能源計量分析等功能,并配合現(xiàn)場網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng),以達到整個熱網系統(tǒng)的供熱平衡、安全、經濟運行,最終實現(xiàn)無人值守型換熱站。換熱站專用控制系統(tǒng)圖示在自動化設計上,設置監(jiān)控中心控制室〔調度中心一個,內含2臺調度計算機同時通過通訊的方式對換熱站進行監(jiān)控,2臺調度中心計算機為1主1備冗余。主監(jiān)控操作站完成控制室內人機交互功能,在計算機上顯示各站換熱網的工藝管道、參數(shù)、控制流程圖,包含各類熱力參數(shù)、閥門等各類執(zhí)行機構狀態(tài)的顯示和自/手動操作。監(jiān)控操作站除完成基本的各換熱站運行數(shù)據采集、遠程調度控制、數(shù)據記錄報表生成等之外,還具備熱網平衡調節(jié)、提供熱網負荷需求趨勢預測、預測負荷與實際負荷對比、互聯(lián)網web遠程瀏覽、手機wap瀏覽、手機短信報警等熱網管理功能。換熱站采用就地與主控室遠程控制協(xié)作方式。各站放置獨立U6-200一體化PLC一套,該終端設備配有彩色觸摸屏,方便巡檢人員進行就地觀測,實現(xiàn)小區(qū)熱網運行參數(shù)的采集與監(jiān)控,如壓力、溫度、流量、電流等,并集中將運行參數(shù)發(fā)送至遠方控制中心；U6-200一體化PLC可就地存儲至少一個采暖期的運行參數(shù),實現(xiàn)根據室外溫度值自動控制二次供回水溫度,并可同時控制循環(huán)變頻及補水變頻,進行量值的調節(jié)；在啟用換熱平衡模塊后,各站控制器接收主控室發(fā)送的平衡參數(shù),結合各站過程參數(shù)調節(jié)二次供回水溫度；控制器也可接收主控室下發(fā)的各項命令,完成遠程控制熱網溫度、流量、動力設備的啟停等。同時結合網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng),通過變焦功能,手動調節(jié)遠近焦距,最終實現(xiàn)換熱站無人值守。熱網控制系統(tǒng)技術方案設計原則本設計方案基于"集中管理,分散控制"的模式,數(shù)字化、信息化環(huán)保工程的思想,著眼于熱網"管控一體化"信息系統(tǒng)的建設,建立一個先進、可靠、高效、安全且便于進一步擴充的集過程控制、監(jiān)視和計算機調度管理于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng),完成對整個供熱運行的監(jiān)測與自動控制,實現(xiàn)"換熱站無人值守"的目標。方案簡介自動化熱網監(jiān)控系統(tǒng),采用分布式計算機系統(tǒng)結構,即采用中央與就地分工協(xié)作的監(jiān)控方法。中央控制室負責全網參數(shù)的監(jiān)視以及必要時的遠程調控,在開啟平衡模塊情況下完成各換熱站的流量和能量調配；各換熱站根據中央控制室下發(fā)的平衡參數(shù)進行供回水溫度自動,同時也可通過就地手動干預或者遠程干預。本系統(tǒng)由調度監(jiān)控中心、遠程終端站、通訊網絡和與監(jiān)測控制有關的儀表等部分組成。調度監(jiān)控中心起著調度中樞的作用,可以察看全網的供熱參數(shù),同時進行熱力工況的分析來指導全網的運行。遠程終端站由具有測控功能的控制裝置和通訊系統(tǒng)組成。遠程終端站通過與其相連的儀表和執(zhí)行機構完成對一、二級換熱站和其它現(xiàn)場設備的數(shù)據采集和控制功能。該熱力站運行管理系統(tǒng)采用的策略為：中央監(jiān)測、現(xiàn)場控制。中央管理工作站主要負責檢測顯示熱網參數(shù)〔必要時提供遠程控制和各站的協(xié)調；每個熱力站獨立地工作,互不干擾。即使某一個換熱站出現(xiàn)故障也不會影響其它換熱站的正常工作。各換熱站主要實現(xiàn)以下三方面自動控制：①根據調度監(jiān)控中心的各站調控參數(shù)以及二次側供回水溫度自動控制高溫水進入換熱器入口調節(jié)閥的開度；②根據定壓點壓力自動控制補水泵轉速,若回水壓力低于設定值時自動報警；③自動檢測循環(huán)泵運行狀態(tài),并根據壓力自動控制主循環(huán)泵的轉速。整個通訊系統(tǒng)分調度監(jiān)控中心、各換熱站和通訊網絡三個部分,通訊采用ADSL通訊方式,在調度監(jiān)控中心設立專網,在每個換熱站獨立設立通訊方式,與U6-200一體化PLC的通訊模塊相連,進行數(shù)據的收發(fā)。功能特點換熱站專用控制器功能：專用控制器：專門為換熱站量身定做的U6-200一體化PLC,無需用戶編程,簡單易用,內置的常規(guī)功能即可滿足所有換熱機組控制需求；人性化顯示：自帶7寸真彩觸摸屏,內置單雙換熱機組流程圖畫面,顯示直觀,操作方便,易學易懂,充分體現(xiàn)人性化,方便巡檢人員進行就地觀測,包括溫度、壓力、流量、循環(huán)泵、補水泵的狀態(tài)等；參數(shù)檢測功能：完成模擬量采集包括:一次網供水溫度和壓力、一次網回水溫度和壓力、二次網供水溫度和壓力、二次網回水溫度和壓力、室外溫度、閥門開度、頻率反饋、一次網流量、二次網流量等,狀態(tài)量采集如：泵狀態(tài)等；脈沖量采集如：累計補水量、累計耗熱量等的測量；通訊功能：現(xiàn)場控制設備能夠與調度中心進行數(shù)據通信,支持采用ADSL或GPRS通訊方式,即通過Internet和移動網絡,主從站間進行數(shù)據傳輸,主站可遠程監(jiān)控各從站工況,無論距離遠近；參數(shù)存儲：可就地存儲至少一個采暖期的運行參數(shù),以便供熱企業(yè)進行能效分析；控制模式：本地監(jiān)控站可以自動識別中控室傳來的控制模式的指令〔本地控制、溫度控制、直接閥位/頻率控制,經過判斷執(zhí)行其中一種控制指令,并運行對應的控制模式；控制功能：根據換熱站實際運行情況進行相關控制；根據調度監(jiān)控中心的各站調控參數(shù)以及二次側供回水溫度自動控制高溫水進入換熱器入口調節(jié)閥的開度；根據定壓點壓力自動控制補水泵轉速,若回水壓力低于設定值時自動報警；自動檢測循環(huán)泵運行狀態(tài),并根據壓力自動控制主循環(huán)泵的轉速,；聯(lián)鎖保護功能：本地監(jiān)控器診斷到設備出現(xiàn)故障〔如電機過流、過壓等或現(xiàn)場工況發(fā)生異常變化〔如二次網壓力過高、過低等,控制器可根據相應故障診斷軟件及工況評估邏輯,立即停止對應的設備運行,同時將報警類型及信息上傳至中控室,盡可能地保護系統(tǒng)的安全運行。報警功能：根據工藝要求,可將報警分為不同級別。各個溫度、壓力、水位等超限報警。至少包括：一次供水壓力、二次回水壓力、二次供水溫度高限報警,補水箱水位高低限報警等。水泵、電機、電動閥、變頻器、換熱器、通訊系統(tǒng)等故障報警；停電報警：換熱站配置UPS電源,作為現(xiàn)場控制器和調制解調器的后備電源,當換熱站供電出現(xiàn)故障或停電時,控制器能夠生成停電報警信號,并通知中央控制室的調度人員采取相應的措施。熱網實時監(jiān)控專用軟件功能：專用軟件功能：各個換熱站控制器與調度中心InscanHRC熱網實時監(jiān)控專用軟件進行通訊,實現(xiàn)換熱站無人值守,滿足所有換熱站功能需求；供熱參數(shù)實時監(jiān)測功能：調度中心直觀顯示各個換熱站在區(qū)域內的分布圖,點擊可進入換熱站運行參數(shù)詳細圖,實時顯示熱力站一級網和二級網供回水溫度和壓力、流量、熱量、閥門開度、水泵開啟狀態(tài)、循環(huán)泵變頻、補水泵變頻、液位等參數(shù)；手自動控制模式：根據現(xiàn)場工況提供兩種控制模式用于控制換熱站的一次網閥門開度,分別為：本地溫度控制、直接閥位控制。根據現(xiàn)場工況提供三種控制模式用于控制換熱站的二次網循環(huán)水流量,分別為：本地手動控制、本地自動控制、直接轉速控制。遠程修正功能：中控計算機能對本地控制站進行參數(shù)組態(tài),包括修改溫度控制參數(shù)的給定值、控制模式及比例系數(shù)、積分系數(shù)及供熱曲線等控制參數(shù)；參數(shù)修正要設定權限。故障診斷及報警功能：根據參數(shù)信息及時診斷各系統(tǒng)的故障并指導維護。應能診斷下列故障：壓力、溫度、流量傳感器故障；通訊系統(tǒng)故障；各熱力站水泵、電機、電動閥、變頻器等設備的故障；各熱力站的超限報警；第一時間接收各遠端控制站報警和故障信號,能及時發(fā)出聲光信號,并進行記錄。多功能報表：運行記錄、報表及圖形打印功能：可以自動生成、打印多種多樣的報表和參數(shù)變化曲線,至少包括各種運行記錄的日報表,統(tǒng)計分析報表及設備的故障狀態(tài)和維護清單,包括日/月/季等報表以及各個換熱站對比統(tǒng)計分析,為供熱企業(yè)分析熱網運行提供數(shù)據分析依據。參數(shù)統(tǒng)計及能源計量功能：根據實測參數(shù)統(tǒng)計各站及全網的能耗和水耗,計算出其平均值和累計值。計量時間可以為時、日、月、年,計量結果將以數(shù)據文件的形式存儲在外存儲器內,為量化管理和收費提供依據。熱網平衡功能：自動根據換熱站遠近距離、換熱站負荷大小,現(xiàn)實換熱站間熱力/水力平衡；短信報警功能：可將報警信息發(fā)送到相關責任人的手機上,用于及時處理報警,排除險情手機監(jiān)管：支持WAP手機瀏覽：通過手機,直接瀏覽關鍵的運行參數(shù),真正做到遠程監(jiān)控的管理方式；視頻監(jiān)控：可結合網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng),通過變焦功能,手動調節(jié)遠近焦距,最終實現(xiàn)換熱站無人值守；熱網控制系統(tǒng)功能網絡結構圖集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)圖示〔adsl網絡連接網絡結構概述本方案將采用先進的分布式和模塊化設計理念,利用成熟的軟硬件產品完成整個系統(tǒng)體系結構的搭建。本系統(tǒng)由各換熱站采集控制設備、通訊網絡和監(jiān)控中心組成。各換熱站采集控制設備使用U6-200一體化PLC,該設備是一套相對獨立運行的可編程控制設備,可對現(xiàn)場設備進行監(jiān)測和控制；能夠滿足需要進行流量計算、PID閉環(huán)控制和邏輯順序控制等應用的場合。通訊網絡是監(jiān)控中心與各換熱站間連接的橋梁,承載著數(shù)據傳送的功能。監(jiān)控中心采用上位機軟件InscanHRC熱網實時監(jiān)控專用軟件,配置熱網管理軟件包、熱網平衡模塊、Web發(fā)布軟件包及GSM短消息報警模塊,實現(xiàn)對監(jiān)控數(shù)據進行高效采集、長期存儲、查詢、數(shù)據處理等功能；以數(shù)據庫為核心構成完整的數(shù)據服務層,為上層應用系統(tǒng)提供穩(wěn)定的數(shù)據源。監(jiān)控調度中心軟件功能熱力公司下屬的各個換熱站采集的實時數(shù)據,通過ADSL+VPN的方式傳遞到調度中心〔調度中心需要有使用公網固定IP或域名,由運行在調度中心的組態(tài)監(jiān)控軟件對換熱站內的壓力、溫度和流量數(shù)據進行實時監(jiān)控,統(tǒng)一調整各站參數(shù),統(tǒng)一調整管網平衡。提供熱網管線非矢量的地理分布圖,地理分布圖上標有各個換熱站的實際位置,并顯示換熱站的主要運行參數(shù),在該畫面上通過按鈕可以切換到任一個換熱站,查看換熱站的詳細信息。換熱站管網運行圖提供換熱站數(shù)據總貌畫面,總貌畫面以數(shù)據列表的形式,呈現(xiàn)了各個換熱站在一次網、二環(huán)網中的實時采集數(shù)據以及通訊狀態(tài)。熱網換熱站監(jiān)控總貌提供單個換熱站的運行監(jiān)控畫面,該畫面顯示單個換熱站內的各數(shù)據采集點的實時運行數(shù)據。換熱站遠程監(jiān)控提供單個換熱站的補/回水泵遠程控制畫面,通過該畫面可遠程監(jiān)控某個換熱站內的補水泵和循環(huán)泵運行。換熱站遠程補水/回水控制提供數(shù)據的自動保存功能,保存的歷史數(shù)據可隨時供使用者調取、查詢。提供數(shù)據報表生成和打印功能,可生成日報、月報、年報及同期比較報表,通過報表分析數(shù)據的變化情況,判斷管路的失水情況,分析設備運行是否正常。能耗數(shù)據查詢表熱網關鍵參數(shù)報表提供多種數(shù)據曲線/圖形顯示功能,可選擇任意換熱站的數(shù)據點進行查看,比較實時或歷史的曲線數(shù)據。運行數(shù)據曲線氣溫預測曲線各個換熱站供熱區(qū)域對比餅圖提供位于實時數(shù)據采集和管理分析軟件基礎之上的換熱站綜合運行軟件,擁有熱網平衡輪詢監(jiān)視、氣象數(shù)據更新、DCS數(shù)據采集報警、平衡數(shù)據分析等功能,是一套擁有強大擴展性的綜合應用軟件。換熱站綜合運行軟件圖示平衡運行前后數(shù)據對比圖多級操作權限設置,不同的操作人員設置不同的功能權限,防止不同級別的操作人員越權操作。換熱站綜合管理登錄系統(tǒng)登錄異常情況報警〔通信失敗、循環(huán)泵全停、超流量、低流量、超溫、低溫等,當發(fā)生系統(tǒng)報警時,自動出現(xiàn)報警提示,并提供報警歷史查詢功能。中控室報警畫面具備異常情況報警信息短信通知功能,當變量報警產生后,按預先設定好的手機號碼和報警內容進行發(fā)送,及時通知相關值班維護人員。短消息報警圖示提供數(shù)據的分析功能,通過記錄的熱網運行歷史數(shù)據,在一個采暖期結束后與前期數(shù)據進行比較分析,查出整個換熱管網的主要問題,為今后的升級改造提供有針對性的分析。熱網換熱站統(tǒng)計報表能耗數(shù)據明細提供雙機冗余備份功能,系統(tǒng)由兩套組態(tài)相同的監(jiān)控軟件,一套設為主站,另一套設為從站,系統(tǒng)正常工作時只有主機和換熱站通訊,從機不通訊,從機通過主站進行數(shù)據備份和同步。如果主機出現(xiàn)故障,其中一個從機接管主機工作。等主機恢復之后,可以通過自動或手動方式進行干預來恢復先前狀態(tài)。本系統(tǒng)采用網絡化設計,在服務器端運行WEBSERVER程序并發(fā)布監(jiān)控畫面后,用戶可通過IE瀏覽器訪問換熱站數(shù)據采集系統(tǒng)采集到的各種運行數(shù)據。同時,可按用戶需求,定制若干手機瀏覽頁面,供用戶便捷的進行訪問。手機WAP瀏覽可結合網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng),通過變焦功能,遠程調節(jié)攝像頭的觀察位置和遠近焦距,最終實現(xiàn)換熱站無人值守。換熱站視頻監(jiān)控同時,使用數(shù)據實時轉發(fā)技術,可遠程瀏覽控制專網內的DCS運行數(shù)據,真正實現(xiàn)全廠信息的集中監(jiān)控。DCS運行數(shù)據的WEB發(fā)布本地換熱站控制器功能本地換熱站在U6-200一體化PLC的7寸真彩觸摸屏上提供單個換熱站的運行監(jiān)控流程圖畫面,顯示直觀,操作方便,易學易懂,充分體現(xiàn)人性化,方便巡檢人員進行就地觀測。雙換熱機組本地監(jiān)控換熱站本地補水/回水控制熱網平衡模塊功能在運行與控制方面最重要的問題在于熱網平衡。一個集中供熱系統(tǒng),特別是一個大的集中供熱系統(tǒng),要實現(xiàn)穩(wěn)定運行和均衡供熱的基本條件是保證管網的水力工況平衡。過去,熱網平衡問題一直是難以解決的問題,一些系統(tǒng)中存在的工作壓力不能滿足正常工作需要,熱力站不能獲得需要的壓差,用戶普遍不熱,或者前端用戶壓差高,流量超過設計值,而末端壓差不足流量低于設計值因而造成近端用戶過熱,遠端用戶不熱的原因,就是因為系統(tǒng)存在水力工況不平衡的問題。造成系統(tǒng)水力工況不平衡原因是多方面的主要有：受熱源廠設備的限制,供給的壓力不足