首都机场1#供热站监控系统的组成及节能技术应用

首都机场1#供热站监控系统的组成及节能技术应用 摘要：本文介绍首都机场动力能源公司1#供热站监控系统的组成和所使用的节能技术。监控系统投入使用后，使供热系统的过程参数检测和控制实现了自动化，提高了整个供热系统运行的可靠性、安全性，达到了预期的节能效果，同时提高了生产过程监控和管理水平。 关键词：供热站；供暖节能；供回水温度控制； 1．概述 随着首都机场建设的日益发展，集中供热面积不断规模在不断扩大，供热系统的运行调节与管理变得更加复杂，对集中供热系统的安全、可靠和节能运行提出更高的要求。因此，使用先进的供热站监控技术实现供热系统实时参数和状态监测、跟踪外温的变化自动调节温度和流量，改善供暖质量和实现高效的节能，自动控制设备运行、故障报警与处理，实行数据量化管理，健全运行档案，从而提高系统设备的运行效率和科学管理水平。 1#供热站有13台汽-水交换器，其中10台用于提供间供高温采暖热水(一次水)，向第二级换热站供热；3台用于直供低温热水(二次水)，供热面积76673m2。1#供热站未改造前，使用人工调节供水温度，循环水泵均为工频运行，使用数显表监视参数，调控手段落后，能源消耗高，技术水平落后，急需进行设备和技术改造。 1#供热站采用供热站监控系统和节能技术后，实现了生产过程检测、控制及生产管理自动化，并取得了明显的节能效益，提高了供热站的运行管理的水平。 2．系统构成、配置及功能 1#站集中监控系统由控制室操作员站OS（operation station）、现场控制器CU(control unit)、站内以太通讯网络、通讯网关GU(gateway unit)、原仪表盘、水泵配电盘、变频水泵配电盘，以及温度、压力、流量传感器、换热器蒸汽调节阀、流量积算仪和热表集中器及热表组成。 控制器配置I/O模块，采集所有的物理量信号，输出物理量的控制信号，运行控制程序。 通讯网关使用网络通讯的方式与具有数据通讯功能的仪表和执行机构进行实时通讯，采集信号和下装指令。 通讯网关和控制器之间使用点对点的通讯方式，交换数据信号。 通讯网关、控制器和操作站之间的数据通讯使用以太网，通讯协议采用符合国际和国家标准的Modbus TCP/IP。 系统结构框图见图1： 2．1 操作员站OS站 计算机硬件采用惠普公司HP PC和大屏幕的LCD显示器，软件操作系统使用微软公司WIN2000，应用控制软件开发平台采用悉雅特公司CIETECT SCADA ，数据库使用微软公司MS SQL 2000，数据发布服务程序使用微软公司 MS ASP+SQL SERVER技术；通讯网络使用100M/10M工业以太网，通讯协议使用符合国际和国家标准的Modbus TCP/IP 。 主要功能： 数据通讯：通过网络自动采集运行的数据； 数据展示：数据表格方式展示、工艺流程图方式展示、趋势图方式展示； 回路控制界面：供回水温度控制、蒸汽调节阀开度控制和紧急关闭操作、变频循环泵频率控制等； 数据管理：历史数据存储、查询，报表生成和打印，数据分析； 数据发布：以WEB的方式发布数据； 计量数据抄表：自动周期采集计量仪表的数据、保存、制表； 安全管理：分级管理权限、登录和登出记录； 操作记录：自动记录设定的操作，用于事故追查和运行管理； 操作站主要软件结构见图2： 图2 操作站软件结构图 操作站的视窗页面规划见图3： 2．1 操作员站OS站 计算机硬件采用惠普公司HP PC和大屏幕的LCD显示器，软件操作系统使用微软公司WIN2000，应用控制软件开发平台采用悉雅特公司CIETECT SCADA ，数据库使用微软公司MS SQL 2000，数据发布服务程序使用微软公司 MS ASP+SQL SERVER技术；通讯网络使用100M/10M工业以太网，通讯协议使用符合国际和国家标准的Modbus TCP/IP 。 主要功能： 数据通讯：通过网络自动采集运行的数据； 数据展示：数据表格方式展示、工艺流程图方式展示、趋势图方式展示； 回路控制界面：供回水温度控制、蒸汽调节阀开度控制和紧急关闭操作、变频循环泵频率控制等； 数据管理：历史数据存储、查询，报表生成和打印，数据分析； 数据发布：以WEB的方式发布数据； 计量数据抄表：自动周期采集计量仪表的数据、保存、制表； 安全管理：分级管理权限、登录和登出记录； 操作记录：自动记录设定的操作，用于事故追查和运行管理； 操作站主要软件结构见图2： 图2 操作站软件结构图 2．2 现场控制器 控制器采用悉雅特公司CIETECT MOX 控制器，配置MOX 603 I/O。站内的I/O信号采集和控制功能由MOX控制器完成。其特点：配置合理，具有很强的现场适应能力；强大的软件功能，可以满足各种灵活控制、复杂运算的要求；具有RTU和PLC的双重优势，应用灵活；灵活的通讯方式，标准的通讯协议，可方便的组成各种复杂系统；现场监控和远程监控兼备，为系统操作、诊断、维护和升级提供了方便；工业标准设计的I/O模块可带电更换；控制器和I/O模块均能提供组成双模块冗余方式运行。 控制器功能：采集所需的压力、温度、电流、调节阀信号、变频器信号、水泵电机电气信号等参数，同时承担高温线和低温线运行调节的自动控制、设备启停、报警等自动监控工作。 监控的I/O输入输出点信号：室外气象温度 、换热器出口温度、高低温线供、回水温度、压力、补水量、补水水箱水位、蒸汽调节阀的位置和控制信号、蒸汽调节阀手/自动状态信号、循环水泵配电柜电压、水泵电机电流、水泵电机运行和故障信号、变频控制信号、变频器故障信号、变频器手/自动信号等。 I/O点规模：DI 80、DO 16 、AI 80、AO 32 。 控制器的程序设计采用符合国际标准IEC6113-3的功能块(FDB)语言。 2．3 通讯网关 鉴于连接到1#站的通讯设备较多，本地连接11台智能流量积算仪，使用MODBUS RTU串口协议。站内3台热表，站外4台热表，热表使用M-BUS协议。预留电能计量表抄表的串口通道。因此，使用1台MOX 通讯网关专门承担众多的通讯任务。采集蒸汽管线的压力、温度、瞬时流量、瞬时热量及流量和热量的累计值；回水管线的流量和流量累计值；热表的温度、瞬时流量、瞬时热量及流量和热量的累计值。 网关通讯口规划： 串口1： RS485总线1，通讯速率 9600，MODBUS 主站，连接11台流量积算仪。 串口2： RS485总线2，通讯速率 9600，MODBUS 主站，连接热表集中器、电能计量表等。 Eth1：10M以太网RJ45口，连接站内以太网，与操作站通讯。 Eth2：10M以太网RJ45口，连接控制器的Eth2口，与控制器通讯。 热表集中器的M-BUS端口作为M-BUS主站，通过M-BUS网络连接热表，轮巡采集各个热表数据。同时提供M-BUS到MODBUS RTU的网络转换功能，M-BUS格式的热表数据被转换为MODBUS RTU协议，通过其RS485通讯口连接到RS485总线2。 以太网络通讯：安装在监控中心的光纤以太网交换机，连接MOX 通讯网关、MOX 控制器、1#站操作站和管网操作站，构成的站内局域网用于数据通讯。 2．4 站以太网通讯 采用东土电信公司的工业级以太网交换机KIEN2000型，入网的设备有：控制器、通讯网关、操作站、站管理计算机，同时还是整个供热管网以太网的子网。 3．设备改造 换热器蒸汽电动调节阀和变频循环水泵是实现自动控制和节能效果的关键设备。此次改造进行了部分设备的更换。 3．1蒸汽电动调节阀 在改造前，1#供热站的蒸汽调节阀的调节能力和精度差，调节量仅有10%，阀门控制信号不能实现自动控制，因此需更换。 此次改造调节阀口径缩小二级，提高阀门的控制能力到64%；电动执行器选用鞍山工装合资产品,其主要模块使用日本工装进口部件，大大提高控制能力和精度。满足自动控制的要求。阀体是鞍山热工的产品。 高温水(一次水)蒸汽参数：，温度 230℃，过热蒸汽，Qmax=15t/h，Qmin=4t/h，Qn=10t/h，阀前压力 1.0 MPa，压差0.9 MPa，工艺管径250mm。 蒸汽调节阀选型：ZDLN- 40KG-150中温电动双座调节阀，公称压差4MPa，行程60mm，Kv值400，介质温度 –40 - 450℃,等百分比特性。 低温水(二次水)蒸汽参数：，温度 230℃，过热蒸汽，Qmax=15t/h，Qmin=4t/h，Qn=10t/h，阀前压力 1.0 MPa，压差0.9 MPa，工艺管径200mm。 蒸汽调节阀选型：ZDLN- 40KG-125中温电动双座调节阀。公称压差4MPa，行程60mm，Kv值250。介质温度 –40 - 450℃，等百分比特性。 配备电动执行器 361LSC-65 行程60mm，输出推力 9000N，使用温度-10- 60℃，4-20mA 输入，220VAC供电。 3．2 循环水泵 原低温水(二次水)循环泵功率110KW , 666m3/h流量，38m扬程。运行时电流不足50%额定值，富裕压头高，电机运行效率低，能源消耗高，应更换流量和扬程较低的水泵。此次改造更换为输入功率45kw，300m3/h流量，32m扬程水泵。配备进口丹佛斯VLT8000系列变频器，通过自控系统调节实现按需供热节能的效果。循环水泵是上海凯泉产品,其型号：KQL200/315-45/4Z 流量300m3/h，扬<