LK在热网监控中的应用_调度监控中心_换热站

LK在热网监控中的应用

2009/9/23 10:52:00

　1 引言
　　　

　　集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，是今后供热的发展方向，它具有热效率高、节能、污染小、供热效果好等优点，一般采用热电厂的余热。热网监控系统是专为热网调度自动化而设计的，它集人机界面、数据库管理、计算机网络、远程数据通讯、过程控制和信号检测等先进技术于一体，是区域供热实现现代化管理的一个重要标志。
　

　　本文介绍了基于和利时公司 LK系列PLC的热网监控系统，作为国内首款大型PLC，LK系列PLC具有高性能、高可靠性、通讯灵活、易维护等特点，为城市热网监控提供了高性能的、实用的、经济的解决方案。
　

　　2 热网系统工作原理
　　

　　热力系统由一次网系统、二次网系统、恒压补水系统、热计量系统组成，各部分之间相互联系相互作用。热源通过一次网供水管道进入换热器，经过热交换后，再经一次网回水管道流回热源。而二次网的水在热交换后经二次网供水管道进入取暖用户的散热器，用户取得热量后，经二次网回水管道再进入热交换器，如此循环给用户供暖。如图1所示。

图1 热力系统工作原理示意图

　　3 热网监控系统设计
　　热网调度监控系统实现对各换热站工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、联锁和报警以及报表打印。通过使用在调度中心和各换热站间的一系列通讯链，完成整个热网调度所必需的数据采集，数据通讯，顺序控制，时间控制，回路调节及上位监视和管理作用。整个系统由调度监控中心、数据通信网络、现场PLC控制站三部分组成。现场PLC换热站主要完成各换热站一、二次网的温度、压力、流量、液位等工艺参数的实时采集、各种运行设备的状态实时反映和控制；在通讯网络的支撑下，通过某种网络接口将反映换热站运行状态的数据传送到调度监控中心，同时接收调度监控中心发来的调度控制指令；调度监控中心负责接收各现场监控设备发来的数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报警、报表打印等，在此基础上，向各现场设备发出调度控制指令。
　

　　3.1调度监控中心
　　热网监控中心主要由数据服务器、操作员工作站、工程师工作站、通讯网关、模拟屏、以太网交换机、防火墙、打印机、UPS电源等组成。对规模较小的供热企业，可不设数据服务器，直接操作员工作站兼数据服务器的功能；对于系统规模较大的供热企业来说，如果热力站规模超过50个以上，建议采用专用的数据服务器，运行管理人员主要通过操作员工作站完成监控工作。
　

　　数据服务器上安装热网监控系统软件，负责采集现场PLC控制站的数据，监测各换热站的运行情况并指导操作员进行操作。数据服务器实时地从现场PLC控制站采集数据以保证其数据库不断更新。服务器还向现场PLC控制站发送控制和参数设置指令。调度运行人员可从调度监控中心通过操作员工作站能够方便地得到换热站运行的数据并向热力站下达指令。
　

　　热网调度监控中心监控系统采集所有热力站的历史数据、实时数据，建立历史数据库；先进的报警管理功能，可以随时接收来自各热力站的故障报警，发出报警信息；优秀的图形化人机交互界面，用户使用更加方便；输出生产报表、管理报表，如日报、周报、月报、年报以及小时平均报表等。
　

　　3.2通讯网络
　　通讯网络是整个热网监控系统联络的枢纽，各个换热站、热源、管道监控节点通过通讯网络系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度，必须建立连接所有监控点的通讯网络。随着网络技术的飞速发展，用户选择的空间越来越大，而且各个地方由于网通、电信、移动、联通部门提供的服务在价格和技术上差异较大，对于通讯方式的选择应该结合实际情况进行仔细分析和比较，最终选择最适合自己的通讯方式。目前可供用户选择通讯网络主要有如下四种方案：

　　（1）拨号通讯网络：直接采用调制解调器拨号

图2 拨号通讯方案系统图

　　优点：网络建设简单，维护工作量小，运行费用较低；
　　缺点：网络不稳定，实时性差，同时只能有一个站上报数据；

　　（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

图3 无线电台通讯方案系统图

　　（3）移动通讯网络：GPRS/CDMA网络

图4 GPRS通讯方案系统图

　　优点：安装简单，不受传输距离限制，抗干扰能力强，易维护；
　　缺点：运行费用相对较高。
　　

　　（4）虚拟专用网络、ADSL等各种宽带技术

图5 ADSL通讯方案系统图

　　优点：实时性较好，安装简单，易维护，网络的安全防范性好；
　　缺点：运行费用相对较高。

　　3.3现场PLC控制站
　　现场PLC控制站主要由液晶显示操作终端和控制系统两部分组成。彩色液晶显示屏主要完成各种监控画面、采集参数的显示，并实现一些参数设定信息的输入。控制系统采用性价比较高的LK系列PLC，包括CPU模块、I/O模块，背板等，系统集成多种通讯接口，适用于各种通讯网络。
　

　　现场PLC控制站主要功能是对各换热站、供热沿线各节点、热用户运行参数（一、二次网温度、压力、流量等）、各种设备运行状态进行实时监控及采集，并根据气象环境和负荷的变化按预先设定的控制策略对换热站循环泵、补水泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组的完全自动控制，在通讯网络的支撑下，现场监控站通过将反映换供热运行数据传送到调度中心，同时接收调度中心发来的调度控制指令。
　

　　4 系统控制策略
　　4.1 一次网控制系统
　　（1）工艺系统组成
系统硬件主要由一次供水电动调节阀、室外温度传感器、一次供回水温度传感器、二次供回水温度传感器组成。
　　（2）工艺控制原理
　　一次网供热量的调节控制是由PID控制器来实现的。控制器根据室外温度生成二次网供回水平均温度的设定值，指令一次网的电动调节阀动作。通过调节电动阀的开度，控制一次网流量变化量。再由流量的变化调节用户的供热量。
　　（3）自动控制框图
　　从图中可以看出，目标设定值与反馈回来的二次网供回水平均温度作比较，产生的差值经过PID运算，得出控制量来调节阀门的开度，实现闭环控制。如图6所示。