和利时PLC在章丘市城区热网监控系统的应用

   摘要：章丘市热力公司采用了基于杭州和利时公司HOLLiAS LK系列PLC的热网监控系统，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，实现了城市热网的智能化、网络化、数字化管理，提高了工作效率，减少了能量损耗，达到了安全运行、节能降耗的目的。

 关键词：热网监控系统；换热站；PLC；监控中心

 Abstract: Zhangqiu city Thermotics Inc adopts the heating network monitoring system based on HOLLiAS LK series PLC provided by Hangzhou Hollysys CO., LTD. It integrates many advanced technologies such as man-machine interface, database management, computer network, remote data communication, process control and signal detection. The system achieves the digital, networked and intelligent management of the city heating network. It improves work efficiency, reduces energy loss, and also achieves the purpose of energy saving and safe operation.

 Key words: Monitored control system of heating network; Heat exchange station; PLC; Monitoring center

    1　引言

  集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，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。原理示意图如图1所示。

               图1 热力系统工作原理示意图 

   基于和利时公司HOLLiAS LK系列PLC的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。

  2　系统总体设计

   2.1　概述

   热网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、连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。整个系统由调度中心、GPRS网络数据传输部分、隔压站、中继泵站、二级换热站五部分组成，如图2所示。现场监控设备PLC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，现场监控设备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中心，同时接收调度中心发来的调度控制指令；调度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。

                 图2 热网监控系统示意图

 （1）调度管理系统：由工程师站、操作员站、交换机、数 据中心服务器、过程控制站、网关机组成。数据中心服务器通过环网交换机接收来自各换热站的数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等；由调度中心、通讯网络及现场监 控站组成，实现对各热源厂、管网节点及热网用户的工艺参数（温度、压力、流量等）、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、连锁和报警以及报表打印，完成整个供热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。

 （2）GPRS网络数据传输部分：单个站的GPRS DTU收到 PLC数据后，通过GPRS服务网络把这些数据送到中心站中的操作员计算机中。

 （3）现场换热站：主要完成各换热站一、二次网的温度、压力、流量等工艺参数的实时采集、各种设备运行状态的实时反 映和控制；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；现场测控层通过环网通讯网络与调度中心进行数据通信及信息交换。现场测控层接受调度中心的调度，但并不依赖于监控管理层而运行：若调度中心监控计算机出现故障或者并没有投入使用或者通信网络出现故障，现场测控层仍继续正常工作，对现场设备的联锁控制没有影响。

        2.2　自动控制及测量设备

   所需自动控制及测量设备如表1所示。

               表1自动控制及测量设备  

  2.3　系统结构

  热网调度管理监控系统由三个层次构成，如图3所示，即现场测量控制层、监控管理层和管理信息层，将生产过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络，有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。

                    图3 系统层次结构

 （1）管理信息层：经理办公室、财务科办公室、技术科办公室和设备科办公室等计算机、打印机、管理网交换机构成100Mbps以太网-----企业管理信息网，协议为TCP/IP，网络结构 为星型，传输介质为超五类双绞线，并能够通过MIS服务器扩展到Internet、建立数据库服务和其他网络服务。

 （2）生产监控层：单个站的GPRS DTU收到PLC的数据后，把这些数据送到监控中心的操作员计算机中。监控系统将 实时、全面地监控热源、外网、热力站以及通讯网络的运行情况，根据外网热负荷的预测和变化，调节热源按需供热，以满 足全网供热热量均衡和节能的目的。

 （3）现场测控层

  现场测控层，即现场监控站，各现场监控站配置一套UPS和一套控制机柜，柜内包括LK系列可编程序控制器（PLC）、触摸屏、GPRS DTU、24VDC电源、过电压保护装置、断路器、接线器、安装连接缆线和附件等。

   现场测控层通过GPRS网络与调度管理层进行数据通信及信息交换，它接受调度管理层的调度，但并不依赖于监控管理层而运行：若调度管理层监控计算机出现故障或者并没有投入使用或 者通信网络出现故障，现场测控层仍继续正常工作，对现场设备的联锁控制没有影响。

  2.4　系统具体功能

  章丘市城区热网监控系统实现PLC的数据采集和联网，调度人员可以在监控中心监控整个管辖区域内所有换热站的运行情况，管理人员也可以在自己的办公室监测各生产装置运行情况。

 （1）实时模拟图监测

  以系统模拟图的方式实时监测生产运行参数，使管理者方便直观地在办公室就能实时了解所有换热站现场设备的实际状态。如图4所示。

               图4 设备工艺流程图

  （2）实时趋势与历史趋势

  观察某项指标的变化趋势，便于相关人员对分布于不同换热站PLC的关键历史数据进行对比分析，对重要的技术指标做出科学、合理的调整，以提高生产效率。如图5所示。

                   图5  实时趋势图

  （3）灵活报表  

    实现生产日报表及班报表的组态、查询、打印功能，有利于生产管理者对生产全过程的统计分析。如图6所示。

                      图6 生产报表

 （4）报警功能

对关键数据超限报警或组合条件报警，报警时有声音提示，可以闪烁，可以弹出。如图7所示。

                   图7 实时报警表

  （5）实时数据发布

  通过web技术，将实时数据发布到局域网中，通过设定的操作权限，各级管理人员在办公室就可以通过IE浏览数据。如图8所示。

                  图8 登录界面

  3　结语

   目前章丘市热力公司所辖换热站70多个，供热面积570万平方米，服务用户达到6万余户。从2010年10月投入热网监控系统以来，经过几年的实际应用，运行情况良好，有效地减少了管网热损，保证了热网调度安全经济运行。确实达到了以下效果：

 （1）实时上传数据及存储数据，为热源厂及供热公司提供了公平合理的结算依据，供需双方可以有目标地制定热量供给计划，满足了热源厂和用户同时对热源实时监测的需要，达到科学管理、节能增效的目的。

 （2）改变了传统的粗放型管理模式，解决了人工抄数、手工报表、人工统计等低效的管理方式，降低了劳动强度，实现了供热管理数字化、精细化。

 （3）通过数据实时监测为整个热网总体协调平衡提供了依据，有利于热量合理调配，真正做到了“节能供热、经济运行”。

   参考文献：

 [1] 徐伟,邹瑜.供暖系统温控与热计量技术[M].北京:中国计划出版社, 2000.

 [2] 胡寿松.自动控制原理[M].北京:北京科学出版社,2007.

 作者简介

 李秋香（1980-），女，山东菏泽人，助理工程师，学士学位，现就职于杭州和利时自动化有限公司，主要从事热控自动系统方面的设计、工程管理和应用研究。

 严春照（1982-），男，湖北钟祥人，助理工程师，学士学位，现就职于杭州和利时自动化有限公司，主要从事工厂自动化系统方面的设计、项目管理和应用研究。