熱網(wǎng)監(jiān)控

　　集中供熱是國家大力推廣的節(jié)能和環(huán)保措施，是今后供熱的發(fā)展方向，它具有熱效率高、節(jié)能、污染小、供熱效果好等優(yōu)點，一般采用熱電廠的余熱。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是專為熱網(wǎng)調(diào)度自動化而設(shè)計的，它集人機界面、數(shù)據(jù)庫管理、計算機網(wǎng)絡(luò)、遠程數(shù)據(jù)通訊、過程控制和信號檢測等先進技術(shù)于一體，是區(qū)域供熱實現(xiàn)現(xiàn)代化管理的一個重要標(biāo)志。

　　基于美國艾默生MC系列暖通專用控制器的YLT Design熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，用于集中供熱系統(tǒng)中整個熱網(wǎng)以及全部熱力站的監(jiān)測、控制和管理，協(xié)助調(diào)度和值班人員，使熱網(wǎng)能夠安全、正常、節(jié)能地運行，圓滿的完成供熱任務(wù)。系統(tǒng)具有高性能、高可靠性、通訊靈活、易維護等特點，為城市熱網(wǎng)監(jiān)控提供了高性能的、實用的、經(jīng)濟的解決方案。

　　熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

　　熱網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)對各換熱站工藝參數(shù)、電氣參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測、控制、聯(lián)鎖和報警，以及報表打印，通過使用在調(diào)度中心和各換熱站間的一系列通訊鏈，完成整個熱網(wǎng)調(diào)度所必需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、溫度及壓力控制、時間段和溫度氣候補償控制、回路調(diào)節(jié)及上位監(jiān)視和管理功能。整個系統(tǒng)由調(diào)度監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場控制站三部分組成?，F(xiàn)場換熱站主要完成各換熱站一、二次網(wǎng)的溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的實時采集、各種運行設(shè)備的狀態(tài)實時反映和控制；在通訊網(wǎng)絡(luò)的支撐下，通過某種網(wǎng)絡(luò)接口將反映換熱站運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度監(jiān)控中心，同時接收調(diào)度監(jiān)控中心發(fā)來的調(diào)度控制指令；調(diào)度監(jiān)控中心負責(zé)接收各現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、歷史趨勢分析、報警、報表打印等，在此基礎(chǔ)上，向各現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出調(diào)度控制指令。

　　調(diào)度監(jiān)控中心

　　熱網(wǎng)監(jiān)控中心主要由數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、通訊網(wǎng)關(guān)、模擬屏、以太網(wǎng)交換機、防火墻、打印機、UPS電源等組成。對規(guī)模較小的供熱企業(yè)，可不設(shè)數(shù)據(jù)服務(wù)器，直接用操作員工作站兼數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能；對于系統(tǒng)規(guī)模較大的供熱企業(yè)來說，如果熱力站規(guī)模超過50個以上，建議采用專用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，運行管理人員主要通過操作員工作站完成監(jiān)控工作。

　　現(xiàn)場控制站

　　現(xiàn)場控制站主要由液晶顯示操作終端和控制系統(tǒng)兩部分組成。彩色液晶顯示屏主要完成各種監(jiān)控畫面、采集參數(shù)的顯示，并接受一些參數(shù)設(shè)定的輸入信息。控制系統(tǒng)采用性價比較高的艾默生MC系列專用控制器，包括CPU模塊、I/O模塊、特殊功能模塊等，系統(tǒng)集成多種通訊接口，適用于各種通訊網(wǎng)絡(luò)。

　　通訊網(wǎng)絡(luò)

　　通訊網(wǎng)絡(luò)是整個熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的樞紐，各個換熱站、熱源、管道監(jiān)控節(jié)點通過通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體。為了實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、控制、調(diào)度，必須建立連接所有監(jiān)控點的通訊網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，用戶選擇的空間越來越大，而且各個地方由于網(wǎng)通、電信、移動、聯(lián)通部門提供的服務(wù)在價格和技術(shù)上差異較大，對于通訊方式的選擇應(yīng)該結(jié)合實際情況進行仔細分析和比較，最終選擇最適合自己的通訊方式。

　　目前用戶在選擇通訊網(wǎng)絡(luò)時主要有如下四種方案：

　　1)撥號通訊網(wǎng)絡(luò)：直接采用調(diào)制解調(diào)器撥號；

　　優(yōu)點：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)簡單、維護工作量小、運行費用較低，；

　　缺點：網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、實時性差、同時只能有一個站上報數(shù)據(jù)。

　　2)無線通訊網(wǎng)絡(luò)：無線電臺，采用公用無線頻段，自建無線發(fā)射、接收站；

　　優(yōu)點：運行費用較低；

　　缺點：安裝工作量較大、網(wǎng)絡(luò)不太穩(wěn)定、易受干擾、實時性差。

　　3)移動通訊網(wǎng)絡(luò)：GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)；

　　優(yōu)點：安裝簡單、不受傳輸距離限制、抗干擾能力強、易維護；

　　缺點：運行費用相對較高。

　　4)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)、ADSL等各種寬帶技術(shù)。

　　優(yōu)點：實時性較好，安裝簡單，易維護，網(wǎng)絡(luò)的安全防范性好；

　　缺點：運行費用相對較高。

　　控制策略

　　熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，上級為中心調(diào)度室即中控室，下級為若干自控?zé)崃φ?，一般情況自控?zé)崃φ靖髯元毩?，中控室不干預(yù)熱力站的控制，實現(xiàn)分散控制，消除了危險集中，同時增強了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。中控室與熱力站實現(xiàn)了無線通訊，監(jiān)測熱網(wǎng)中各熱力站的運行工況，通過對全網(wǎng)運行參數(shù)的掌握，分析判斷各熱力站的熱力平衡度，查詢管網(wǎng)運行的最不利點，預(yù)測調(diào)整熱源與熱負荷的熱平衡，針對熱網(wǎng)運行出現(xiàn)問題的所在，中控室向熱力站或熱源發(fā)出調(diào)度指令，實現(xiàn)優(yōu)化運行。另外，中控室還具有完成熱網(wǎng)檔案的管理和運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、存檔、報表等功能。自動控制熱力站在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，及時將反映熱網(wǎng)及熱力站運行工況及設(shè)備工作狀態(tài)的參數(shù)采集、傳送、就地顯示出來，又將按最佳運行工況要求自動執(zhí)行操作，它的工作原理有以下幾方面內(nèi)容：

　　供熱量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

　　影響熱負荷變化的主要因素是室外溫度和供熱面積的變化，其次夜間休息時降低室內(nèi)溫度和白天太陽輻射、隨著人們生活起居時間部分生活熱水負荷規(guī)律性的周期變化都將引起熱負荷的變化。供熱的最終目的是為了隨著熱負荷的變化及時供應(yīng)相應(yīng)的熱能，因此熱負荷變化的動態(tài)實時計算很有必要。其中室外溫度變化是引起熱負荷變化的最主要因素，由于室外溫度的變化頻率和變化幅度較大，供熱系統(tǒng)實時地跟蹤室外溫度的變化進行調(diào)節(jié)的難度很大，甚至不可能。另一方面由于房間維護結(jié)構(gòu)的蓄熱作用，室外溫度變化并不會立即成為熱負荷，會經(jīng)歷一個蓄熱、放熱過程后成為熱負荷，此時熱負荷的變化會比室外溫度的變化滯后而平緩，緊隨室外溫度變化而調(diào)節(jié)供熱量并沒有必要。

　　在動態(tài)計算熱負荷時室外溫度是關(guān)鍵，因此，室外溫度的測量要準(zhǔn)確。一方面我們要選精度等級高，可靠性強，穩(wěn)定性好的產(chǎn)品。另一方面我們要規(guī)范室外溫度的安裝，加強室外溫度的校準(zhǔn)工作。除此之外，我們還要設(shè)計一種算法將采集來的室外溫度“方波化”、“滯后化”、“平滑化”。

　　*方波化的目的是維持室外溫度的相對穩(wěn)定，減少設(shè)備的動作；

　　*滯后化的目的是考慮維護結(jié)構(gòu)的熱慣性作用，實際熱負荷的變化滯后于室外溫度的變化；

　　*平滑化的目的是考慮維護結(jié)構(gòu)的蓄熱作用，實際熱負荷的變化比室外溫度的變化要平滑的多；

　　控制滯后時間的參數(shù)是實際室外溫度與用于參控的當(dāng)量室外溫度的偏差對時間的積分值，當(dāng)該積分值超過我們的規(guī)定后“積分常數(shù)”就將改變當(dāng)量室外溫度值?？刂破交潭鹊膮?shù)是每次改變當(dāng)量室外溫度的幅度，該幅度值為實際室外溫度與當(dāng)量室外溫度偏差除以“平滑系數(shù)”，該系數(shù)是我們事先設(shè)定好的。因此，算法中規(guī)定了“積分常數(shù)”和“平滑系數(shù)”，我們可以調(diào)試這兩個參數(shù)來使算法能夠較精確地描述出室外溫度變化與熱負荷變化之間的關(guān)系。

　　熱源供熱與房間需熱之間存在幾級熱網(wǎng)系統(tǒng)，由于熱網(wǎng)的蓄熱作用，使得供熱量變化和需熱量變化之間的矛盾有可能得以緩解。合理利用供熱管網(wǎng)的蓄熱作用，不僅可以使供熱量的調(diào)節(jié)頻率降低，還會有效避免尖峰負荷的出現(xiàn)，有利于節(jié)約能源和減小供熱系統(tǒng)的裝機容量。但目前關(guān)于熱網(wǎng)蓄熱問題的研究較少，合理利用這種蓄熱作用的應(yīng)用也較少，有必要深入研究?？梢钥隙ǖ氖枪嵯到y(tǒng)的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)越多、調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)越接近用戶端，越有利于發(fā)揮熱網(wǎng)的蓄熱作用，同時旁通調(diào)節(jié)會使熱網(wǎng)的回水溫度升高有利于發(fā)揮回水管的蓄熱作用。

　　供熱溫度曲線和供熱流量曲線的確定

　　熱能輸配過程中會有散熱損失和泵耗，這兩者相互矛盾著。散熱損失與供熱溫度有關(guān)，泵耗與供熱流量有關(guān)，因此供熱溫度與供熱流量之間存在優(yōu)化問題。

　　隨著室外溫度的變化，最佳供熱溫度和供熱流量會不斷變化，因此存在最佳供熱溫度曲線和最佳供熱流量曲線。最高供熱溫度受管網(wǎng)和熱源設(shè)備設(shè)計參數(shù)的限制，最大供熱流量受熱網(wǎng)循環(huán)泵的限制和管網(wǎng)可及性的限制，最小供熱流量受熱源設(shè)備設(shè)計參數(shù)和散熱設(shè)備失調(diào)的限制。有些地區(qū)供熱單位與熱源單位由兩家分管，供熱單位不承擔(dān)熱網(wǎng)循環(huán)泵的電耗，但卻承擔(dān)熱網(wǎng)損失，維持最大循環(huán)流量只改變供熱溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)方案對供熱單位是最有利的。另外，有些供熱系統(tǒng)不具備變流量的條件，就只能采用質(zhì)調(diào)節(jié)方案或分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方案。因此，供熱溫度曲線和供熱流量曲線的確定要充分考慮到不同供熱系統(tǒng)的具體情況來制訂動態(tài)溫度和流量曲線。

　　熱計量系統(tǒng)及遠程抄表系統(tǒng)

　　熱計量系統(tǒng)由一次供回水溫度傳感器，一次回水安裝的流量計、積分儀組成。熱力站設(shè)置熱計量裝置不僅為實施按熱計量收費提供了計量手段，而且“熱量與流量”作為重要的運行參數(shù)，對核算各個熱力站技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和指導(dǎo)供熱運行提供了重要依據(jù)。

　　抄表系統(tǒng)的硬件組成：

　　1、現(xiàn)場熱表

　　現(xiàn)場熱表指的是安裝在用戶家里或者供熱井室內(nèi)的熱計量表，如機械式熱表、超聲波熱表、工業(yè)式熱表等。通過統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，借助相應(yīng)的通訊線路傳輸?shù)郊谐硐渲校鳎?/span>

　　2、M-BUS集抄器

　　集抄器是遠程抄表的系統(tǒng)核心組成部分，它主要負責(zé)將若干塊熱量表通過事先設(shè)置好的采集周期采集到集抄器的存儲器中，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和遠程數(shù)據(jù)的傳輸。同時，集抄器可以具備級聯(lián)功能，以實現(xiàn)整個小區(qū)表計的統(tǒng)一集抄。

　　3、數(shù)據(jù)傳輸通道

　　數(shù)據(jù)傳輸通道包括集抄器與現(xiàn)場熱表的傳輸通道和集抄器與控制中心的傳輸通道兩個部分。

　?。?）現(xiàn)場熱表與集抄器之間的通訊通道

　　此通信通道通過標(biāo)準(zhǔn)的0.5mm2 屏蔽電纜進行總線式連接，傳輸協(xié)議采用中國標(biāo)準(zhǔn)的M-BUS通信協(xié)議，以實現(xiàn)現(xiàn)場熱表和集抄器之間的數(shù)據(jù)傳輸。

　?。?）集抄器與控制中心的通信通道

　　根據(jù)系統(tǒng)在不同情況下的實際應(yīng)用情況，要求集抄器與上位機管理系統(tǒng)之間可以以任何一種傳輸方式進行通訊連接。

　?、?通過標(biāo)準(zhǔn)的RS232/485接口與上位機進行物理連接。

　?、?通過GPRS/CDMA 無線方式進行連接。連接設(shè)備采用DTU和無線路由器進行連接。

　?、劬钟蚓W(wǎng)方式的連接。系統(tǒng)可以通過局域網(wǎng)的方式進行連接。

　?、?通過動態(tài)虛擬主機方式。借助互聯(lián)網(wǎng)，通過動態(tài)虛擬主機與上位機建立通訊連接。

　　4、上位機系統(tǒng)

　　上位機系統(tǒng)主要用來運行上位機管理軟件、通訊軟件、系統(tǒng)WEB發(fā)布，完成與集抄器之間的通訊、熱表集抄數(shù)據(jù)的查詢、打印、統(tǒng)計、分析等管理工作。

　　自控換熱站的自我保護功能

　　自控換熱站要求的是無人值守工作方式，運行人員只是對其定期巡查，熱力站的自控系統(tǒng)需具有以下自我保護功能：

　　電源缺相、三相不平衡、電機過載保護。

　　具有停電保護，來電自起啟功能。

　　水箱缺水，供熱系統(tǒng)供水超溫、供水超壓、回水欠壓保護及設(shè)備定期和故障切換等。

　　混水換熱站三種基本形式：

　　a.水泵旁通加壓，b.水泵回水加壓，c.水泵供水加壓；并在一次網(wǎng)供水中遠處設(shè)中繼加壓站，在一次網(wǎng)回水上設(shè)減壓站。

　　a、水泵旁通加壓：混水泵設(shè)置在混水旁通管路上，利用水泵將二次網(wǎng)的一部分回水加壓打入一次網(wǎng)供水中混合加熱，形成二次網(wǎng)供水，二次網(wǎng)的另一部分回水作為一次網(wǎng)回水返回一次網(wǎng)回水總管；一次網(wǎng)供回水上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，水泵采用變頻控制。此供熱方式適用于一次網(wǎng)供水的高中壓區(qū)。

　　b、水泵回水加壓：混水泵設(shè)置在二次網(wǎng)回水總管上，利用水泵將二次網(wǎng)回水加壓，一部分回水受混水旁通管路上的調(diào)節(jié)閥或者一次網(wǎng)回水管路上調(diào)節(jié)閥(視水泵出口到一次網(wǎng)總回水與到二次網(wǎng)供水需增壓力相對大小定)支配流入一次網(wǎng)供水混合加熱，形成二次網(wǎng)供水，另一部分回水直接返回一次網(wǎng)回水總管；一次網(wǎng)供回水上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，水泵采用變頻控制。此供熱方式適用于一次網(wǎng)供水的高壓區(qū)且地勢低洼處。

　　c、水泵供水加壓：混水泵設(shè)置在二次網(wǎng)供水總管上，一次網(wǎng)回水調(diào)節(jié)閥將二次網(wǎng)回水壓力調(diào)節(jié)至滿足二次網(wǎng)系統(tǒng)靜壓，當(dāng)一次網(wǎng)供水壓力高于二次網(wǎng)回水靜壓時，一次網(wǎng)供水側(cè)電動調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)流量的同時一次網(wǎng)供水閥后壓力與二次網(wǎng)回水靜壓相持平衡，利用水泵將二次網(wǎng)一部分回水及一次網(wǎng)供水同時吸入混合加熱，形成二次網(wǎng)供水，另一部分二次網(wǎng)回水直接返回一次網(wǎng)回水總管；一次網(wǎng)供水(或混水旁通)與一次網(wǎng)回水上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，水泵采用變頻控制。此供熱方式適用于一次網(wǎng)供水的低壓區(qū)。(當(dāng)一次網(wǎng)供水壓力低于二次網(wǎng)回水靜壓時，一次網(wǎng)側(cè)的電動調(diào)節(jié)閥移至混水旁通上，此電動調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)流量的同時混水旁通閥后壓力與一次網(wǎng)供水壓力相持平衡

　　混水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

　　1．調(diào)整一次網(wǎng)管道上裝的流量控制閥，使其流量等于各站設(shè)計一次網(wǎng)流量（一般是每一萬平方米建筑面積為10-15t/h），這樣一次網(wǎng)就基本調(diào)平了；

　　2．對于水泵旁通加壓站，發(fā)現(xiàn)二次網(wǎng)壓力過高時，可關(guān)一下手動調(diào)節(jié)閥，壓力合適為止。

　　3．對于水泵回水加壓站，當(dāng)一次網(wǎng)回水壓力低于二次網(wǎng)所需的供水壓力時，可調(diào)節(jié)一次網(wǎng)回水側(cè)手動調(diào)節(jié)閥，使其閥前壓力滿足二次網(wǎng)對供水壓力的要求。

　　4．對于水泵供水加壓站，當(dāng)一次網(wǎng)供水壓力高于二次網(wǎng)回水靜壓時，可調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水側(cè)手動調(diào)節(jié)閥，使其閥后壓力與二次網(wǎng)回水靜壓相平衡；當(dāng)一次網(wǎng)供水壓力低于二次網(wǎng)回水靜壓時，調(diào)節(jié)旁通管上的手動調(diào)節(jié)閥，使其閥前壓力滿足二次網(wǎng)系統(tǒng)靜壓。

　　5．調(diào)節(jié)混水泵變頻器，減少混水泵多余的出力，節(jié)約電能。

　　6．注意在調(diào)試前，一次大網(wǎng)的定壓點的壓力不要太高，防止低處超壓，視各站調(diào)試情況逐步升壓。

　　混水供熱應(yīng)注意的問題

　　1．首先一定要將一次大網(wǎng)和各站二次網(wǎng)水壓圖繪制好；

　　2．根據(jù)各站壓力和流量情況及與一次大網(wǎng)的關(guān)系，確定各站采取哪種混水方案；

　　3．混水泵的出力要有富余，以彌補設(shè)計偏差和負荷變化造成的系統(tǒng)不可調(diào)問題；

　　4．為了方便判斷熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)及運行情況，各站的壓力表和溫度計要裝全；

　　5．一次供（或回）水管盡量裝上流量控制閥，以方便平衡；

　　6．混水泵盡量加變頻，這樣方便調(diào)平且更節(jié)電能；

　　7．對過低用戶要有超壓保護措施。

　　間接供熱二次循環(huán)水泵自動控制系統(tǒng)

　　熱力站間接連接供熱方式，一次網(wǎng)與二次網(wǎng)水力工況互不影響。二次網(wǎng)循環(huán)水泵的工作參數(shù)一般都是按設(shè)計供熱負荷選取，對于實施分戶熱計量的用戶采暖系統(tǒng)，二次網(wǎng)具備變流量運行功能，即使對于通常用戶采暖系統(tǒng)，在實際運行中，隨著熱負荷變化循環(huán)水泵變流量參與供熱調(diào)節(jié)也可節(jié)約大量電能。此外，用戶室內(nèi)采暖系統(tǒng)無論是單管還是雙管系統(tǒng)，最佳調(diào)節(jié)方式都是質(zhì)量并調(diào)，即隨室外溫度的變化，不但調(diào)節(jié)供水溫度，而且要調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量，這樣才能真正消除系統(tǒng)的水平失調(diào)和垂直失調(diào)。

　　間接供熱補水定壓自控系統(tǒng)

　　補水定壓系統(tǒng)的作用是防止二次網(wǎng)倒空，保證系統(tǒng)在規(guī)定壓力下恒壓運行。該功能是通過變頻調(diào)速控制柜完成的。系統(tǒng)壓力信號來自定壓采樣旁通上的壓力傳感器，當(dāng)此壓力值低于設(shè)定壓力時，變頻控制柜指令補水泵加速補水；當(dāng)系統(tǒng)壓力高于設(shè)定壓力時，變頻控制柜指令補水泵減速補水；當(dāng)系統(tǒng)壓力超過限定壓力時，泄壓旁通上的旁通閥開啟，進行排水泄壓。