一、概述
集中供熱因具有節約能源和改善城市環境等方面的積極作用，而日益成為城市公用事業的一個重要組成部分，是國家大力推廣的節能和環保措施。隨著國民經濟的飛速發展，我國的城市集中供熱規模也不斷擴大，科學的管理熱力管網具有非常重大的經濟和社會效益。
換熱站是連接供熱站和用戶極為重要的環節，不僅其工作的安全性、可靠性直接影響鍋爐的安全性及供熱質量，提高其工作效能的還具有十分重大的節能意義，目前換熱站大都采用人工監控，一方面浪費人力；另一方面在出現事故隱患時操作人員難以發現，易造成設備事故。同時，各換熱站都獨立運行，難以達到供熱系統整體最佳狀態，易造成熱力失衡，影響供熱效果而造成能源的極大浪費。利用先進的工業自控技術、計算機技術、通訊技術構成的換熱站及遠程監控管理系統，對熱力系統實施更科學、更規范的監控管理，提高中央調度室的監控能力，具有非常巨大的經濟和社會效益。
二、系統介紹
該監控系統由于采用全網集中監控，計算機采集記錄了各種工藝參數，如:溫度、壓力、流量、電壓、電流等，為供熱數據查詢，供熱分析計算提供了很好的依據，也為來年供熱打下良好的基礎。
監控系統具有實時數據采集、實時數據曲線、實時模擬現場動畫顯示、異常報警、遠程控制、歷史數據查詢、歷史曲線、打印、地理信息等強大的功能。
遠程監控包括遠程監視和遠程控制兩個層面，在調度中心可以監視、記錄到各個換熱站的所有運行數據，當出現意外情況時軟件上彈出報警畫面,同時還將報警信息以短信的方式發送到相關人員手機上。遠程控制換熱站的運行，如啟停泵，調節泵的轉速、循環泵的啟停、補水泵的啟停，同時可以調節電動閥門開度。
現在換熱站無人值守遠程監控系統方案中，具有可擴展性，并且會為以后新增的換熱站留有接口，當新建換熱站時，自動在軟件中添加點和參數就可以了，避免了二次投資。然后集成到換熱站無人值守遠程監控系統中，為以后系統的發展、擴充提供了非常便利的條件。
換熱站是集中供熱系統供熱網路與熱用戶的連接場所，是熱源與熱用戶之間的一個中間環節，其供熱品質的好壞對改善熱網熱力工況，提高供熱質量起著重要作用。
采用先進的氣候補償理念，引入室外溫度，當室外溫度降低或上升時，就需要改變二次供水出口溫度；通過對并聯在一次供水管道上的兩通電動調節閥進行微調，以達到改變二次供水的出口溫度；使二次供水的出口溫度隨著室外溫度的變化而變化，同時不影響一次管網的壓力平衡；這樣既能提高供熱品質，實現節能，同時也可以達到熱力站無人值守遠程監控的目的。
三、整個系統組網圖
四、系統組成及各功能介紹
換熱站無人值守遠程監控系統分為數據監控中心、換熱站現場控制層、數據傳輸層三部分。網絡系統采用千兆快速以太網交換機作為技術架構，骨干網采用光纖連接。換熱站現場控制層包括PLC、電動執行機構、傳感器、變頻器、現場操作站等，完成現場數據采集任務，將采集來的數據通過無線GPRS網絡傳遞到數據采集服務器，進入數據監控中心，集中監控層由數據采集服務器、監控工作站、工程師工作站、UPS電源、激光打印機等組成，完成監控管理、工程師管理及維護、數據打印等任務。
下面就分別介紹這三個部分的功能：
1、數據監控中心的功能介紹
l 實時采集：可以對所有換熱站的數據進行實時采集，并實時監測各站點設備的工作狀態。
l 遠程控制：可以對所有換熱站的變頻器、水泵進行遠程控制啟停及對閥門的開度大小進行控制。
l 工藝流程圖：在畫面中通過編程實現模擬顯示整個換熱站現場進汽供水的全過程，并且在換熱器本體上實時顯示了各路汽、水的溫度與壓力，以便于操作者能及時準確的掌握本體內的換熱情況，能夠對現場設備的故障進行實時診斷。
l 數據分析和存儲：可以對各站點采集的數據進行分析，并可以將數據實時存儲到數據庫中，進行存檔管理。如果有必要的話還是發送到大屏上顯示。
l 異常報警：當采集到現場有異常報警時，軟件將彈出報警對話框；如果有條件的話，將報警信息以短信的方式發送到相關人員手機上；同時將報警信息存儲到數據庫中，以備日后查詢。
l 數據查詢：可以按照站點、時間來查詢現場各項參數及設備的運行情況。
l 報警查詢:按照報警類型、站點、時間進行報警查詢。
l 雙機冗余功能，正常情況下，主機處于工作狀態，從機處于監視狀態，一旦從機發現主機異常，從機將會代替主機，進行實時監控并保存歷史數據。當主機修復重新啟動后，從機檢測到主機的恢復，就會自動將主機丟失的歷史數據拷貝給主機，同時從機將重新回到監視狀態。這樣，即使是發生了設備故障，系統也能保存一個完整的數據庫。冗余功能的實現，有效地減少了數據丟失的可能，增加了系統的可靠性和連續性，方便了系統維護。
l 無人值守：中心計算機出現異常報警后，系統彈出報警畫面的同時還將報警信息以短信的方式發送給相關人員手機上。
l 統計、報表和打印功能：監控中心可以根據需要隨時查詢各換熱站的數據、設備的運行狀態和報警信息，并對監控全網當前未消除的報警進行分類統計和顯示，并能打印輸出；數據庫服務器存儲的歷史報警可根據需要按照任意指定的時間段，分類統計并產生EXCEL報表，并能打印輸出；監控中心工作站可以根據需要，按照任意給定的時間段，分項調看服務器的存儲數據，生成EXCEL表格、時間曲線圖，并能打印輸出。
l 系統授權：可根據需要，按照值班人員、維護人員和系統管理員三種級別授予不同的操作權限，對不同的用戶分配不同的用戶名和登錄、退出密碼。
l 網絡發布：具有實時向互聯網Internet發布的功能，那么外網用戶不需要組態軟件就可以查看全網的數據。
l 客戶端訪問：可以在全國各個地方通過互聯網Internet均可以訪問，如果要進行數據查詢及報表打印，只要有授權即可
2、GPRS數據傳輸的特點及功能介紹
特點：
u 永遠在線GPRS-DTU一開機就能自動附著到GPRS網絡上，并與數據中心建立通信鏈路，隨時收發用戶數據設備的數據，具有很高的實時性；
u 按流量計費GPRS-DTU一直在線，按照接收和發送數據包的數量來收取費用，沒有數據流量的傳遞時不收費用；
u 高速傳輸GPRS網絡的傳輸速度最快將達到160Kbps，速率的高低取決于移動運營商的網絡設置，根據中國移動的網絡情況，目前可提供20～40Kbps的穩定數據傳輸；
u 組網簡單、迅速、靈活GPRS
無線系統可以通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數據通信專用網絡，為廣大中小用戶提供接入便利，節省接入投資；
u 通信鏈路由專業運營商維護由于采用中國移動的GPRS數據業務，因此鏈路維護也由中國移動負責，免除通信鏈路維護的后顧之憂；
u 防雷擊由于采用中國移動的GPRS數據業務，所以在不影響上網的前提下，GPRS-DTU的發射功率非常小，天線非常短，而且無需高架，克服了有線傳輸和
無線電臺傳輸容易引雷擊壞設備的缺點。
功能介紹：
l 各個換熱站與監控中心采用無線GPRS的方式進行數據采集和遠程控制；
l 數據交換：通過串口接收各個換熱站的數據，然后通過無線GPRS方式將數據傳輸到監控中心；同時也接收無線網絡發來的數據通過串口發送給換熱站的觸摸屏；
l 無人值守：設備掉線或斷電重新得電后，自動與監控中心連接；
l 修改參數：可以遠程監控中心對此進行參數修改；
3、換熱站的功能介紹
該系統有換熱站動力配電柜和檢測控制系統構成，配電柜完成循環泵系統和補水系統的控制功能，具有遠程和就地運行模式，也有工頻和變頻運行模式。檢測控制系統完成換熱站各個溫度、濕度、壓力、運行狀態、故障狀態等測量點的監測，控制調節閥、電機、變頻器執行器件完成系統各狀態下應該完成的動作。
換熱站的運行程序獨立存在于其控制系統PLC內，能夠脫離上位機監控管理軟件而獨立運行，其運行參數可以通過中央控制室上位機監控管理系統來觀察并實施調整。
l 監控系統可以自動進行故障診斷，并在監控畫面上顯示各工況參數并控制設備運行狀態。
l 根據本地的氣候條件以及供熱對象的特性，給出一條室外溫度與二次供水溫度之間的對應曲線。控制器可以通過這條曲線根據室外溫度傳感器測量的室外溫度對一次供汽流量進行控制，以達到對二次供水溫度的控制。此設計的特點在于能夠通過室外溫度對二次供水的溫度進行控制，以達到節省能源，提高供熱質量的目的。
l 采集一次溫度、壓力、流量等參數，調節一次的壓力、流量，當一次供水執行機構斷電時，報警并切斷電源或循環泵。
l 在系統中增加晚間節能的設置，根據需要設置晚間供熱溫度。自控系統通過加入時間日程表的控制，實現一天當中不同時刻對應不同的溫度。
l PLC通過壓力傳感器和變頻器來實現對二次供水壓力的控制，當一臺補水泵無法通過變頻補水達到所要求的壓力時，控制器可使另一臺備用泵以工頻的方式進行補水。最終實現更加智能化的恒壓補水控制。
l 由PLC作為控制核心可以滿足熱力站各種控制需求，組態靈活，運行可靠。電動執行機構接受PLC輸出的控制信號，完成流量壓力控制任務，必要時切斷供熱回路。變頻器接受PLC的控制信號，控制循環水泵和補水水泵的轉速，實現對系統總流量和溫度調節。
l 通過PLC可以實現自動/手動操作；而與監控中心結合，可以實現遠程/就地操作。
l 在換熱站的控制系統中還附加了安防系統的功能，在監測環境溫濕度的同時，還可檢測門窗、電源、電壓、電流、地面水份、設備溫度等安防信息，出現意外時，系統自動遠程報警，達到無人值守基站的防護標準。
l 換熱站的各控制系統：根據全網熱力狀況自動均衡各站熱力調配 ，調配的依據是供熱面積的大小和室外溫度作為主要控制參數，管網和建筑物的熱損作為不斷修正的從屬控制參數，從而實現加權平均的調度算法。具體調節控制如下：
(1)電動調節閥：當室外溫度發生變化時，由PLC控制器自動計算機出二次網供水的溫度，然后通過自動調整一次網供水的電動調節閥的開度來控制一次網熱源的流量，從而達到自動控制二次網供水的溫度的目的。這樣既能保證供暖用戶的室內溫度，又能達到節省能源的目的。
(2)循環泵：一用一備，主泵故障時備用泵啟動。主循環泵采用變速泵，根據測出的供回水壓差（保證末端流量）控制泵的轉速，使該壓差能維持于要求的數值，穩定壓差既能保證末端流量。
(3)補水泵定壓控制：自動調節補水泵，使二次網壓力保持恒定，當二次網水壓力接近壓力界限時，系統能自動保護，停止變頻器輸出。
（4）補水箱水位控制回路
采用液位報警器，控制水位上下限，進行報警聯鎖，當液位高時切斷供水回路，液位低時，報警并切斷補水泵、一次供水電動調節結構、循環泵。
（5）安全保護：當循環泵停止、補水壓力過低及站房斷電時，切斷一次供水安全電磁閥，保護換熱器。
五、監控中心要求
監控中心采用GPRS的VPN網絡，由GPRS通訊模塊和移動通訊網絡構成。GPRS通訊模塊將由PLC采集的數據通過移動通訊網絡傳送到集中控制層，GPRS的VPN通訊模塊接入到工業以太網，在工作站上顯示各種采集的數據。
六、換熱站無人值守監控系統特點
該方案實現了熱力站運行參數的集中監視和控制，達到無人值守的目的，同時還具有以下特點：
（1）先進性：采用國內外先進的技術與產品，采用先進的軟硬件技術架構，滿足企業長期發展的需要；實現設備各種現場數據的全面、準確、實時采集。熱力站管理和控制自動化程度高，提高了工藝系統的安全系數，保證了系統的供熱品質。
（2）成熟性：以實用為原則，采用成熟的經過工程檢驗的先進技術。
（3）可靠性：無論在硬件選擇還是軟件編制上，保證系統的可靠性，使控制系統長時間工作在無故障或少故障狀態，并為企業提供相關的應急處理措施。
（4）容錯性：系統在運行過程中不會因為一些意外的操作或一些錯誤就終止系統的運行，而是以某種預定的方式做出適當地處理，使系統得以繼續運行，這就要求系統具有一定的容錯性(又稱健壯性)。在系統的設計過程中，把可能遇到的錯誤和意外考慮周到，并根據系統測試時的出錯癥狀及時地完善系統。
（5）可維護性：硬件安裝應盡量減少元件更換時間，元器件具有互換性，軟件編制應有較強的故障診斷能力。
（6）可操作性：界面友好，易學易用，具有良好的中文處理信息能力，能適應不同素質的人員，降低系統的管理維護和操作成本。
（7）實用性與經濟性：充分考慮行業特點，達到少花錢多辦事的目的；充分考慮控制器件的性價比和可換性。
（8）擴展性與開放性：選用的技術和產品具有很強的可增長性和擴展性,滿足現有的資源和系統投資的長期效應以及系統功能不斷擴展的需要，所采用的軟硬件平臺具有開放性，所采用的規范具有通用性。
（9）標準性：采用標準化、規范化的設計方案和設計標準。
（10）安全性：系統的實施及運行不影響現有軟、硬件系統的運行。系統在軟件上采取授權訪問，硬件上采用防火墻等技術，確保信息系統的安全。
（11）規范性：按照國家和國際有關要求，遵循軟件、硬件、自動化等系統的有關規范。
（12）集成性與系統性：系統設計確保高度集成和信息共享，徹底消除“孤島”系統；系統設計按照“從上至下，從整體到局部”的思想進行。
（13）熱力站現場控制獨立性：現場控制是獨立的，不會因監控計算機的癱瘓而受影響。
七、結束語
該方案實現了對換熱站運行參數的集中監視、控制，與老系統相比，可以大量的減少維護人員，部分換熱站還實現了無人值守，提高企業的經濟效益。與使用傳統
無線電臺相比，該方案具備更好的抗干擾性（尤其是在城市中）、數據傳輸安全性。
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