集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制方案

-PAGE4-集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制方案技術(shù)方案山西科達(dá)自控工程技術(shù)有限公司2011年1月目錄TOC\o"1-3"\h\u4141.第一章設(shè)計(jì)方案綜述 395721.1熱網(wǎng)控制系統(tǒng)技術(shù)方案 4275411.1.1設(shè)計(jì)原則 4166131.1.2方案簡(jiǎn)介 4215001.1.3功能特點(diǎn) 54031.2熱網(wǎng)控制系統(tǒng)功能 793271.2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 7226301.2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述 7185711.2.3監(jiān)控調(diào)度中心軟件功能 8283991.2.4本地?fù)Q熱站控制器功能 1616601.2.5熱網(wǎng)平衡模塊功能 17

功能特點(diǎn)換熱站專用控制器功能：專用控制器：專門為換熱站量身定做的U6-200一體化PLC，無需用戶編程，簡(jiǎn)單易用，內(nèi)置的常規(guī)功能即可滿足所有換熱機(jī)組控制需求；人性化顯示：自帶7寸真彩觸摸屏，內(nèi)置單雙換熱機(jī)組流程圖畫面，顯示直觀，操作方便，易學(xué)易懂，充分體現(xiàn)人性化，方便巡檢人員進(jìn)行就地觀測(cè)，包括溫度、壓力、流量、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵的狀態(tài)等；參數(shù)檢測(cè)功能：完成模擬量采集包括:一次網(wǎng)供水溫度和壓力、一次網(wǎng)回水溫度和壓力、二次網(wǎng)供水溫度和壓力、二次網(wǎng)回水溫度和壓力、室外溫度、閥門開度、頻率反饋、一次網(wǎng)流量、二次網(wǎng)流量等,狀態(tài)量采集如：泵狀態(tài)等；脈沖量采集如：累計(jì)補(bǔ)水量、累計(jì)耗熱量等的測(cè)量；通訊功能：現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備能夠與調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，支持采用ADSL或GPRS通訊方式，即通過Internet和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，主從站間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主站可遠(yuǎn)程監(jiān)控各從站工況，無論距離遠(yuǎn)近；參數(shù)存儲(chǔ)：可就地存儲(chǔ)至少一個(gè)采暖期的運(yùn)行參數(shù)，以便供熱企業(yè)進(jìn)行能效分析；控制模式：本地監(jiān)控站可以自動(dòng)識(shí)別中控室傳來的控制模式的指令（本地控制、溫度控制、直接閥位/頻率控制），經(jīng)過判斷執(zhí)行其中一種控制指令，并運(yùn)行對(duì)應(yīng)的控制模式；控制功能：根據(jù)換熱站實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行相關(guān)控制；根據(jù)調(diào)度監(jiān)控中心的各站調(diào)控參數(shù)以及二次側(cè)供回水溫度自動(dòng)控制高溫水進(jìn)入換熱器入口調(diào)節(jié)閥的開度；根據(jù)定壓點(diǎn)壓力自動(dòng)控制補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速，若回水壓力低于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)報(bào)警；自動(dòng)檢測(cè)循環(huán)泵運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)壓力自動(dòng)控制主循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，；聯(lián)鎖保護(hù)功能：本地監(jiān)控器診斷到設(shè)備出現(xiàn)故障（如電機(jī)過流、過壓等）或現(xiàn)場(chǎng)工況發(fā)生異常變化（如二次網(wǎng)壓力過高、過低等），控制器可根據(jù)相應(yīng)故障診斷軟件及工況評(píng)估邏輯，立即停止對(duì)應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)將報(bào)警類型及信息上傳至中控室，盡可能地保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。報(bào)警功能：根據(jù)工藝要求，可將報(bào)警分為不同級(jí)別。各個(gè)溫度、壓力、水位等超限報(bào)警。至少包括：一次供水壓力、二次回水壓力、二次供水溫度高限報(bào)警，補(bǔ)水箱水位高低限報(bào)警等。水泵、電機(jī)、電動(dòng)閥、變頻器、換熱器、通訊系統(tǒng)等故障報(bào)警；停電報(bào)警：換熱站配置UPS電源，作為現(xiàn)場(chǎng)控制器和調(diào)制解調(diào)器的后備電源，當(dāng)換熱站供電出現(xiàn)故障或停電時(shí)，控制器能夠生成停電報(bào)警信號(hào)，并通知中央控制室的調(diào)度人員采取相應(yīng)的措施。熱網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控專用軟件功能：專用軟件功能：各個(gè)換熱站控制器與調(diào)度中心InscanHRC熱網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控專用軟件進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)換熱站無人值守，滿足所有換熱站功能需求；供熱參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能：調(diào)度中心直觀顯示各個(gè)換熱站在區(qū)域內(nèi)的分布圖，點(diǎn)擊可進(jìn)入換熱站運(yùn)行參數(shù)詳細(xì)圖，實(shí)時(shí)顯示熱力站一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)供回水溫度和壓力、流量、熱量、閥門開度、水泵開啟狀態(tài)、循環(huán)泵變頻、補(bǔ)水泵變頻、液位等參數(shù)；手自動(dòng)控制模式：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況提供兩種控制模式用于控制換熱站的一次網(wǎng)閥門開度，分別為：本地溫度控制、直接閥位控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況提供三種控制模式用于控制換熱站的二次網(wǎng)循環(huán)水流量，分別為：本地手動(dòng)控制、本地自動(dòng)控制、直接轉(zhuǎn)速控制。遠(yuǎn)程修正功能：中控計(jì)算機(jī)能對(duì)本地控制站進(jìn)行參數(shù)組態(tài)，包括修改溫度控制參數(shù)的給定值、控制模式及比例系數(shù)、積分系數(shù)及供熱曲線等控制參數(shù)；參數(shù)修正要設(shè)定權(quán)限。故障診斷及報(bào)警功能：根據(jù)參數(shù)信息及時(shí)診斷各系統(tǒng)的故障并指導(dǎo)維護(hù)。應(yīng)能診斷下列故障：壓力、溫度、流量傳感器故障；通訊系統(tǒng)故障；各熱力站水泵、電機(jī)、電動(dòng)閥、變頻器等設(shè)備的故障；各熱力站的超限報(bào)警；第一時(shí)間接收各遠(yuǎn)端控制站報(bào)警和故障信號(hào)，能及時(shí)發(fā)出聲光信號(hào)，并進(jìn)行記錄。多功能報(bào)表：運(yùn)行記錄、報(bào)表及圖形打印功能：可以自動(dòng)生成、打印多種多樣的報(bào)表和參數(shù)變化曲線，至少包括各種運(yùn)行記錄的日?qǐng)?bào)表，統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表及設(shè)備的故障狀態(tài)和維護(hù)清單，包括日/月/季等報(bào)表以及各個(gè)換熱站對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析，為供熱企業(yè)分析熱網(wǎng)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)分析依據(jù)。參數(shù)統(tǒng)計(jì)及能源計(jì)量功能：根據(jù)實(shí)測(cè)參數(shù)統(tǒng)計(jì)各站及全網(wǎng)的能耗和水耗，計(jì)算出其平均值和累計(jì)值。計(jì)量時(shí)間可以為時(shí)、日、月、年，計(jì)量結(jié)果將以數(shù)據(jù)文件的形式存儲(chǔ)在外存儲(chǔ)器內(nèi)，為量化管理和收費(fèi)提供依據(jù)。熱網(wǎng)平衡功能：自動(dòng)根據(jù)換熱站遠(yuǎn)近距離、換熱站負(fù)荷大小，現(xiàn)實(shí)換熱站間熱力/水力平衡；短信報(bào)警功能：可將報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)責(zé)任人的手機(jī)上，用于及時(shí)處理報(bào)警，排除險(xiǎn)情手機(jī)監(jiān)管：支持WAP手機(jī)瀏覽：通過手機(jī)，直接瀏覽關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)，真正做到遠(yuǎn)程監(jiān)控的管理方式；視頻監(jiān)控：可結(jié)合網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過變焦功能，手動(dòng)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近焦距，最終實(shí)現(xiàn)換熱站無人值守；熱網(wǎng)控制系統(tǒng)功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)圖示（adsl網(wǎng)絡(luò)連接）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述本方案將采用先進(jìn)的分布式和模塊化設(shè)計(jì)理念，利用成熟的軟硬件產(chǎn)品完成整個(gè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的搭建。本系統(tǒng)由各換熱站采集控制設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。各換熱站采集控制設(shè)備使用U6-200一體化PLC，該設(shè)備是一套相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的可編程控制設(shè)備，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；能夠滿足需要進(jìn)行流量計(jì)算、PID閉環(huán)控制和邏輯順序控制等應(yīng)用的場(chǎng)合。通訊網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)控中心與各換熱站間連接的橋梁，承載著數(shù)據(jù)傳送的功能。監(jiān)控中心采用上位機(jī)軟件InscanHRC熱網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控專用軟件，配置熱網(wǎng)管理軟件包、熱網(wǎng)平衡模塊、Web發(fā)布軟件包及GSM短消息報(bào)警模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行高效采集、長(zhǎng)期存儲(chǔ)、查詢、數(shù)據(jù)處理等功能；以數(shù)據(jù)庫為核心構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)服務(wù)層，為上層應(yīng)用系統(tǒng)提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。監(jiān)控調(diào)度中心軟件功能熱力公司下屬的各個(gè)換熱站采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過ADSL+VPN的方式傳遞到調(diào)度中心（調(diào)度中心需要有使用公網(wǎng)固定IP或域名），由運(yùn)行在調(diào)度中心的組態(tài)監(jiān)控軟件對(duì)換熱站內(nèi)的壓力、溫度和流量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，統(tǒng)一調(diào)整各站參數(shù)，統(tǒng)一調(diào)整管網(wǎng)平衡。提供熱網(wǎng)管線非矢量的地理分布圖，地理分布圖上標(biāo)有各個(gè)換熱站的實(shí)際位置，并顯示換熱站的主要運(yùn)行參數(shù)，在該畫面上通過按鈕可以切換到任一個(gè)換熱站，查看換熱站的詳細(xì)信息。換熱站管網(wǎng)運(yùn)行圖提供換熱站數(shù)據(jù)總貌畫面，總貌畫面以數(shù)據(jù)列表的形式，呈現(xiàn)了各個(gè)換熱站在一次網(wǎng)、二環(huán)網(wǎng)中的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)以及通訊狀態(tài)。熱網(wǎng)換熱站監(jiān)控總貌提供單個(gè)換熱站的運(yùn)行監(jiān)控畫面，該畫面顯示單個(gè)換熱站內(nèi)的各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。換熱站遠(yuǎn)程監(jiān)控提供單個(gè)換熱站的補(bǔ)/回水泵遠(yuǎn)程控制畫面，通過該畫面可遠(yuǎn)程監(jiān)控某個(gè)換熱站內(nèi)的補(bǔ)水泵和循環(huán)泵運(yùn)行。換熱站遠(yuǎn)程補(bǔ)水/回水控制提供數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存功能，保存的歷史數(shù)據(jù)可隨時(shí)供使用者調(diào)取、查詢。提供數(shù)據(jù)報(bào)表生成和打印功能，可生成日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)及同期比較報(bào)表，通過報(bào)表分析數(shù)據(jù)的變化情況，判斷管路的失水情況，分析設(shè)備運(yùn)行是否正常。能耗數(shù)據(jù)查詢表熱網(wǎng)關(guān)鍵參數(shù)報(bào)表提供多種數(shù)據(jù)曲線/圖形顯示功能，可選擇任意換熱站的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行查看，比較實(shí)時(shí)或歷史的曲線數(shù)據(jù)。運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線氣溫預(yù)測(cè)曲線各個(gè)換熱站供熱區(qū)域?qū)Ρ蕊瀳D提供位于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和管理分析軟件基礎(chǔ)之上的換熱站綜合運(yùn)行軟件，擁有熱網(wǎng)平衡輪詢監(jiān)視、氣象數(shù)據(jù)更新、DCS數(shù)據(jù)采集報(bào)警、平衡數(shù)據(jù)分析等功能，是一套擁有強(qiáng)大擴(kuò)展性的綜合應(yīng)用軟件。換熱站綜合運(yùn)行軟件圖示平衡運(yùn)行前后數(shù)據(jù)對(duì)比圖多級(jí)操作權(quán)限設(shè)置，不同的操作人員設(shè)置不同的功能權(quán)限，防止不同級(jí)別的操作人員越權(quán)操作。換熱站綜合管理登錄系統(tǒng)登錄異常情況報(bào)警（通信失敗、循環(huán)泵全停、超流量、低流量、超溫、低溫等），當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，自動(dòng)出現(xiàn)報(bào)警提示，并提供報(bào)警歷史查詢功能。中控室報(bào)警畫面具備異常情況報(bào)警信息短信通知功能，當(dāng)變量報(bào)警產(chǎn)生后，按預(yù)先設(shè)定好的手機(jī)號(hào)碼和報(bào)警內(nèi)容進(jìn)行發(fā)送，及時(shí)通知相關(guān)值班維護(hù)人員。短消息報(bào)警圖示提供數(shù)據(jù)的分析功能，通過記錄的熱網(wǎng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，在一個(gè)采暖期結(jié)束后與前期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，查出整個(gè)換熱管網(wǎng)的主要問題，為今后的升級(jí)改造提供有針對(duì)性的分析。熱網(wǎng)換熱站統(tǒng)計(jì)報(bào)表能耗數(shù)據(jù)明細(xì)提供雙機(jī)冗余備份功能，系統(tǒng)由兩套組態(tài)相同的監(jiān)控軟件，一套設(shè)為主站，另一套設(shè)為從站，系統(tǒng)正常工作時(shí)只有主機(jī)和換熱站通訊，從機(jī)不通訊，從機(jī)通過主站進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和同步。如果主機(jī)出現(xiàn)故障，其中一個(gè)從機(jī)接管主機(jī)工作。等主機(jī)恢復(fù)之后，可以通過自動(dòng)或手動(dòng)方式進(jìn)行干預(yù)來恢復(fù)先前狀態(tài)。本系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，在服務(wù)器端運(yùn)行WEBSERVER程序并發(fā)布監(jiān)控畫面后，用戶可通過IE瀏覽器訪問換熱站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)。同時(shí)，可按用戶需求，定制若干手機(jī)瀏覽頁面，供用戶便捷的進(jìn)行訪問。手機(jī)WAP瀏覽可結(jié)合網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過變焦功能，遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)攝像頭的觀察位置和遠(yuǎn)近焦距，最終實(shí)現(xiàn)換熱站無人值守。換熱站視頻監(jiān)控同時(shí)，使用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，可遠(yuǎn)程瀏覽控制專網(wǎng)內(nèi)的DCS運(yùn)行數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)全廠信息的集中監(jiān)控。DCS運(yùn)行數(shù)據(jù)的WEB發(fā)布本地?fù)Q熱站控制器功能本地?fù)Q熱站在U6-200一體化PLC的7寸真彩觸摸屏上提供單個(gè)換熱站的運(yùn)行監(jiān)控流程圖畫面，顯示直觀，操作方便，易學(xué)易懂，充分體現(xiàn)人性化，方便巡檢人員進(jìn)行就地觀測(cè)。雙換熱機(jī)組本地監(jiān)控?fù)Q熱站本地補(bǔ)水/回水控制熱網(wǎng)平衡模塊功能在運(yùn)行與控制方面最重要的問題在于熱網(wǎng)平衡。一個(gè)集中供熱系統(tǒng)，特別是一個(gè)大的集中供熱系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行和均衡供熱的基本條件是保證管網(wǎng)的水力工況平衡。過去，熱網(wǎng)平衡問題一直是難以解決的問題，一些系統(tǒng)中存在的工作壓力不能滿足正常工作需要，熱力站不能獲得需要的壓差，用戶普遍不熱，或者前端用戶壓差高，流量超過設(shè)計(jì)值，而末端壓差不足流量低于設(shè)計(jì)值因而造成近端用戶過熱，遠(yuǎn)端用戶不熱的原因，就是因?yàn)橄到y(tǒng)存在水力工況不平衡的問題。造成系統(tǒng)水力工況不平衡原因是多方面的主要有：受熱源廠設(shè)備的限制，供給的壓力不足，或者因?yàn)橄到y(tǒng)的循環(huán)水量超過原設(shè)計(jì)值，使循環(huán)水泵的供給壓力下降；管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理，或者管網(wǎng)堵塞造成系統(tǒng)的壓力損失過大，超出了熱源廠設(shè)備所能提供的壓力；系統(tǒng)(管網(wǎng)和熱力站)缺少合理分配水量的手段，為解決末端用戶不熱的問題而加大循環(huán)水量，因而降低了一次供水溫度。解決此類問題雖然需要由設(shè)備選型與管線鋪設(shè)來保障，但是在控制上仍需要由控制手段來保障，特別是在整個(gè)熱網(wǎng)負(fù)荷變化的情況下協(xié)調(diào)各換熱站的能量分配。對(duì)于熱網(wǎng)平衡來說，目的是使總能量在各站之間均勻分配，使各站的溫度盡量均勻，但同時(shí)也要考慮到各站的暖氣和地暖因素影響，這會(huì)造成有些地區(qū)的溫度偏高或偏低。整個(gè)平衡是按照周期性進(jìn)行控制（考慮二網(wǎng)滯后因素影響），綜合考慮各站的供回水溫度和流量，經(jīng)過平衡算法得到各站平衡參數(shù)，將參數(shù)下發(fā)給各換熱站由各站控制器來合理地調(diào)整一網(wǎng)流量，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各站溫度趨于平衡。算法中的主要模塊配置參數(shù)和參數(shù)使用說明如下：優(yōu)先級(jí)該參數(shù)表明換熱站在整個(gè)平衡系統(tǒng)中的優(yōu)先級(jí)，級(jí)別越高表明該站能優(yōu)先從熱網(wǎng)中得到更多的資源，往往