基于SCADA的热力站自控系统研究与设计

摘要：在热力企业自控运行应用领域，SCADA的热力站自控系统发挥着很重要的作用，热力自控运行系统可以满足热力企业在业务上的需求。本文对SCADA系统和自动化控制系统进行了阐述，结合SCADA的热力站自控系统和热力企业的自控运行的实际情况，提出了基于SCADA的热力站自控系统的研究和设计方案。

关键词：SCADA热力企业热力站自动化控制

中图分类号：TP273文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0000-00

1前言

自动化在能源领域特别是在热力企业业务运行中具有很重要的作用，自动化使热力企业在整个生产过程中在无人值守的情况下，实现了在生产过程中信息处理以及过程控制自动化。在不同的领域方向，自动化采用不同的应用系统，SCADA全称是数据采集和监视控制系统，在热力企业领域，SCADA在管网自动化监控方面发展和应用广泛。SCADA数据采集和监视控制系统在热力企业业务中可以满足用户对热网监控、热力站自控运行等方面的需要。基于SCADA的热力站自控系统作为一个参考模型，对其他专业领域的监控系统的设计也可以提供参照的作用。

2SCADA数据采集和监视控制系统分析

SCADA在体系结构上是一个分布式的网络监控系统，SCADA体系结构由两部分组成，包括中心站系统和终端站系统。终端站系统是直接在现场运行的设备，主要作用是负责现场数据的采集和整理，并对现场数据进行实时监控的系统。中心站系统可以对终端站数据进行集中管理，向用户发送设备操作指令，中心站系统是直接面向系统管理用户，为系统管理用户提供人机界面的个性化服务。把SCADA系统的终端站系统和中心站系统等部分进行组网和互联，就构成了监控网络系统。在热力管网中，SCADA系统的基本系统结构如图1所示。

在热网SCADA系统结构图中我们可以看出，热网SCADA系统结构由三个系统构成，分别是现场的终端站系统，生产调度中心的中心站系统和远程监控网络系统。在热网和供热站现场中分布着终端站，系统终端站主要负责本地现场的数据采集和本地现场的数据监控。在热网企业的生产调度中心分布着系统的中心站，中心站系统负责对各个终端站的采集数据进行统一管理，提供了一个统一生产调度和生产运行监控的信息平台。在热网SCADA系统结构我们可以看到远程监控网络系统，远程监控网络系统的功能是把终端站系统和中心站系统实现网络互联，实现数据信息的远程传输和数据信息交换功能。

在早期热网企业中，对热网运行的自动化监测是热网SCADA系统的主要目的，但是随着热力企业的发展，城市乡镇地区集中供热发展使热网规模不断扩大，热力企业的运行管理负担越来越重，对热网自动监控系统的要求也越来越高，热力企业SCADA的热力站自控系统的提出可以从根本上减少企业运行中人力资源的投入，减少企业运行成本。SCADA热力站自控系统可以在原有的基础设备的基础上对热力站自控系统进行升级，不需要更换设备。在新建的热力企业中，可以直接把SCADA的热力站自控系统投入到热力站的自控应用应用建设中。基于SCADA的热力站自控系统结构性价比高，为热力企业实现自控监测提供一个优越的解决方案。

3自控系统分析

3.1自动控制系统概念

在生产中没有人直接参与进来，整个过程都是应用控制器对机器设备等被控对象进行控制，按照预期计划自动运行并完成生产，这就是自动控制。自动控制系统是把实现自动控制所需要的各部分系统组合起来，完成对象的自动控制。自动控制系统简称自控系统。

3.2自动控制系统分类

自控系统按照控制对象和规律变化的不同可以分为开环控制系统、闭环控制系统、定值控制系统、程序控制系统、线性控制系统、非线性控制系统、连续控制系统和离散控制系统等。开环控制系统是输入输出量之间不存在反馈通道的控制系统。闭环控制系统是将被控制量反馈到其输入端，并与参考输入相比较的控制系统。定值控制系统是给定值为常值的控制系统。程序控制系统中给定值随时间变化有一定规律，且事先给定了时间函数的控制系统。线性控制系统是组成元件都具有线性特征的控制系统。非线性控制系统是至少有一个组成元件具有非线性特征的控制系统。连续控制系统是各组成环节的输入、输出信号都是随时间连续变化的。离散控制系统组成部分中至少有一个信号时随时间的离散变化。

3.3可编程控制器

自动控制系统的核心组成部分是可编程控制器，监控功能主要是通过可编程控制器的编程实现的。在可编程控制器的发展中，PLC可编程逻辑控制器是重要的阶段，特点是可靠并且方便操作，在自动控制领域得到广泛应用，具有一定的市场占有率。PLC可编程逻辑控制器是数字运行操作的装置，主要应用在工业环境下，PLC可编程逻辑控制器的内部存储器的程序都是可以编制的，执行逻辑运算、算数运算等指令，PLC可编程逻辑控制器对各种类型对象和过程的控制是通过数字和模式的输入和输出方式。控制器与现场的执行器等设备相连实现监测功能主要是以I/O信号的方式，I/O通道主要包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出四种。

4热力站自控系统研究与设计

本文热力站自控系统设计依据是热力站的工艺流程，实现热力站无人值守自动运行的目的，设置中心站系统实现现场数据监控管理，对热力站的运行情况实时监控。本系统可以作为热力站SCADA的终端，实现监控范围内的数据实时传输到生产调度中心系统。

4.1自动控制运行

对自动控制运行的应用通过控制器完成，自动控制运行依据是工艺流程，自动控制运行设计包括压力控制、供热温度控制、执行器状态控制、连锁控制盒保护。

4.1.1压力控制

以热力站的实际运行需求为依据，对水泵的变频控制通过现场控制器实现，控制过程如图2所示。该控制过程是是定值闭环控制，从图中可以看出，整个控制过程的输出和输入形成反馈的关系。

4.1.2供热温度控制

在系统中通过气候补偿器实现供热温度的自动控制，供热温度自动控制过程如图3温度程序闭环控制所示。在温度程序闭环控制图中我们可以看出结构主要由气候补偿器、室外温度传感器、电动调节器和温度变送器等部分组成。工作原理是热力站所在地区的气候温度通过室外温度传感器进行实时监测，并将监测数据返回给气候补偿器。电动调节阀的自动控制依据室外气候变化和用户室内温度需要，计算出换热器供水温度的曲线图，按照控制目标曲线图数据的要求实现二次供水温度控制，从而实现供水温度的温度程序闭环控制。

4.1.3执行器状态控制

热力站现场的执行器的开关和启用的控制可以通过自动控制系统来实现，有远程控制和本地控制两种自动控制方式，对控制方式选完之后再对执行器进行控制。执行器状态开环控制包括远程控制和本地控制两种方式，在远程控制方式下，系统管理用户对设备的远程控制基于以太网技术，通过工作站可视化的人机界面的应用软件实现远程控制。在本地控制方式下，系统管理用户对本地设备开启状态的控制是通过设备上的开关按钮进行控制。执行器状态开环控制系统中输出和输入不形成反馈。

4.1.4连锁控制和保护

热力站现场设备的连锁控制和保护可以通过自动控制实现，热力站连锁控制范围包括水泵、阀门和调节阀等参数。对补水箱的水位要做到实时监控，如果水位超出了最大限定值，补给水泵运行会自动停止，对水泵吸水管的压力做到实时监控，压力过低时，水泵自动停止循环，换热器一次水调节阀自动关闭。水泵启动前，对阀门状态进行监测，阀门开启后执行启动指令，如出现问题会报警给用户。

4.2监控信息管理系统

监控信息管理系统主要是在中心站系统中完成信息监控管理功能，满足热力企业的生产监控和调度运行业务的需要。监控信息管理系统以工业以外网作为技术支持，完成控制器和中心站的连接。监控数据存储在中心站的数据库中，中心站系统通过人机交互界面的应用软件为用户提供图形图表、数据报表查询打印、数据管理等功能。中心站系统的硬件平台主要采用计算机网络硬件设备，软件平台主要是数据库、监控软件等。

5 结语

基于SCADA的热力站自控系统是科学的，在今后的热力企业的自控运行系统发展中会得到广泛的应用。随着热力企业发展和自动化技术的应用，基于SCADA的热力站自控系统具有广阔的发展前景。

参考文献

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