热力监控系统的研究与应用

【摘要】随着经济社会的长足进步，通信技术在科研、生活的各个领域都取得了显著的成就。对于关系群众生活质量的供暖工程而言，要实现远程监控就必须依赖通信技术、机械技术和网络技术的共同发展。本文介绍了热力监控系统的概念及组成，阐述了其核心技术和发展趋势。

【关键词】热力监控系统，热力站硬件设计，GPRS

中图分类号：TU271文献标识码： A

一、前言

随着经济社会的发展和建筑行业的进步，集中供热的应用日趋广泛，技术不断成熟，自动化程度也有了明显的进步和提升。热力监控系统能够起到无人值守的作用，能够实现远程监控，这需要机械技术、电子技术的同步提升，彼此促进。

二、热网监控系统概述

一个完整的热网监控系统在物理层面上它主要由四部分组成： 监控中心、通讯网络、现场监控设备、一次仪表； 在软件层面上主要包括三部分： 现场控制软件、通讯软件、中央监控调度软件。热网监控系统采用分布式计算机系统结构。目前在国内， 对于供热系统的计算机监控方式， 有两种不同的思路： 一种是采用中央集中式监控方法； 另一种是采用中央与就地分工协作的监控方法。前一种方法是中央独揽大权， 热力站机组只有测试仪表和执行机构，它的功能只是参数和指令的上传下达， 热力站现场控制器不做自动调控的决策功能。这种方法对中央监控软件的功能要求比较高， 当热电厂不是“以热定电”即当热电厂供热量不足时， 能进行流量的均匀调节， 但其灵活性差，局部故障容易影响全局的正常运行。例如， 当中央调度室发生通讯故障的时候， 整个热网的调节就全部失灵了。第二种方法， 即中央与就地分工协作监控方法， 其供热量的自动调节决策功能完全“下放”给就地的热力站机组， 中央控制室只负责全网参数的监视以及总供热量、总循环流量的自动调控。这种方法比较灵活，故障率少， 容易适应热网不同建设期的需要

三、热力监控系统组成

热力监控系统具有采集、分析和控制的功能，在热力企业中具有重要作用，热力企业监控系统的结构分为四层，即现场数据采集系统、数据通讯网络系统、工作站以及数据系统，下面就这个四个结构进行详细的分析，使其在热力企业中能够得到更好的应用。

1.现场数据采集系统。进行现场数据的采集，可以通过2号热源数据，把现场的一次元件到DCS柜，同时还要通过局域网把一次元件送到工作站。通过现场的一次元件把换热站的数据送到PLC，利用RS232与GPRS进行终端连接，并利用RS232和GPRS通过测温元件进行通讯终端连接，这样现场就能实现实时显示和控制功能。

2.数据通讯网络系统。通过锅炉DCS计算机利用以太网和OPC数据接口将生产数据调度中心服务器，2号热源通过锅炉DCS计算机，利用DDN和OPC数据接口生产数据传到调度中心服务器，换热站生产数据利用GPRS无线通讯网络，同时通过DDN专线把数据传到平台的控制计算机，同时利用以太网和OPC为数据接口，把生产数据传到调度中心服务器，用户室温数据是利用通过GPRS无线通讯网络，利用DDN专线传到PB软件做平台的控制计算机，同样以太网和OPC为数据接口，将生产数据传到中心服务器。

3.工作站。工作站包括锅炉计算机、换热站计算机、用户室温计算机，工作站主要的是将采集来的数据进行处理和分析，之后把采集来的数据形成各种报表和曲线，为生产管理人员和各级领导的使用提供便利，工作站具有闭环自动控制功能和自动调节各种执行机构的功能，能够保证锅炉和换热站的参数保持在合理的范围之内，并对用户室内的温度进行实时的监控，能够及时的发现问题，保证工作的正常进行。

四、热力站硬件设计

1.热力站总体结构设计

热力站由循环泵、补水泵、流量计热量计、变频器、现场测量仪表、换热器、控制器ACX32.000、网络等组成。

2.热力站控制及采样

热力站的核心单元是控制系统，主要是ACX32.000可编程控制器、模拟量模块，数字量模块、以太网通信器（以太网卡）、压力温度传感器（或变送器）和执行元件等组成。其中控制器ACX32.000与数字量模拟量模块、以太网卡通过电路板连接，以太网卡与远程计算机通过网络完成以太网网络连接。

其基本工作原理是：将热力站的现场参数，例如压力、温度、频率等作为模拟信号输入控制器；电机的启停信号作为数字信号输入控制器。在控制器内部，通过编程设置，各种参数被内置软件比较，运算处理，显示热力站各种设备的工作参数，判断机组的工作状态，并通过工业以太网不断的发送、接受到上位机上。主监控室的工程师实时监控热力站的运行情况，实时做出准确的调整。

3.热力站控制策略

所有控制回路均为PID控制回路，通过控制面板输入设定值，PID值可有工程师根据实际情况实时修改。

二次供水温度控制（调节阀开度控制）

控制调节阀开度的目的是将二次温度恒定在二次供水温度设定值，确保用户对室内温度的要求。温度控制是热力站的主要控制功能，有手动与自动控制两种方式。

手动方式：二次供水温度设定值由工程师通过控制面板手动设定。

自动方式：二次供水温度设定值通过室外温度曲线确定。

过程值：二次供水温度；

设定值：二次供水温度设定值；

输出：调节阀开度。

二次压差控制（循环泵控制）

二次压差控制是通过控制循环泵装束来实现最不利端用户提供足够的压力的目的。该项目有两台循环泵，当一台循环泵提供的供水压力达不到供热要求时，备用泵将会自动启动。

过程值：二次供回水压差；

设定值：二次供回水压差设定值；

输出：循环泵启停、转速。

当二次供水压力超过高限时，水泵将由压差控制模式切换为压力控制模式，以防止压力过高，产生危险。

过程值：二次供水压力；

设定值：二次供水设定值；

输出：循环泵启停、转速。

二次回水压力控制（补水泵控制）

该功能主要是为循环泵的运行提供的初始压力，功能是控制补水泵运行保证二次回水压力在设定值附近。

过程值：二次回水压力；

设定值：二次回水设定值；

输出：补水泵启停、转速。

五、基于GPRS的换热站远程监控

随着城市化进程的加快，人民生活水平的提高为集中供热提出了更高的要求。面对供热面积迅速扩大，换热站数量的增加，各换热站靠生产调度人为调整运行的局面已显现出诸多不足，热力系统如何满足用户舒适度的要求，如何在局部热负荷变化时迅速调整，如何降低运行成本等问题急需解决。为了解决上述问题，满足人们对舒适度的更高要求，实现按需供热，大多数换热站通过采取自控的设备及技术来达到使用的要求。采用自控系统由于基本不需人工干预，其操作简单、控制准确、管理方便，能达到节能降耗的目的。

换热站的监控要求：（1）运行参数的监测：在换热站热交换生产过程中，存在大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数。需要通过 PLC 对这些参数进行实时采集和处理，并且为远程传送做好准备。（2）设备运行状态的监测：一般情况下，要求在远程可监测到循环水泵、补水泵的电动机运行或者备用的状态、变频器输出的频率或者电流、调节阀的阀位、电磁阀的动作情况等（3）换热站电源以及防火、防盗的监视：无人值守换热站还会对防火、防盗提出要求。在换热站内安装有火灾报警器和防盗报警器，报警器的报警信号应当传输到控制中心。对于重要仪表及电气设备的电源应当提供掉电监视。

六、结束语

对于热力监控系统而言，技术的关键在于通信技术的提升和完善，更需要控制技术、网络技术的彼此融合，进而实现网络控制水平的不断提升，因而热力监控监控发展的方向和亟待解决的技术难点就在于实现网络控制与通信技术的无缝对接，这就需要电子信息技术的不断进步和技术人员的努力。

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