“智能热网”系统（精选八篇）

“智能热网”系统（精选八篇）

“智能热网”系统 篇1

城市供热是一项重要的公益性事业,事关全局,事关民生,事关社会和谐稳定。做好城市供热工作,解决好人民群众温饱问题,是关系到社会稳定和经济持续发展的一件大事。然而在当今能源高度紧张、价格极高的情况下,供热部门运行费用剧增,热力公司和供热单位除了加强运行管理,节约能源,节省运行费外,还应该为供热系统安装必要的监控手段。

1 目的

热网监控系统就是用计算机或者是其他的智能控制设备来完成的对热力系统的自动的检测与控制的一体系统。主导思想就是“热网数字化管理”。将所有换热站现场采集的数据结合现代通信技术上传至数据库,通过数据及时调整和做出回应,以达到“节能降耗”的目的。

2 智能热网监控系统的总体架构

本文根据项目需求情况将整个系统分成三大部分,如图1 所示。

一部分是现场数据采集装置,实时将现场的流量、压力、温度等数据采集到智能远程测控终端内,根据实时数据实现采集点现场的自动报警,防止事故的发生;并且由智能远程测控终端将数据采用主动或被动的方式发送到监控中心。

第二部分是监控中心,它实现对数据的接收、存储、显示、数据请求以及曲线显示、报表打印输出等信息管理工作和进行特殊情况的监控中心预警以及通过客户端软件方便地访问实时和历史数据。

最后一部分是短信息预警系统,该短信息预警硬件仍以现场智能远程测控终端为基础,通过编程,可实现在系统检测到不良状态时,自动以手机短信息的方式将报警信息发送到管理人员的移动电话上,使管理人员及时了解到现场的不良状况,从而为安全生产作业提供信息保证。

3 无线智能测控终端

1) 智能终端功能

现场流量、温度、压力等数据的实时采集和发送都通过无线智能测控终端来完成,将现场传感器连接无线智能测控终端的模拟量采集接口,实现数据的采集。

2) 智能终端上传数据方式

数据采集后,经过数据打包,再利用CDMA1X/3G无线通讯模块将数据发送到远端的监控中心服务器上,监控中心服务器须采用独立IP地址上网,以便测控终端准确的将数据传输到指定的固定IP上,且服务器上装有热网监控服务器端软件及数据库,对接收的数据进行存储、分析、显示。

3.1 无线智能测控终端基本原理

将数字传感器(也可采用模拟输出传感器)与无线智能测控终端连为一体,构成现场监控单元。无线测控终端内置:CPU模块、数据存储模块、控制模块、GPRS/CDMA数据通信模块。可现场接入多路模拟量、开关量、继电器信号等数据,然后直接通过CDMA无线模块将现场数据与远程控制中心连接,将采集数据实时发送到远程数据库服务器,并存储到数据库中。 通过该系统,即使在远离观测现场的异地,也能方便地对各种环境要素如流量、压力等数据的采集读取,真正实现了远程监测和数据共享的功能。

3.2 CDMA传输模块

CDMA是通用分组无线业务,是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。CDMA采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构,这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此,现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的CDMA覆盖。CDMA允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。

CDMA在信道上提供TCP/IP连接,可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。CDMA是一种新的移动数据通信业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。CDMA采用分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,资源被有效的利用,数据传输速率高达160kbit/s。使用CDMA技术实现数据分组发送和接收,用户永远在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。如图2所示。

4 远程监控中心软件结构

监控中心需配置信息管理软件,其主要作用在于接收、存储、显示现场终端发来的数据,并实现一些数据分析功能,同时,能够根据接受的数据,自动分析完成自动预警的功能。

软件采用B/S结构,其特点在于采用Web Enable技术利用Internet广域网将信息共享网络拓展到最大范围,使领导或工作人员,在家里使用电子计算机或在外地使用笔记本电子计算机无线上网时也能方便的查询到现场工作信息。

远程测控系统软件是数据采集中心的核心,主要用于接收各检测站点发来的数据并进行整理、保存,可随时对历史数据进行查询、统计并生成报表。同时提供对站点的配置功能(如添加、删除、修改等)。通过它,可以及时地了解各检测点的状况及变化趋势,为相关部门提供可靠的数据。

远程测控系统软件系统按照功能可分为二部分:监控中心(MCC)、本地站(LCM)。监控中心(MCC)相对于热网管理站,本地站(LCM)相对于热交换站。监控中心(MCC)与本地站(LCM)之间采用GPRS/CDMA无线组网方式进行数据传输。

4.1 远程监控中心软件特色

通用性强:能适用于GMS,CDMA1X/3G,无线专网等不同通讯方式的数据远程测控系统。

功能齐全:集用户管理、站点配置、数据采集、存储、查询、统计、打印等功能于一体。

界面友好:采用电子地图配合动态站点图标、加之动画渲染,使得界面生动、形象。数据查询或统计同时提供了数据表格和风格多样的曲线:清晰、直观。

配置灵活:系统支持多地区、多单位、多站点,用户可以根据需要自行添加、删除或更换电子地图,自行添加/删除/修改地区、单位、站点。

网络共享:系统基于B/S结构开发,采用SQL Server数据库系统,每个部门均可以通过客户端程序对数据进行查询、统计、打印等。

安全性强:采用“操作员”、“管理员”、“维护员”三级权限,并分别配以密码,不同的权限对系统有不同的操作范围。

易学易用:软件设计以人为本,充分为用户考虑。人性化的界面便于理解,分门别类的菜单、方便快捷的工具条和无处不在的提示,使得新用户也能很快掌握软件的使用。

4.2 监控中心(MCC)的主要功能

全网监视:在线监视全网运行工况和具体参数,数据与现场保持同步,并用数字、趋势图、表格、棒图等方式显示数据。

报警:对各类故障、事故、参数超限提供报警。

数据存储:对实时数据、报警信息进行存储,数据每隔5min存入历史数据库,可随时调用、检索、查询、打印以供分析参考。

报表打印:可打印班、日、月、年生产报表、运行趋势图。

系统的特点:实现远程抄表,提高员工工作效率,降低劳动强度。

现场采集终端获取:将现场采集到的数据,通过CDMA1X/3G通信方式及时将数据发送到中控室监控主机,实现了远程抄表,无需人工现场抄表,极大地提高了员工工作效率,降低了劳动强度。

输差实时监测与管理:经过对数据进行分析与处理,可以及时了解公司的输差情况,及时发现输差异常,减少公司经济损失。

用户用气量异常分析功能:通过对用户用气量的历史数据进行分析与对比,可以及时发现用户用气量发生异常,第一时间发现盗气、漏气、仪表损坏等情况,减少经济损失。

4.3 本地站(LCM)的主要功能

LCM是指热交换站。LCM是自主的、功能完善的智能单元,是由CDMA1X/3G智能远程测控终端和现场显示设备、数据采集传感器及仪表组成,这些单元安装在不同类型的热力站内。

LCM的功能如下:

现场数据采集、数据处理、数据显示、流量累计计算。可对温度、压力、流量、热负荷变化等参数实现就地监视控制。

独立完成本地调节,闭环监控。例如可以就地利用采集的室外温度控制供水温度或任意设置供水温度。

独立完成开环控制,联锁控制。可以随意设置电动调节阀的开度来控制热输送温度。

配备必要的软硬件及人机接口,可现场设定、修改参数,可以最大限度地提高换热站的自控水平。

设置各种报警参数、报警处理及报警确认。

数据通过CDMA1X/3G方式上传监控中心计算机并接受监控中心计算机指令,完成控制任务。

通过CDMA1X/3G短信息的方式向管理人员主动汇报现场实时流量,达到不良情况及时预警的目的。

4.4 时实数据显示模块

在线监视全网运行工况和具体参数,数据与现场保持同步,并用数字、趋势图、表格、棒图等方式显示数据。现场采集到的数据主要包括:温度、压力、流量等模拟量,及阀门等数字量。

4.5 历史数据曲线生成模块

对全网运行工况和具体参数的历史数据进行回话,可用数字、曲线图、表格、棒图等方式显示。如图3所示。

4.6 远程控制与参数设置模块

监控中心根据用户热需求协调供热量,使供热与热需求相适应。热力站一级网电动调节阀(要求双阀并联配置)根据热负荷的要求进行细调,实现优化控制、经济运行。系统控制策略总体要求是:既要达到全网热量平衡又要满足经济运行的最佳效果。如图4所示。

4.7 报警及发送模块

报警浏览在所有时间提供系统发生的报警信息,并连续更新。有多种选项归类和显示,报警可以被重置或确认。

把浏览的图形和报警相连,使得在进行其他程序时,可以快速进入发生报警的画面。

报警可以按照3个优先级分组,便于操作者对不正常的热力站的多项报警参数(例如压力损失、供热不足,系统的起停)有总的了解。具有最高优先级的报警会在自动弹出的报警窗口中显示,以防操作者忽略。

报警可以直接传送到外围设备,如打印机、手机、传真机和短消息。这一功能使热网维护人员直接得到通知,以减少停机时间提高整个热网的可靠性。

4.8 电子地图显示模块

电子地图浏览器实现工程资源集中管理,基于图形化操作,数据点参数可以通过彩色图形动态显示。每个换热站至少有两个图形,MCC有数个系统总体图形,逻辑结构允许在图形间自由航行,同时有图形显示热源的主要工艺参数(如热源出口的热量、温度、压力和机泵运行状态室外温度等),这些数据参数通过ODBC或DCOM标准界面进行交换。图形用来显示整个热网的运行状况,有助于操作者对热网温度分布和压力分布(可绘制水压图)和用户热负荷做出判断。

4.9 多功能打印模块

提供按换热站对数据进行归纳分类,提供相关统计报表的管理、展示功能。

具体功能如下:

支持报表生成功能:能按报表需求格式,读取报表统计数据,通过鼠标拖拉生成定制报表,并实现报表发布。在报表生成中支持对统计要素的灵活组合,支持实时/定时分析功能。

生成按生产要求的日报表、月报表和年报表。

报表提取及保存功能:提供统计结果的保存和按要求提取数据的功能,提取的数据可以以多种方式保存,如文本文件或规定格式的EXCEL文件等,并可以通过多种方式展现,如表格或各类图形等。

支持提供统计指标、统计规则的维护管理工具。维护管理工具支持新统计指标的定义和生成,支持对已有统计指标的修改。

支持分配给不同级别的使用人员不同的报表查看权限。

支持报表的调整过程日志记录。

支持对统计的结果进行保存、打印、查询。

支持按照多种格式保存报表。保存格式包含:XML,PDF,RTF,EXCEL,图形文件等。

支持报表统计计算功能。

支持报表自动定时统计、手动即时统计的功能。

支持灵活的报表定制功能。

4.10 数据备份和查询

对各种配置数据、统计数据采取备份、保护措施。并可对历史数据进行查询。

4.11 多用户登陆和权限管理

权限是指功能的操作权限,即是否可以进行某项功能操作。

支持增、删、改、查功能点权限,在删除功能点权限时,需要确保此权限没有分配给相应的员工,并且系统需有操作提示。

支持将一个或多个操作权限直接授予员工。

支持采用单个和批量的方式将操作权限直接授予员工。

权限设置必须由被授权的系统管理员完成,管理员不能设置大于自身权限的权限;权限管理采用分级的管理方式,上一级可以设置下一级的管理权限。

4.12 系统日志管理

所有用户的操作过程都会被纪录下来.通过列表可以选取某一角色的操作记录。

系统提供了完善的日志管理功能,管理员可以设置日志的自动保存周期、保存方式(转存、替换更新)等。

5 智能热网监控系统的先进性

1) 高效性:

热网监控系统解决了热网运行失调现象,实现了热网平衡运行,大大提高了供热效果。

2) 节能性:

起到了节能降耗的作用,热力站根据室外温度的变化,自动调节供水温度,从而最大程度的节约了能耗,并且提高供热的服务品质。

3) 时实性:

热网监控中心的数据几乎与现场数据保持同步,这是以往热网运行中投入多大的人力及物力都不可能实现的。

4) 可靠性:

避免了偷汽、漏汽现象,由于24h在线运行,杜绝了用户偷汽的想法,现场计量出现故障可以在最短的时间内发现,并将故障时间记录备案。避免计量方面的损失。

5) 前瞻性:

通过仿真系统对热网进行水力、热力计算,热网的控制运行分析,使热网达到最优化运行。

摘要：针对供暖企业在集中供热、供热调度等环节设计了一套自动控制系统,并开发了一套热网监控系统软件作为整个热网监控的平台。通过采用智能采集仪对换热站实行本地智能控制,利用计算机技术和无线通信技术,对各换热站的运行参数进行实时远程监测,以达到室外温度与热网运行状况的平衡。

关键词：集中供热,供热调度,热网监控,平衡

参考文献

[1]于永,戴佳,常江.51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2007.

[2]周德泽,袁南儿.计算机智能监测控制系统的设计及应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

[3]赵霞.城市热网计算机监控系统[J].煤气与热力,2007,27(4):83-84..

“智能热网”系统 篇2

2006-9-26 分享到：QQ空间新浪微博开心网人人网

摘要：本文系统介绍了包头市热力总公司热网地理信息系统的系统功能、系统配置、数据建设、效用分析等内容。

关键词：地理信息系统；供热企业；设施管理引言

随着我国经济的迅速发展，城市建筑、道路等基础设施成倍增长，城市的开发和规划都在不断变化，这就使得城市地形图不断更新。城市集中供热得到了迅速发展，热力企业的管网不断地进行扩容和改造，这就对热力管网的规划、建设和管理提出了更高的要求。同时，热力企业的市场化，也使得供热企业不断地加强企业管理，提高企业竞争力。而企业的生产运行管理、设施管理是企业管理的重要内容。

热力设施一般都具有时间跨度长、数量大、变化多、覆盖面广、与地理位置密切关联等特性，所以热力设施的管理非常复杂。传统的管理模式下，信息数据要么作为纸张或光盘存放在档案柜里、要么在极少数人的脑袋里，而且很多数据不完整、不准确。这就使得图档的查询、管理相对困难。再加上企业人员流动等原因，更使得数据容易丢失、遗漏、破损。由于管线资料的匮乏或不精确，从而造成地下管线施工时发生管线的意外事故；在运行事故发生时，更是无法提供准确的管线资料，进而造成调度、指挥和决策迟缓；以致在地下管线设施管理中，直接和间接的经济损失严重。因此，如何有效地搜集、整理和利用现存的资料已经成为迫切需要解决的问题。GIS(地理信息系统)就是在这种情况下引入热力设施管理应用中的。

包头市热力总公司现集中供热管网横贯昆都仑区、青山区、稀土开发区，东西长16公里，服务半径8公里，公司先后建成了阿东热源厂、青山热源厂以及包头第一热电厂通往昆都仑区的第二条主干线，形成了三热源联网运行的集中供热系统。供热规模达到1200万平方米，截止2003年底，实际供热面积950万平方米。在多年的生产运行与设施管理当中，包头市热力总公司逐步形成了自己的技术优势和管理特点，具有较强的技术力量。近几年来，随着公司办公自动化水平的不断提高，公司建立了局域网(LAN)，实现了信息共享和计算机办公；2000年公司建设了经营收费计算机系统，完成了多点远程收费等功能，实现了营业收费的计算机管理。公司注重在生产运行中采用先进设备和技术，公司所属阿东热源厂、青山热源厂锅炉运行全部采用计算机监控，特别阿东热源厂二期工程流化床锅炉运行采用美国Honeywell集散控制系统，控制水平达到了一定的高度。2004年开始，筹划两年的热网改造项目正式开工，热力站采用芬兰LPM全自动换热机组，控制系统选用ABB控制系统。公司的科技应用水平得到了新的提高。

包头市热力总公司的供热规模在迅速发展、供热面积不断扩大的同时，也受到市场的冲击，如何在激烈的竞争环境中加强公司生产运行管理，降低运行成本，提高供热服务质量和用热收费率，加强热源及供热设施管理，提高设施利用率，节约投资，增强企业竞争力，谋求企业的生存和发展，这就给公司的经营开发工作、生产运行方式和设施管理方法提出了新的课题，而地理信息系统则为这一问题提供了最佳解决方案。系统的平台及软件选型

GIS在我国的各应用领域发展是从九十年代开始的，而在热力企业的应用要更晚一些。国内现在常用的地理信息平台主要有MapInfo、SICAD、MapGis、ArcInfo等产品。以MapInfo平台为基础开发的地理信息软件属于桌面型产品，应用范围集中在消防、公交、武警等最优化路径方面，主要以文件型管理为主；以ArcInfo平台为基础开发的地理信息软件，主要应用在城市土地管理、地籍管理、林业、农业等面状物管理方面；以SICAD平台为基础开发的地理信息软件，主要用于公用设施的信息化管理方面，特别适用于城市各类地下管线的信息管理。以SICAD平台为基础开发的地理信息系统适合公用设施企业实现对管网、设施和用户的信息管理。因此，结合包头市热力总公司地理信息系统的现状需求和长远规划，我们决定基于SICAD平台构建热网GIS系统。

2004年2月，总公司成立的专门的项目机构，对多家供热管理水平和信息化建设水平较高的供热公司进行了咨询和考察，并对北京、包头等多家软件开发公司进行了考察。经过多方考察和研究，确定由专业从事城市基础设施行业综合网络管理信息系统研制开发的北京博达新创科技发展有限责任公司作为技术协作单位进行包头市热力总公司热网地理信息系统的开发研究工作。北京博达新创科技发展有限责任公司是位于北京上地信息产业基地的高新技术企业，该公司由熟悉市政公用设施企业的企业家和精通计算机软件开发、地理信息技术的高级技术人员组成，拥有一支经验丰富的博士、硕士生开发队伍。在2001年～2002年该公司承担并圆满完成了中国城镇供热协会“十五科技发展课题”《供热企业信息化》的研究项目，为多家企业开发了计算机综合信息管理系统，具有较丰富的开发经验。而且北京博达新创科技发展公司开发的“供热企业地理信息系统”有如下特点：数据库表结构规范、合理；了解热力行业需求，成功案例多；数据接口好，易与收费系统、监控系统共享数据；能提供全面的数据获取方案。系统功能

众所周知，热力企业的主要工作是对热力设施的建设、管理、维护、应用等，而热力设施的空间、时间跨度长的特性，使得其管理非常困难。热力设施的管理是一个动态的过程，它需要企业与企业间的往来、企业内部人员的协同工作，各专业设计人员之间的信息共享。包头市热力总公司地理信息系统的建设目标是使热力企业通过使用地理信息系统技术，把热力设施的勘测、规划、设计、施工、运作、管理、维护、更新的管理工作变成一个可动态管理、可持续的过程。基于以上设计目的，包头市热力总公司热网地理信息系统主要功能模块组成如下： 3.1 企业设施数据管理

热力地理信息系统将管理过程中的有关资料全部录入系统。由于热力管网的管理与地理位置有关，所以系统中将城市地形图(包含道路、建筑物等)作为背景图，将热力公司的热源、站一级管网、二级管网、及其管网上的阀门等设备叠加显示。同时，对热源、管网、换热站、设备的信息内容以属性信息来显示。设备说明书等图片、技术资料内容作为一个附属文件，加入到系统中。对热源厂、热源站、井室内部设备的详细信息以详图的形式进行处理。3.2 热力设施录入功能

在此系统中，可以录入企业的管网、设备等设施图形数据和属性数据。在管网、设备符号的制作过程中，参照了建设部行业标准CJJ/788－97。系统提供多种作图工具，并且在开发过程中对供热管网以及设备根据其用途、直径等进行了分类，作图人员只需选择需要的类型即可，而不必关心线型、颜色等底层特性，对于有相同间距的平行管线，系统提供了一次画多重管线的方法。系统具有距离标注、角度标注等多种标注方式，另外，系统提供了捕捉和构造点(垂足、弧交点等)两种辅助作图工具，规划设计工作完成之后，其结果会自动保存到系统中，以便设施的施工和信息的查询，此外，系统可以根据用户的需要，定制不同的图形输出模板。

3.3 热力设施规划功能

常规的供热规划是根据热用户普查情况，按区域面积容积率和热化率计算得到热负荷量，以决定供热设施的建设规模。常规的供热规划在详细的用户规模计算时往往缺乏准确数据，存在一定的盲目性。在热网地理信息系统中，将热用户数据和图形输入系统数据库，利用系统提供的处理工具可快捷、准确方便地计算出热用户规模，同时了解已供热和未供热用户的动态变化情况，完成供热设施的规划设计管理工作。规划设计完成后，保存在系统数据库中，用于指导供热设施的管理。

3.4 热力设施故障与检修管理

系统不仅能存贮管网、设备的基本信息和技术参数信息，还能记录其检修及故障的历史记录，操作人员可以根据需要随时查看和添加故障记录、检修记录，并按规定制定年度检修计划、生成年度故障统计报表。3.5 固定资产管理功能

供热生产过程中涉及的供热设施、设备种类多、数量大，固定资产的管理难度较大，需要大量的人力物力完成登记、管理、调拨、闲置、报废等处理工作。通过在热网地理信息系统建立固定资产数据库，完成固定资产的登记、管理、调拨、闲置、报废等处理工作，有关人员可以查询固定资产的使用情况，对固定资产实现必要的统计、汇总工作。对使用中的设备，可以在网上显示分布情况，并可以查询到设备的技术档案、按照规定的折旧率进行折旧。3.6 用户管理功能

根据供热企业管理到户的特征，系统对建筑物的立面、标准平面图、采暖系统图、楼内用户信息进行详尽描述。用户报修时，可以查看用户测温记录、是否欠费等状况，这对于故障的辅助判断、用户报修的检修监督都起到一定的作用。系统开发了与包头市热力总公司收费系统的接口，系统可以直接访问收费系统的用户资料，避免了用户资料表的重新建立和资料的重复录入。3.7 运行事故处理

系统能对整个管网进行连通性分析，并可以根据需要，开关阀门。在现行的管理模式下，发生运行事故时，由于无法提供准确详细的管线资料，而造成调度、指挥、决策迟缓。地理信息系统的爆管分析功能就能解决这个问题，发生爆管时，操作人员只需要用鼠标点击爆管处，系统将自动搜寻有关阀门、入户井、建筑物、管网，并进行分析，最后将给出关闸方案、并将影响的建筑物、管网以醒目颜色表示、这时可以将现场图纸、影响的用户信息打印输出。管理人员根据计算机给出的解决方案，就能在图上快速地定位到发生爆管的位置，可以查看爆管处的管线、设备资料，关闭相关阀门。另外，根据影响的用户信息，就可以通知相关单位或个人。3.8 查询与统计功能

此项功能是基于已经录入的管网、站、设备等数据而进行的查询与统计。可以根据已知的查询条件快速查询到符合条件的管网、设备等；也可以输入统计条件形成统计报表。查询与统计包括总体统计、管网查询与统计、热力站查询与统计、井室查询与统计、设备查询与统计、设备故障与检修统计等几类。总体统计主要是统计热力公司的热源(站)数量和负载、井室的数量、不同设备类别设备的数量，不同管径管线的总长度。管网查询与统计主要包括根据输入条件查询、统计管线以及干线负载统计。站查询与统计主要包括根据输入条件查询站以及热源(站)负载统计。设备、井室查询是根据已知条件查找到符合条件的设备、井室。设备故障与检修统计主要是统计某种类型设备在某段时间的故障和检修情况。3.9 热源厂管理

对于热源厂的管理，在外网上热源厂、锅炉在图形上均显示为一个符号，坐标即为热源厂中心位置的实际大地坐标；在厂区平面布置图上绘制厂区建筑物、道路网、供热管线、市政管线等城市综合管线、井室、设备等信息，可以使不同专业的操作人员对自己感兴趣的内容进行浏览、查询，同时厂区的各种资料，包括厂区图纸、数码图片、综合管线等可以作为附属文档链接到相应的图形，这样在操作人员查看时将更加现实性。结合热源厂实际管理的需要，分系统建立了各系统的详细图形，具体包括：锅炉本体的解剖图、热力系统图、水处理系统图、电气系统图、输煤系统、浊水系统、灰厂系统。在各系统图中，可以方便的查询各设备的信息、图纸资料。另外，在锅炉解剖图中，我们定义了水冷壁图形和属性信息，使得能够方便地对前墙、后墙水冷壁等进行管理。3.10 系统接口

结合包头市热力总公司信息化建设规划，我们不仅开发了与经营收费系统的接口，而且还预留了与生产运行调度指挥系统和供热运行工况分析软件的接口。数据的搜集、整理

数据是建立地理信息系统的基础，对系统建设的成败起着决定性作用，准确反映客观世界的原始数据是最宝贵最富于生命力的资源，基础数据准确性和完备性越好，建立在其信息管理系统上的功能就越强大，实用价值就越高。而且数据建设无论就时间还是投资金额上来说都在系统建设中占很大的比重。有资料表明，建立GIS信息系统阶段，数据的整理和录入工作量占70%的比例。而且由于系统建设的紧迫性，我们在系统设计完成之后，采用了一边开发程序、一边搜集数据的方法。系统建设过程中，主要搜集图纸、整理数据工作如下：

1．根据包头市热力总公司供热规划范围(考虑扩展情况)，我们建立了大地坐标值范围。对124张1：1000地形图进行了扫描、拼接，对城市主干路、铁路进行了矢量化。

2．管网竣工资料。主要包括设计说明、图纸目录、图例、设备材料表、管网平面图、管线断面图、井室详图及其它设备详图等。在管网资料的搜集的具体实施上，我们先搜集一级管网、再搜集二级管网资料；而且分批分区域实施。为了保证主干线的坐标准确性，我们请测量公司对主干线标识点的X、Y坐标、管中心标高进行了测量。

3．搜集两个热源厂的厂区平面布置图、各锅炉解剖图、水处理系统图、电气系统图等各系统图纸。

4．搜集小区建筑平面图和单体建筑竣工图(包括建筑平面图、立面图、采暖系统图、采暖平面图等)。

5．搜集换热站的竣工图资料(包括设计说明、图例、设备材料表、热力系统图等)、安装资料、土建资料等。

6．建立设备档案或设备明细表，搜集设备安装及使用说明书，根据设备实际情况分类，并根据设备类别建立相应的编号规则。7．现场施工照片、设备数码照片、宣传资料等。系统组成与系统配置 5.1 系统总体结构设计 在系统的总体结构设计上，我们选用了客户机/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)相结合的方式。数据录入与分析系统(DIAS)采用客户机/服务器结构，所有属性和图形数据存贮在服务器上，数字化人员在客户端数字化管网、设备等图形。这种方式既分解了事务，提高了服务器和客户端的处理速度，同时也保证了数据的安全性、共享性。而大多数工作人员使用的互联网数据发布系统(IDPS)使用浏览器/服务器结构，这一方式对客户端的软硬件环境要求不高，而且操作简单、易学。5.2 系统主要性能指标

＊ 各项功能满足热力公司的业务规范； ＊ 系统操作简单、运行可靠、维护方便；

＊ 系统的信息分类资料编码、符号符合国家和部颁标准； ＊ 系统提供各种资料源的转换方案与工具；

＊ 系统具有良好的资料开放性，各地理信息系统之间以及与其它应用系统之间提供了接口。

5.3 系统软、硬件配置

＊ 基本配置：打印机、局域网。

＊ 数据库服务器：HP Proliant－ML530、CPU Xeon2.8G、1024M内存、硬盘216G、10/100M网卡；中文Windows2000 server、Oracle 817。

＊ 地理信息服务器：HP Proliant－ML530、双CPU Xeon2.8G、2048M内存、硬盘216G、10/100M网卡；中文Windows2000 server、Oracle 817、SICAD。＊ 数字化工作站：HP XW4100工作站、P4 2.8G/1G/73G/128M显卡/22显示器；中文Windows2000 server、Oracle 817、SICAD。

＊ 普通客户端：中文Windows XP或Windows98或Windows2000等、IE浏览器、CPU PII100以上、内存>64M、10/100M网卡(MODEM或ASDL)。系统效用与展望

包头市热力总公司热网地理信息系统投入使用后，基本实现了供热管理的设施地理化、图形数字化、运行信息化和管理的科学化。系统具体效用如下： 1.通过建立企业地理信息系统，对企业的管网、设备进行了“大摸底”，建立了企业管网图形数据库。这使得企业对管网、设备、站等有了更加明晰地了解。而且基于管网图形数据库的管网规划、建设和使用变得简单化、合理化、科学化。2.实现图档管理的规范化和网络化。任何一个有权限的操作人员通过机器都可以方便、快速地查询到所需图形和数据资料。实现了资料的信息共享，大大提高了资料的利用率和工作效率，减少了管理人员的重复性劳动。

3.及时、迅速地发现解决设备故障和缺陷，提高了设备完好率，科学地安排维修、检修及生产运行管理工作，从而减少了不必要的维修检修费用。

4.实现了运行事故分析的辅助决策。使用系统爆管分析，定位速度快、准确性高，而且能迅速查询到周围的管网、设备信息。这就大大加快了公司对爆管等运行事故的反映速度，缩短了修复时间，减少了对用户的影响，降低了水(汽)损失。从而取得显著的经济和社会效益。

5.实现了对用户供热系统、用户资料方便快捷的查询。发生故障时影响用户的分析功能和用户测温管理功能都大大提高了供热服务质量和热费收缴率，取得了良好的社会和经济效益。

6.如果系统具备了其它公用设施行业(供水、电信、煤气)的管线数据，这就能实现城市综合管网信息的数据共享，在规划、施工时可以查阅其它管线资料，避免因地下管线资料不祥而引起的管线碰撞和管线挖断等事故。

应用热网地理信息系统，可以建立企业管网图形库，并且基于录入的数据资料作查询统计、固定资产管理、检修管理、运行事故分析等功能。这已经能够满足企业执行层、战术层的管理需求。满足战略层的管理需求，建立智能的专家地理信息系统是下一步发展的重点，具体的说，包头市热力管网地理信息系统下一步建设的目标如下：

1.开发或引进水力、热力计算软件。通过在地理信息系统中建立的管网模型，直接导入到水力计算软件，就可以模拟计算一次网、二次网、热力站的水力、热力工况，实现热网运行模拟分析和智能仿真系统。

2.建设热源厂、三个供热分公司与总公司的网络连接，这样，热源厂、三个供热分公司就能快速地访问地理信息数据。

智能热网综合管控系统的应用分析 篇3

由于我国的气候条件、科技水平、能源结构以及经济因素等几个方面因素决定了最适合我国的供热方式为集中供热。目前,我国大部分城镇地区都采用集中供热的模式进行冬季采暖,然而,传统的供热模式存在着诸多缺点,如:各区域的距离不同,水力工况不平衡,管网质量、换热设备等硬环境参差不齐,存在着供热效率低、供热不平衡、能量浪费、热网波动严重等问题,从而造成了能源的浪费。为了适应未来前沿科学的需要、解决我国所面临的能源紧缺问题和提高集中供热系统的能源利用率,充分发挥供热系统的潜力,提出了一种新型的供热模式,即智能热网,并以北京某科技产业园区为例进行研究。

1 智能热网的组成及功能

智能热网的网络拓扑结构在整体上呈星形和树形网络拓扑结构相结合的方式,数据采集与监控系统是智能热网的中心节点,不仅要接收二级站的数据,电厂DCS和调峰锅炉房DCS系统传输的数据,同时它还要接收大数据分析仿真系统的仿真结果,自动调节二级站的用热量,达到源、网、站的全程自动控制的目的。

智能热网主要包括:数据采集与监控系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA)、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)、数据传输系统(Data Transmission System,DTS)、大数据分析仿真系统(M ega Data Simulation System,M DSS)和管网泄漏检测系统(Pipeline Leak Detection System,PLDS)。系统图如图1所示。文中主要研究数据采集与监控系统和大数据分析仿真系统。

1.1 数据采集与监控系统(SCADA)

计算机数据采集与监控系统即SCADA是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统[4],可以实现对现场运行设备的监视和控制,并且能够采集远程数据、控制设备和测量。能够下发指令调度热源,达到经济运行的目的。

1.1.1 二级站控制系统

为了采集二级站的数据,在二级站安装一个控制箱,具有采集、传输数据,控制流量,计量收费的作用。控制箱包含1个交换机,1套PLC系统,1个电源转换模块,一套刷卡计费装置。

文中设计在一次网的入口和出口处安装热电阻,在管道上安装有流量计的方式计费。采用西门子的流量计,卡姆鲁普的热量表,流量计输出4~20m A的信号接入热量表,热电阻输出阻值的信号接入热量表,计费使用。热量表和控制箱之间用网线连接,采用modbus协议传输数据。数据首先显示在控制箱的显示屏上。显示屏的背面有RJ-45接口,连接到交换机上,便于数据传输。

PLC控制系统用于采集一次网供、回水母管上的压力,控制阀门的开度。在一次网母管的出、入口安装压力传感器,输出信号是电流信号。电动阀门采用220V或24V的供电方式,便于现场安装,调试。

交换机通过光纤与热网管控平台连接,热量表和PLC系统的数据首先传输到交换机,然后传输到热网管控平台进行仿真计算,PLC系统接受下发的指令,调整电动门的开度,能够控制用户的用热负荷、调节整网的水力平衡状态。

刷卡计费系统是嵌入在PLC系统中的一个子系统,采集已使用热量与卡内可用热量作比较,当已使用热量与可用热量相等,提示用户需要缴费,同时阀门自动关闭到20%,保持最低的供热负荷,用户购买热量刷卡充值后,阀门恢复正常。

1.1.2 供水温度优化模型(TOM)

在保证用户用热品质的前提下,低温供热能够减少管损,延长管网的使用寿命。北京某科技产业园区能源供应项目包含多种类型的热源,低温供热能够兼顾到其他的热源形式,有利于热源的智能调度。

供水温度的优化模型(TOM)如下所示:

1)预测的各用户的负荷+管网的负荷=总的负荷;

2)就地的二级站的阀门设定值最低为20%(避免阀门关闭);

3)总负荷指令传送到电厂,指导电厂的供热负荷,模型输出一个流量和温度;

4)各用户的调门达到20%的情况,实际流量仍然大于预测流量,无法继续下调流量,供热能力大;说明供水温度高,不经济;

5)因此需要降低总的供水温度才能满足用户的负荷;

6)以24个站点中最低温度为标准,设定供水温度(电厂的供水温度);

7)预测负荷,这样每个用户站会重新得到一个预测流量;

8)达到了供水温度的统一,热网平稳运行。

1.1.3 智能决策调度系统

智能决策调度系统是在预测用户负荷的基础上,按照负荷的需求曲线调度各热源,主要分为两部分:

1)协调控制系统。

热网的协调控制指热源点、热网和用户的联合调节。主要解决热源点的供热和用户用热的负荷匹配问题以及用户之间的负荷分配问题。把燃气电厂作为基础热源,供热一段时间后,达到稳定的状态,在管网有泄漏或者用户负荷突然增大的情况下,为了保证用户的用热品质,必须有快速响应的热源。

不同供热方式的负荷如表1所示。根据表1,燃气电厂和余热利用作为基本热源,稳态下利用基本热源供热,在用户负荷突然增大的情况下,燃气电厂由于并网发电的原因,不能及时改变抽汽量,调峰热源虽然成本高,但是响应速度快,在基本热源满足了新增负荷后,可以切除调峰热源,保证了调峰品质和机组的经济性运行。

2)智能调度系统。

智能调度的策略是基于成本,热量平衡,各个热源点的供热能力、反应速度、泵的出力大小等几方面来综合考虑制定的策略。主要考虑成本最优、全网热平衡和运行方式这3个方面。

a.成本最优。热网的智能调度在保证热网安全性,保证用户用热品质的前提下,选择成本最优的方式运行热网。计算多种供暖方式的成本和负荷值,根据总负荷的需求,自动选择供热方式,在满足供暖需求的情况下,实现热网低成本运行。不同供热方式的成本核算与负荷如表2所示。

b.全网热平衡。参考电网的调度原则,由于存在多个热源点,燃气电厂热源和余热利用热源位于该科技产业园区的最南端,距离最远的北区用户有10km的距离;调峰锅炉房位于该科技园区中部区域,作为调峰热源使用。

在整个系统中,任何一处管网结构或热用户用热状况发生变化,都可能会引起热用户之间流量的重新分配从而可能造成系统的水力失调。全网热平衡的控制策略就是弥补这种弊端,在用户负荷增大的情况下,调度该区域内的热源点,尽量减少受影响的范围。

c.运行方式。热网设计有2台热网循环水泵,每台的额定流量是1300t/h,预测流量在1300t/h以内,启动1台泵,如果预测流量超过单台泵额定流量,则计算泵运行的成本和提高温度的成本,选择启动泵的台数。

综上所述,热网的供热步骤如下:

1)源点接受到热负荷后,认为是稳定状态,首先按照经济成本调度热源;

2)余热利用热源利用烟气供热,从节能的角度分析,首先启动;

3)其次启动燃气电厂供热,燃气电厂的成本低;

4)如果不能够满足热网的需求,则启动调峰热源;

5)在用户负荷突然增大的情况下,首先选择最近的调峰热源,同时启动成本较低的热源;

6)在成本低的热源满足新增负荷后,切除调峰热源;

7)热网回归稳态。

1.2 大数据分析仿真系统(DASS)

大数据分析仿真系统是区域能源项目的重要组成部分,可对供热系统进行现状模拟并对流量、热量进行仿真模拟,仿真结果以控制命令的方式下发至各热力站,执行仿真模拟控制逻辑;系统具有负荷预测功能,针对未来采暖期供热负荷,结合历史气象信息以及各个热源具体的供热能力、经济价格等多种因素,计算出不同的供热指标下的预测方案。

热网GIS系统提供了管网在北京某科技产业园区区域内的布局,提供了管道图层。基于这些信息,采集各用户热负荷和气象数据,采用度日数法,以7d为1个周期,按工作日和非工作日预测用户的负荷,最终拟合出用户的用热曲线,指导运行热源的运行方式,数据拟合曲线如图2所示。

数据在采集过程中偶尔会出现坏点的情况,这些坏点会影响数据的准确性,进而影响拟合的曲线,因此,系统中会将坏点自动剔除,不将它们作为仿真的依据。

由于区域内的管网距离大,介质传输会产生一定的滞后,散热器也会产生滞后,这是因为介质的传输具有一定的延迟性,房间具有热惯性,这一特性是造成室内温度波动较大的原因,这种情况下模型的建立比较困难。因此,文中分别建立热源、热网、用户的模型,然后进行整体分析。

1.2.1 供热用户侧供热量数学模型

根据建筑物的性质和外围体积计算

式中:qv—建筑物单位体积的采暖热指标,k J/(m3·℃·h);V—建筑物的外围体积,m3;tsn—采暖室内设计温度,℃;tsws—采暖室外设计温度,℃。

根据建筑物的性质和面积计算

式中:qF—建筑物的采暖热指标,J/(m2·h);F—建筑物面积,m2。

非设计工况下

式中:tsw—任意的采暖室外温度,℃;q'v—非设计工况条件下单位体积采暖热指标,J/(m3·℃·h)。

因为单位面积的采暖热指标受太阳辐射和风速的影响较小,于是可认为式(1)和式(3)中的qv及q'v相等,即qv=q'v,这样由式(1)和式(3)可得:

根据采暖期采暖热负荷随室外气温变化的函数关系Q'n=f2(tsw)和不同室外气温的持续时间规律函数关系tsw=f1(h)可得:Qn=f(h),故

将式(4)代入

式中:H—全年供暖小时数;dh—统计时间h的增量由地区气象特点可知,室外气温tsw是持续时间h单值函数,若令

则有y=f3(h),此函数可用多项式来逼近,则

于是有:

则式(9)即为源点侧供热量的数学模型,式中A0、A1、A2,……,A5,可由高斯约旦法计算求得。

1.2.2 供热源点侧负荷数学模型

源点侧的总负荷为用户侧各负荷之和,同时需考虑相应的换热器效率及热损失。

式中:Q1、Q2—为用户侧建筑热负荷,根据式(9)计算求得;η—热网损失系数,由历年供热数据经验修正求得;λ1、λ2—用户侧板换的换热系数,根据实际板换数据确定。

2 效果分析

经过上述改进,北京某科技产业园区的新型智能热网能够有效地减少能源的浪费,满足人们对室内舒适性的要求以及能够大大的提高能源利用率。对提出的新型智能热网的控制效果和经济效果进行了分析。

2.1 控制效果分析

1)集中监测功能,可以同时监控换热站的运行状态,调节阀的阀位,传感器的参数,整个系统的运行状态一目了然;

2)预测分析功能,实时显示各供热站的用热量并实现了源、网、站协调控制,依据历史数据,结合未来天气,预测未来全网供热状况,进一步实现了对全网执行的统一调配原则;

3)源、网、站协调控制,整合换热站的控制系统,西门子DCS和热网仿真控制系统等3个系统,达到从源点到换热站的全程控制,能够有效地避免因输送距离远近、环境突变等硬环境对整个供热系统稳定性的影响;

4)供热较稳定,室内温度变化受室外天气变化影响较小,始终保持温差在一定的范围(±1℃)内,用户的室内测量结果如表3所示。

%

5)均衡供热能保证所有用户的温度稳定,尤其是在环境条件极其恶劣,在热源不充足的情况下,用户的室温也能处于均衡状态;

6)能够有效的降低成本,节约能源,其中管理部门的费用,用户的采暖消费,是供热管理所面临的重要问题;

7)管理高效,由于系统采用集中监测控制,控制中心能够对系统全局的实时数据和运行状态进行集中监测,将采集和处理后各种数据自动存入实时和历史数据库,对全网进行集中统一的管理;

8)智能调度,根据热源的成本计算结果,选择经济的运行方式,在突发情况下,也能合理调配各个用户之间的能量供应,尽量避免各热力站之间的“争食”现象,保证供热质量;

9)低温供热,能够有效的节约能源,减少管路损失,提高了管网运行的安全性;

10)智能调度热源,在用户负荷增大的情况下,调度该区域内的热源点,尽量减少受影响的范围,即使在紧急状况下也能够全面协调热量的合理分配,保证用户的用热品质。

2.2 经济效果分析

截止到2015年3月15日,累积供热量为304254GJ,由于热源点可以根据室外温度和用户用热习惯改变供热量,节省了能源。如果供热量维持不变,根据采集的数据可以计算出计划的供热量为341976GJ。

计算公式为

其中:Q是总的供热量,Q11、Q12、Q1、Q2、Q3分别是11、12、1、2、3月份的某一小时的平均供热量,由此可以得到在满足了用户需求的前提下,节省了37722GJ的热量,按照热量单价计算,可以节约资金313.0926万元。

3 结语

以北京某科技产业园区为例,研究智能管控运行平台对传统SCADA、性能仿真、优化调控功能的具体需求,研究将原属不同系统的功能整合成为智能优化管理和控制系统平台的基础方法,并结合工程应用探讨应用经验和面临问题。通过研究,解决了能源的有效分配,开发了一套区域能源控制系统,包括模型的建立、硬件的搭配、通讯的连接,在多方的支持下,完成了项目的建设。

参考文献

[1]贺平,孙刚.供热工程[M].中国建筑工业出版社,2008.

[2]康艳兵,张建国,张扬.我国热电联产集中供热的发展现状、问题与建议[J].中国能源,2008,(10):8-13.

[3]孟萍.关于集中供热系统热用户节能问题的探讨[J].科技情报开发与经济,2005,(24):240-241.

[4]汪辉,宗福兴,陈帆,等.机房漏水检测与精确定位装置研究[J].后勤工程学院学报,2013,(5):77-83.

[5]许鹏.集中供热网建模及仿真研究[D].大连:大连理工大学,2005.

[6]崔德斌.采暖供热量数学模型的建立及求解[J].石油化工高等学校学报(自然科学版),1994,(2):56-62.

[7]周守军,赵有恩,陈明九,等.集中供热系统水力调节方法[J].山东大学学报(工学版),2009,(3):151-153.

[8]HUNAIDI O,WANG A.Acoustic methods for locating leaks in municipal water pipe networks[C].International Conference on Water Demand Management,Dead Sea,Jordan,2004:1-14.

智能热网萌发的效益 篇4

3推广

国内各供热公司大致从20世纪90年代中期开始发展以电厂为热源的集中供热, 替代锅炉房热源, 也在此基础上将热网监控系统作为提升企业发展的重要手段。随着计算机技术、通讯技术、自动化控制技术的快速发展, 绝大多数企业经历了几次系统升级或整个系统的更新换代。到目前为止, 基本完成了由最初的本地控制到中心控制室集中控制、统一调度模式的转换, 通讯方式也从最初的电台方式、无线GPRS方式、电话拨号方式, 发展为以ADSL宽带、光纤、甚至3G技术为主, 无线GPRS为辅的稳定的传输方式。

但由于受到硬件整合、通讯模式、系统集成、人力资源、后续维护等诸多因素的影响, 特别是技术人员匮乏的县区级供热公司, 整个系统运行状况并不良好, 迫切需要一套适合企业自身发展的使用系统。

鉴于此, 唐山热力监控系统项目取得成果后, 在企业自身发展的基础上, 在国内多家供热企业内进行推广应用, 前景广阔, 经济效益和社会效益可按我公司实践进行测算。

唐山热力总公司于2010~2011年自主研发了“智能热网监控系统”, 该项目获得了河北省住房和城乡建设厅颁发的科技成果鉴定证书, 公司把此项目作为唐山热力“817”重点工作项目, 已于2010~2011年供热季投入试运行, 首次实现了全网供热数据集中实时监控调度, 提升了我公司的现代化管理水平, 走出了一条适合企业自身发展的科技创新之路, 既是一小步, 又是一大步, 取得了经济效益的同时, 创造了良好的社会效益。

1社会效益分析

1.1热网平衡得到了精细化调节, 用户室温稳定达标, 最大限度地减少了热用户的冷热不均现象, 提高了居民的幸福指数。

1.2自动采集、存储、统计、分析热网的供热参数, 实现热力站的无人值守, 每座热力站可节省运行值守人员3人, 人力资源得到了释放, 可在其它方面创造社会价值。

1.3实时、准确的运行参数可以进行及时、有效的调度管理, 实现热网平衡、节能, 较上年度减少2.59万吨标煤消耗, 二氧化碳排放6.46万吨, 减少二氧化硫排放1943吨, 减少氮氧化物971吨, 减少灰渣排放8600吨, 响应了国家“节约能源, 保护环境”的号召。

1.4故障的自动诊断、报警, 可及时进行发现、处理, 减少或降低设备损失, 避免造成用户停热事故。

1.5提高本公司现代化管理水平的同时, 可在同行业内推广, 提高全行业的整体水平。

2经济效益分析

项目一期投入资金300多万元, 整合改造了209座热力站投入试运行, 带动了2000万元自控设备得以运转, 当年度节省人员成本300万元, 节约能耗2000万元。

项目二期将投入资金400万元, 需再整合完善150座热力站, 实现唐山热力共计360座热力站自控系统全覆盖。总体带动3000万元自控设备运转, 整合平稳后, 年可节省人员成本1000万元, 可节约能耗3000万元以上。

2010年供热季注水后, 智能热网监控系统融合电厂供热数据远传系统正式在集中监控中心投入运行, 运行5个月来, 电厂供热数据远传系统运行稳定, 智能热网监控系统处于试运行与逐步完善提高阶段, 但其监测、控制、平衡调节等核心功能在本年度供热过程中已经发挥了重要作用, 实现了唐山热力“节能供热、经济运行”的既定目标。

2.1运行经济性分析。

(1) 总公司整体能耗分析。

(2) 西郊电厂热源能耗分析。

(3) 市区电厂热源能耗分析。

(4) 节能分析。

根据近几年的平均平米耗热量0.46GJ/m2分析, 就2010~2011年度供热期节能率按照6.62%计算, 总加权供热面积为24914763.82m2, 年可节约热量758700 GJ, 折合标煤25886吨。

2.2节能原因分析。

依托热网智能监控系统, 积极主动采取有效节能措施, 主要如下: (1) 每日气象预报与实时室外测温相结合, 及时调度热源厂出水温度, 充分利用日光在一天内对能耗的影响; (2) 各电厂进行横向对比, 保证各电厂的一次回水温度基本一致, 减少热量的浪费; (3) 及时修订供热运行热指标, 使理论与实际供热温度相符合, 实现科学供热, 减少能源浪费。 (4) 实时监测各站的供热运行参数, 及时调整供热温度偏差较大的热力站, 降低热量浪费, 减少低温运行状况; (5) 协助

摘要：文章阐述了唐山热力总公司2010～2011年自主研发的“智能热网监控系统”, 实现了大网智能全覆盖, 彻底改变传统的供热调度与管网平衡调节模式, 大大缓解热源制约带来的用热需求压力, 为节能供热与管理创新提供强有力的技术支撑, 既实现了唐山热力“节能供热、经济运行”的既定目标, 又给公司带来了超凡的效益。

关键词：热量,耗电量,热计量,二氧化硫,标煤,热指标,节能率,效益分析

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.GJJ 34-2002城市热力网设计规范[S].

[2]国家质量技术监督局.JJF 1033-2001计量标准考核规范[S].

供热热网监控系统解析 篇5

在目前国内的集中供热监控系统, 一般有两种控制方法:监控中心集中监控方法和热力站主权的监控方法。监控中心集中监控是通过调度中心统一调度, 热力站设自控仪表及现场控制器, 通过数据上传及控制指令下达, 统一协调全网的供热用热量, 达到合理分配用热的目的。热力站主权监控是在热源充足的情况下, 热力站需多少热就给多少, 调度中心只负责全网的监视及总流量的控制, 不参与每个热力站的具体控制。

2 集中供热热网监控系统组成

热网监控系统一般由以下几个部分组成:调度监控中心、通讯网络、现场控制器、传感器和执行器。

2.1 监控中心

热网监控现行一般采用ADSL宽带技术与GPRS无线通讯技术相互结合的通讯方式, 是一个完全基于Internet网络技术的系统。调度中心通过开放的标准TCP/IP协议, 数据可以在内网及外部公共网络随时调取。供热运行管理软件通过采集热力站现场的温度、压力、流量、热量、阀体开度、室外温度等数据, 权衡和计算全网的运行情况, 并下达控制指令给现场控制设备。服务器运行的可靠性尤为重要, 一旦出现故障, 将造成全网的失控, 故调度中心应配置可靠性能高的计算机设备, 并配置备份机和UPS电源。现场控制器周期性的上传热力站监测数据, 并由监控中心处理信息并参考气候因素下发控制指令给现场控制器。监控系统包括一台数据服务器和一台通讯服务器站及操作员站和一台工程师站, 服务器通过以太网与它们连接, 经ADSL和子站控制系统相连。同时操作站与DLP大屏幕显示屏连接, 在大屏幕上可以更新信息。

2.2 通讯网络

热网中的热力站、热源、隔压站、泵站的热网远传测点及控制系统, 他们的数据上传和下达都需要通过通讯网络来完成。现阶段网络技术成熟, 通讯方式多样化, 现阶段热网常用的通讯方式包括ADSL, VPN (虚拟专用网) , VPDN (虚拟拨号专用网) 等。供热系统中近几年比较常用的通讯方式为ADSL宽带通讯和GPRS无线通讯。ADSL是供热系统中常见的通讯方式, 供热监控点传输数据量不大, 其通讯速度完全可以达到实时在线的系统要求。由于采用Internet通讯技术, 任何能上网的地方原则上都可以访问监控中心, 对远程访问、远程维护非常有利。GPRS优点在于覆盖面很广泛, 对于偏远且有通讯受限的监控点比较实用, 通讯正常的情况下可以达到与普通电话拨号调制解调器相当的速度, 缺点是遇到网络高峰期以及气候工况不佳的情况下, 传输质量有所下降。

2.3 现场监控设备

一般现场控制器的组成有两部分:控制器和液晶显示操作系统。控制器部分在系统只允许系统维护人员进行操作, 包括设备接线、测试、排障, 非系统维护人员不得进行任何操作;液晶显示操作系统可提供热力站现场的基本调节功能, 包括泵控制、电动调节阀阀度控制等, 同时也可以采集和显示热力站检测到的温度、压力、流量、热量、液位、室外温度等基本参数并显示热力站系统流程。

现场控制器内设通讯接口, 用于实现与调度中心的数据传输和现场热量表、软水等设备的信号传输。现场控制器既接受中央控制机发出的指令而调节控制又能在指定范围内独立工作。其对热力站的运行数据进行采集、处理及显示、自动调节、故障检测、诊断和报警、计算累计热耗、报表打印等功能。控制器内设AI/AO, DI/DO模块, 要求可根据每个热力站情况按需配置。换热站对现场控制器的功能要求比较多样化, 一般包括:

采集:控制器采集温度、压力、流量、电动阀体开度、液位、热量等远传仪表参数。需要可按照用户要求, 模拟量或开关量以电流信号或者电压信号的方式传输。存储:要有长时间保存数据的能力。供暖季期间采集到的数据需要以分钟为单位周期性保存, 断电或者其他突发情况下数据不可丢失。显示:现场控制器设置彩色液晶屏, 用于显示现场供热系统及测点流程, 操作员可监测现场基本数据并可调节阀体开度、泵控制的功能。通讯:GPRS通讯需设置DTU通讯模块;通讯协议方面需支持TCP/IP协议、ModBUS等;通讯接口需有RS485/232、电话接口机以太网接口等。控制:控制器设置组态软件, 对控制器进行组态。将采集回来的温度、压力、流量等模拟信号转化为数字信号, 实现对热网补水泵、循环泵及一次网阀的基本控制, 维持系统稳定。故障报警:发生报警事件时, 控制器会通过相应的通讯方式向上位机报警直至收到上位机的确认信息, 报警内容包括:故障发生时间、故障内容、故障参数值 (或状态) 等信息。远程配置:调度中心可通过网络通讯, 远程采集及控制现场设备。模块配置:控制器内设置IO模块扩展槽, 根据现场I/O点数据量灵活配置扩展模块。

2.4 传感器和执行器

传感器是用来采集现场参数设备的统称。温度变送器、压力变送器、流量计、热量表等都需要通过各自的传感器范畴配合变送单元, 传输信号给现场控制器。执行器一般为电动执行机构, 用于完成阀门的调节或变频设备的驱动。

在热网监控系统的总体投资中, 各种仪表阀门的投资占总投资的40%~70%。而传感器和执行器的故障率占系统总故障率的60%以上。

传感器及执行器是整个监控系统的基础, 计算机控制系统只有通过传感器和变送器才能了解被控系统的运行情况, 只有通过执行机构才能实现最终的控制目的。因此应选用先进、可靠、优质的标准系列产品才能保证整个系统的可靠性与稳定性。

传感器、执行器不但是热网监控系统的重要组成部分, 而且也是比较薄弱的一个环节, 这不仅与传感器和执行器在系统的工作条件较差有关, 还有一个重要原因就是选型不当。选择现场仪表时应满足以下基本条件:

1) 自控设备要求长时间连续运行无故障, 并满足相关技术性能和规范的要求。2) 所供设备中与监控系统控制有关的只有地仪表和控制设备可以受其控制或手动控制。3) 自控设备在供电、无法远程控制及周围环境恶劣的情况下, 应可手动控制启停。4) 选择仪表的原则:安全、经济、可满足负荷变化要求。5) 现场仪表可以与现场控制器及调度中心监控系统相匹配, 并采用标准的电流或电压信号作为输入输出接口, 如0 m A~20 m A, 4 m A~20 m A, 0 V~10 V, 0 V~5 V等。

3 结语

太原市集中供热监控系统已投运十余年, 无论是燃煤或热电联产的供热形式, 该系统都在节能减排方面做出了巨大的贡献。在配合以分户计量及变频系统改造, 节能量可达到30%左右。通过对各设备的远程监控及科学合理的调节, 达到全网平衡的目的, 提高了供热质量及稳定性。节约了大量的人力、物力, 减少了能耗, 收到良好的社会效益和经济效益。

摘要：通过研究现阶段已趋于成熟的集中供热技术, 从自动监控的角度对集中供热热网监控系统的基本原理及组成、特点进行了介绍, 分析了监控中心、通讯网络、现场控制器、传感器等组成部分的作用, 为供热热网监控系统的设计提供了参考。

关键词：集中供热,监控系统,控制器,传感器

参考文献

[1]刘文琦, 杨建华, 林艳.集中供热网智能控制方法研究[J].大连理工大学学报, 2004 (3) :41-42.

[2]谭燕.北方集中供热系统的控制形式及原理[J].黑龙江科技信息, 2011 (16) :27-35.

“智能热网”系统 篇6

1 供暖热网系统热力平衡的合理分配

对于城镇居民而言, 为满足其在采暖供热方面的需求, 现阶段多采取集中式供热的方案。此种供热方案的实施不但能够与环保意识相契合, 同时也有利于实现对供暖系统的集中性管理。我国现阶段绝大部分的北方城市都配置了供暖热网系统, 这部分系统所承担的供热主干管线长达千米, 对于大众正常生活的开展有着不容忽视的保障作用。随着供暖热网系统的进一步应用, 针对同一供暖区域, 个别建筑室内暖气片的冷热不均问题表现尤为显著, 这也正是制约当前供暖热网系统进一步发展的关键问题[2]。

供暖热网系统热力失衡的根源在于水力失调。在一个完整的供暖热网系统当中, 各区域暖气设备所对应的热水流量与实际需求流量之间的差异显著, 由失衡引发控制失效的问题。产生此类问题的主要原因在于:供暖热网系统管道的作用压头与管理压力损耗, 这两者之间存在严重的不平衡问题。结合实践运行工况来看, 供暖热网系统受到水流速度和管径尺寸大小因素的影响, 导致原本应当偏高的走近环路作用压头减小, 出现压头剩余的问题。反过来说, 对于远环路管道而言, 受到剩余压头作用力的影响, 导致其流量无法达到规定标准, 一方面会导致远环路端暖气片的发热过慢 (或者无法发热) , 另一方面会导致近环路散热器装置出现过热的问题[3]。

针对上述问题, 为了确保整个供暖热网系统热力的平衡性, 就需要结合各个供暖系统区域范围的实际大小情况, 对近环路管道的耗压予以适当的增加, 同时合理降低远环路所对应的管道耗压水平。为达到上述目的, 建立通过按照流量调节阀部件的方式, 在增大远环路阀门开启度的同时, 适当减小近环路阀门开启度。另一种可采取的热力平衡方式是在保持管径尺寸不变的前提条件下, 适当提高管道压力, 增加相对于整个供暖热网系统的热水热量, 通过对水循环速度的提升, 确保远管路、近管路的热力平衡。

2 供暖热网系统热力平衡的调整

如何实现整个供暖热网系统调节的集中性至关重要。受到水力稳定性差异因素的影响, 导致供暖热网系统在正常运行状态下, 呈现出极为严重的不平衡性失调问题, 无法确保运行工况的有效与可靠。在此问题出现的情况下, 就要求相关工作人员通过集中调节、质调节、量调节或者间歇性调节的方式, 实现对流量的合理调整与优化分配。其中, 最具应用潜力的调节方式应当是集中性调节和质调节。对于集中调节模式而言, 在整个供暖热网系统的作业过程当中, 此项调节模式的可靠性最高, 且运行简便, 但需要在集中调节过程中避免出现热力失调的问题。而对于质调节模式而言, 其调节的本质在于, 对供暖热网系统中的供水温度进行调整, 剔除对供暖热网系统循环水流量大小的调整。此种调整模式的应用一方面能够使整个供暖热网系统更加良好的与室外环境变化趋势相适应, 确保运行工况的良好与有效, 另一方面能够使供暖热网系统可能出现的热力失调问题得到很好的抑制, 提高了建筑室内温度的平稳性 (同时, 质调节模式还兼顾了对燃料的合理节约, 经济效益突出) [4]。

以我国东北地区某市为例, 该市冬季最冷的天气温度在-30℃左右。为了能够使该市所配置供暖热网系统能够更加良好的与室外温度变化情况相适应, 就需要充分结合各项关键指标, 确定包括供暖热网系统压力、锅炉出口热水温度, 以及锅炉回水温度在内的最优化取值, 以保障供暖热网系统能够在冬季环境下为大众提供良好的供暖服务。具体而言, 需要关注以下几个方面的问题。

1) 在供暖热网系统分户后, 建筑室内居民各室的平均温度应当控制在 (17.5±1.5) ℃范围之内。

2) 在室外温度5~-30℃的变化区间内, 所对应的锅炉出口热水温度指标, 以及回水温度指标需要作出合理的调整。具体的调整关系为:室外温度为5℃, 对应锅炉出口热水温度为45℃, 出水温度为35℃;室外温度为0℃, 对应锅炉出口热水温度为50℃, 出水温度为40℃;室外温度为-5℃, 对应锅炉出口热水温度为50℃, 出水温度为45℃;室外温度为-10℃, 对应锅炉出口热水温度为55℃, 出水温度为45℃;室外温度为-15℃, 对应锅炉出口热水温度为60℃, 出水温度为50℃;室外温度为-20℃, 对应锅炉出口热水温度为65℃, 出水温度为55℃;室外温度为-25℃, 对应锅炉出口热水温度为65℃, 出水温度为60℃;室外温度为-30℃, 对应锅炉出口热水温度为75℃, 出水温度为65℃。

3) 供暖热网系统锅炉出口热水温度需要以50~75℃为控制标准, 入口热水温度则需要以40~65℃为控制标准。

4) 供暖热网系统管道压差末端需要以0.01~0.05 MPa为控制标准。按照JGJ 26-2010严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准规定, 供热系统中循环水泵的电功率一般控制在单位建筑面积为0.35~0.45 W/m2范围内, 而大流量运行方式下, 热力站循环水泵实际电功率在0.5~0.6 W/m2, 有的甚至高达0.6~0.9 W/m2, 采暖其循环水泵的耗电量地加11%~33%, 甚至达100%。

3 结束语

应用供暖热网系统的优势众多, 包括初始投资少、后期运营管理难度低、室内温度控制均衡性好等在内。因此, 对于我国, 特别是北方地区而言, 供暖热网系统的应用是极为频繁的。在笔者对于有关供暖热网系统热力平衡调整及其相关问题的研究与分析过程当中, 首先就供暖热网系统热力平衡的合理分配方案进行了简要分析, 在此基础之上, 就供暖热网系统热力平衡的调整技术展开了论述, 希望能够通过对上述相关问题的分析, 为后续研究及实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

参考文献

[1]邹亚平.大型交通枢纽空调水系统的水力平衡[J].中国高新技术企业, 2011 (3) :23-25.

[2]孔令军, 高红桥, 李超.浅谈水力平衡与供热节能[J].区域供热, 2011 (3) :45-46.

[3]刘洪俊, 陈慧洁, 张文瑞, 等.自力式差压控制器在热网的应用[J].煤气与热力, 2009 (6) :89-90.

“智能热网”系统 篇7

1热水供暖的应用中常见问题

从目前我国供暖系统的实际使用情况来看, 整个系统在运行时会遇到一些问题, 主要有以下几个方面: (1) 一般来说, 供热的设备, 比如暖气片出现爆裂的事故, 主要因为系统内超压造成, 也可能是因为暖气片的材质出现问题, 所以需要从暖气片受压的部分相关的因素出发, 找出爆裂的原因; (2) 还有一些部位容易出现冻裂, 要做好冬季保温与防寒等措施; (3) 供暖系统内部还经常因为堵塞而是暖气片等失去功效, 不能供热, 这是就要及时的清除系统内的杂质与污物。可以在供水供暖主干的支管管道上, 安装相关的除污设备, 并定期对其进行检修与排污, 锅炉在停止之前必须进行一次排污, 以便提高整个系统网络畅通的效率, 延长各个设备和系统使用的年限, 保证供暖系统的经济与安全运行; (4) 系统中存在的空气问题。热水在循环时存在的空气没有一点好处, 为了使热水在循环时管道内没有空气流动, 不使空气影响到热传导与系统的正常工作, 就需要采取一定措施排除掉空气。比如, 可以在管道上安装自动放气的装置、安装集气缸和空气管等。集气缸需要安装在系统内管道的最高点, 借助放气阀使系统中的空气排出。住宅室内用于取暖的设备, 可以在散热器的上层堵头处安装一些小型的手动放风, 达到全热, 这点是不能忽视的重要环节。

2供暖热网系统热力平衡的合理分配

我国城市供暖系统大部分都是集中一起, 换句话说就是集体进行供热, 这样可以使整个系统连成一片, 使系统的管理更加方便、简单, 还对保护环境有很大好处。进行供热的主管的管线一般都很长, 可以达到数千米, 如果管线在控制各个不同住宅楼与分布的不同房屋时, 零星供暖管线特别长, 就可能有不热现象出现。但是, 如果在相同的区域房屋内, 个别住宅的暖气片有不热现象存在, 就会对相关人员的工作带来很大困难, 这是因为水力失调造成的。

水力的失调就是在供暖系统内, 各个区域内暖气设备热水的实际流量和规定的流量之间失去平衡, 无法很好的控制。出现这种现象的原因主要是因为系统内管道作用压头和管理压力损耗, 这两者之间失去平衡导致。比如, 近环路作用压头一般都会偏高, 但是系统会受到水流的速度与管径的规格等限制, 进而失去控制。这就造成作用压头出现剩余现象, 如果剩余的压头比较大, 近环路水量也就很容易太大, 很容易就超过规定的流量。然而, 远环路的管道会因为近环路管道内流量超出而出现流量不足的现象, 没有达到规定流量, 造成近环路散热器出现过热的现象, 远环路暖气片则热的比较慢或者不热, 这是供暖系统内经常出现的问题。根据上面的问题, 就要按照各个供暖系统范围的大小, 注意使近环路的管道耗压有所增加, 降低远环路耗压, 在现实工作中, 可以使近环路阀门的开启度调小, 使远环路的阀门开启度调大, 如果可以还能够安装一些调节的装置对这一问题进行解决, 以便实现整个系统管网的平衡。调节阀理想的调节特性, 主要指如果阀门前后的压差是固定时, 调节阀相对的流量与开度之间的关系。这种特性能够很好的反应出阀门特有的功能, 所以可以根据这一特性对阀门功能好坏进行划分。

还可以按照水力学原理, 如果管径没有出现变化, 借助提高管道内的压力, 增加整个系统热水的热量, 使水循环的速度得到提高, 以便实现远近管道路线之间的平衡, 在确保安全的前提下, 这是一种非常有效的方式。此外, 供热系统内管道的阻力比较大, 锅炉的出口具有较低的压力, 这就使供热水流量受到限制。因此, 供暖系统要按照范围区域的大小, 以及管线总阻力的损失半径, 对循环的水泵扬程或锅炉工作的压力进行确定, 以便能够克服整个系统内的总阻力, 使整个系统能够正常运行。

3供暖热网系统热力平衡的调整措施

根据实际的情况来看, 如果供暖系统出现失衡问题, 相关人员需要借助质、量、集中或者间歇性的调节方式, 对系统流量进行合理的调整和优化。其中集中与质调节最有应用的潜力。对集中调节来说, 整个系统在运行时, 这一模式可靠程度最高, 运行也比较简单, 但是要注意不能有热力失调问题出现。对质调节来说, 其本质是调节系统内供水的温度, 剔除了对流量的大小调节, 这一模式可以使整个系统与室外环境变化的趋势更好的适应, 保证运行的有效与良好, 还能够有效抑制热力失调的问题, 提高室内的温度平稳性。

分阶段的质调节主要把供暖按照室外的温度高低, 分成不同的阶段, 室外的温度比较低使管网可以有较大流量, 室外的温度比较高时, 使管网有较小流量, 每个不同的阶段内, 网路使用同一种流量, 同时可以使用改变供水的温度, 这一方法就是分阶段变流量质调节。在供暖体系内, 通常可以使用规格不同的两台水泵, 一台水泵的扬程与流量按照计算值100%进行选择, 另外的一台流量按照计算值75%进行选择。在大型的供暖系统内, 如果分成三个阶段, 流量可以分别是计算值的100%, 80%与60%, 扬程是100%, 64%与36%。这种方式综合质、量调节的优势, 可以很好的避免垂直失调现象, 有有效的节省电能, 是一种比较合理经济的方法。

4发挥供暖系统集中调节供暖

总之, 根据上述各种因素, 发挥供暖系统调节模式最为重要, 供暖系统出现热力失调与不平衡的问题, 就代表系统水力的稳定性很差, 运行时很难实现最佳的工况。为了解决这一问题, 可以使用集中调节模式, 这一模式是使用比较广泛的简单便利的方式, 但是, 这一模式对机械循环系统来说, 如果使用措施出现问题, 也会造成系统热力的失衡现象。

以我国东北沈阳地区为例, 冬季天气最冷温度为-30℃左右, 所以要根据不同单位具体的情况, 对供暖系统压力、锅炉出口热水的温度、回水的温度等进行确定。室内平均气温要在16℃-19℃, 锅炉出口热水的温度在50℃-75℃, 入口热水的温度为40℃-65℃。沈阳目前使用的是连续供暖模式, 如果要使用间歇调节, 每次水泵启动后供暖远端的用户水升温的时间比近端的用户落后, 为了解决这一现象, 循环泵热水从离热源最远到最近需要的时间, 工作的小时数要比公式算出的时间大一点, 以便确保用户之间平衡。

5结语

综上所述, 供暖热网系统热力平衡调整技术具有重要的意义, 需要引起人们的重视, 根据实际情况, 不断对其进行改进和完善, 以便切实发挥出供暖系统的作用。还要对整个系统各个环节进行严格把关, 确保供暖系统能够正常运行, 更好的为人民服务, 促进社会和谐发展。

摘要：科技的进步和社会的发展使得我国各项事业都不断进步, 人们经济水平的提高, 也增加了对各项基础设施建设的要求, 追求更高的生活品质。从目前我国的供暖体系来看, 热水供暖是一种被广泛接受的供暖方式之一, 使用这种方式的原因主要是:可以使室内各处的温度相对比较平均, 室内的温度也比较合适, 而且, 投资成本相对较少, 整个系统运行时需要的管理、维修等费用也较低, 还有着较好的环保功能, 安全性能也比较好。但是从实际情况来看, 这一系统还存在一些缺陷和不足, 本文主要对供暖热网系统内热力平衡调整基数进行详细的研究和分析, 以便促进整个供暖系统的发展。

关键词：供暖热网系统,热力平衡,调整

参考文献

[1]张琛, 孙光.试论供暖热网系统热力平衡的调整技术[J].民营科技, 2015 (4) :4-4.

[2]马新建.供暖热网系统热力平衡的调整技术研究[J].科技创新与生产力, 2013 (8) :69-70.

[3]刘海燕.试论供暖热网系统热力平衡的调整技术[J].科技致富向导, 2013 (5) :188-188.

[4]武政.供热系统热网水力平衡调节浅析[J].商品与质量·建筑与发展, 2015.

基于广域网的新型热网监控系统 篇8

目前,国内热网结构逐步向集中供热方式发展,城市供热管网控制方案主要是基于热源和热网两部分分别进行,但还有相当大的一部分热力站设备的运行处于人工调节状态,热网平衡难以实现,且运行的经济性能低下[1]。本文以集中供热企业为对象,运用网络技术,采用嵌入式系统设计一种基于广域网的新型热网监控系统,系统可有效改善集中供热系统中的热力、水力失调问题,降低了能源降耗,实现热力站无人值守。

2 系统构成

基于广域网的新型热网监控系统由监控中心、通讯网络和控制节点三大部分组成,系统结构框图如图1所示。微机监控中心负责选择全网的控制模式和运行方式,使热网达到最优化运行,同时支持各种图形、流程以及数据显示打印功能;通讯网络保证监控中心与控制节点(安装在各个供热小区热力站)进行数据传输,确保数据传输的传输速率、实时性能和抗干扰性能;控制节点采集本站运行参数(压力、温度和流量),通过通讯网络将运行参数传送到监控中心,同时接收监控中心控制命令,控制执行机构动作,保证热网在设定值下安全、稳定、可靠运行,实现热网平衡。

3 通讯方式确定

通讯网络是控制系统中的重要组成部分,它负责在控制节点与监控中心之间传送信息,以此实现遥测与遥控功能,因此,通讯方式的正确选择对控制系统运行的稳定性起着至关重要的作用。

目前国内热网控制系统中的通讯网络大多使用以下几种通讯方式:无线数传电台、公用交换电话网PSTN和GPRS等方式。无线数传电台覆盖范围有限,易受风、雨、雷等天气影响,误码率较高,需要人工巡查维护,维修费用大,而且目前国家对无线电频谱资源的使用进行了限制;PSTN方式即使拨号服务端采用数字中继线,最高传输速率也仅为56kbps,传输速率低,信道建立时间长且线路独占;GPRS虽然按流量计费,但是通信运行费用仍是一笔不小的开销,而且近年来随着GPRS的发展,以及GPRS概念的热炒,由于网络资源贫乏,通常造成信息堵塞,长时间不能接收到数据,有延时、实时性差,失去了数据实时监测的意义[2]。

ADSL是英文Asymmetrical Digital Subscriber Loop缩写,即“非对称性数位用户传输专线网络”[3],ADSL技术在工业远程通讯的优势如下:

(1)带宽高,实时性较强;

(2)ADSL通讯中分割多个子频道,有效利用频宽,使得下行传输速率可达8-9Mbps,上行最高可至1Mbps,明显提高数据传输速度;分割子频道同时增强了通讯抗噪音能力,达到良好抗干扰效果;

(3)ADSL虽是有线方式,但使用的是城市已有的电话网络,节省了线路投资;

(4)ADSL属于一种星型网络结构,组网简单、安装方便、网络查修、维修容易,而且个别电路故障,不会影响其他用户。

4 热力站控制节点硬件设计

控制节点由CPU、数据采集、A/D转换、数据通讯接口等模块组成,采用嵌入式系统设计,避免了采用PLC控制器体积较大、成本较高的缺点;与单片机相比,由于嵌入式系统可以进行操作系统移植,可以利用操作系统资源方便地实现网络通讯以及本系统所要求的实时多任务的功能。系统的硬件原理图如图2所示。

4.1 CPU

核心芯片C P U选用微处理器S 3 C 4 4 B 0 X,是一款基于ARM7TDMI核的高性价比和高性能的微处理器,最高可工作在66MHZ。内部集成了8KB Cache、外部存储器控制器、2通道UART、5通道PWM定时器及一个内部定时器、1个看门狗定时器、71个通用I/O口、8个外部中断源、实时时钟、8通道10位ADC等[4,5]。

4.2 数据采集模块设计

在热网监控系统中,数据采集是重要环节。本系统的数据采集模块由I/V转换电路、电压跟随器及S3C44B0X内部集成的8通道10位ADC构成。I/V转换电路通过125欧姆精密电阻将从传感器产生的4-20m A信号(J1引入)变换为0-2.5V电压信号,电压跟随器采用集成运算放大器的芯片LM324,有效地提高了输入阻抗,充分保证A/D转换精度。硬件连接中S3C44B0X的引脚AVCOM是公共参考电压输入端,AREFT为参考正电压,AREFB为参考负电压,均需接滤波电容处理。如图3所示。

4.3 数据通讯接口设计

本系统以太网接口芯片选用集成MAC层和PHY层的RTL8019AS,能够减小嵌入式硬件平台体积,满足嵌入式系统精简设计原则。硬件连接中采用n GCS3为以太网模块地址使能位,将以太网卡映射在系统的Bank3上。RTL8019AS的SD[15:0]与CPU低16位数据线相连,SA[4:0]与CPU的ADDR[5:1]相连,SA0与ADDR1对应连接,提供16位数据宽度。RTL8019AS经由网络隔离变压器PE68515与RJ45接口相连,构成以太网电路接口。

使用R T L 8 0 1 9 A S的设计中有以下两点需要注意:由于RTL8019AS的复位引脚RSTDRV是高电平有效的复位信号,且高电平时间长度需大于800ns,通常在RSTDRV从高电平回到低电平之后的100ms,再对RTL8019AS进行读写操作来保证完全复位;RTL8019AS含有16KB的RAM,为保证以太网控制器能够正确接收数据包,在完成对寄存器初始化后,要对网卡的物理地址进行设置,而RAM地址中的0X0000-0X000B的12字节是网卡的物理地址,这12字节是单双地址重复存储的[5]。

4.4 其他外围电路设计

(1)电源电路

采用大容量芯片LM2576、LM1117将直流9V电压转换为5.0V、3.3V和2.5V稳定电压供系统工作。如图2所示。

(2)复位电路

采用MAX811芯片,可实现手动、上电复位。如图2所示。

(3)外部存储器

在系统的B a n k 0、B a n k 6上采用S S T 3 9 V F 3 2 0和HY57V281620设计16位数据宽度、存储容量为4M FLASH存储器8M SDRAM存储器。FLASH存储器主要作用就是存放程序代码(Bootloader和操作系统的可执行文件),系统上电或复位后从此获得指令并开始执行。SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、采样数据存储及堆栈区,在完成系统初始化后,程序代码应调入SDRAM运行[6],以提高系统的运行速度。如图2所示。

5 热力站控制节点软件设计

5.1 软件体系结构

软件部分主要包括驱动层、操作系统层和应用层[7]。操作系统采用Vx Works实时操作系统,根据热网监控的实际应用环境要求对内核进行裁剪和重新配置。软件体系结构如图4所示:

5.2 实时多任务处理模块设计

由图4可知,根据热网功能需求,应用程序分为数据采集任务、数据显示任务、网络通讯任务、控制执行机构任务、按键任务等。

通过入口函数发起各个任务,其中数据接收任务设计为阻塞通讯方式,只要服务器发出控制命令,客户端能够及时接收。当接收到正确数据后,添加到队列,等待命令解释任务处理;而A/D转换任务不断更新热力站工况数据,该数据作为一个全局数据,以共享内存的方式供数据发送任务和数据显示任务使用;网络监控任务当通讯出现故障后,及时关断通讯套接字,并重新发起网络相关任务,保证数据可靠传输。各个任务之间的相互关系[7]如图5所示:

5.3 主要任务的程序设计

5.3.1 数据采集任务

S3C44B0X自带ADC,转换只使用到3个寄存器:ADC控制寄存器(A D C C O N)、A D C数据寄存器(A D C D A T)、A D C预置比例因子寄存器(ADCPSR)。通过ADCPSR和ADCCON实现ADC初始化,利用Vx Works操作系统的信号量释放实现A/D转换循环,不断丛ADCDAT中读出转换数据。应用程序设计中有以下几点需要注意:由于ADC的模拟输入通道没有采样/保持电路,使用时可设置较大的ADCPSR值,以降低输入通道因信号输出电阻过大而产生的信号电压;通道切换时,应保证至少15us的间隔;ADC从sleep模式退出时,通道信号应保持10 ms,以使ADC参考电压稳定。

5.3.2 数据通讯任务

5.3.2. 1 通信协议格式

为保证热网数据的高效、准确传输,我们采用了变长通信协议,具体格式如表1所示:

5.3.2. 2 基于客户端-服务器模式的网络通讯

(1)建立数据连接

控制节点作为客户端[8],通过服务器域名获得其IP地址,通过socket()函数创建一个socket,然后调用connect()函数与服务器连接。

(2)数据通讯

本系统采用TCP方式进行通讯,通过调用send()和recv()函数实现数据通讯。

(3)网络断路监控与重拨

通过信号量semnet Check Id的使用监视网络链路状态,如果链路连接与数据通讯过程中出错,便关闭通讯套接字。通过软定时器再次调用网络初始化函数,实现断网重拨功能。

(4)通讯数据解析

网络通讯初始化程序同时发起命令解释任务,当控制节点正确接受到监控中心数据,通过释放信号量semnet Recv Id,执行命令解释任务,参照自定义的通信协议表1,对监控中心的数据进行解释并执行监控中心的相应控制命令。

6 结束语

基于广域网的新型热网监控系统是一个集计算机网络、检测与自动控制技术为一体的远程监控系统。本设计将嵌入式系统和ADSL技术应用到远程工业控制系统中,具有实时性强、鲁棒性好、性价比高等特点。此系统应用于包头市某供热企业,效果良好。

摘要：本文提出一种基于广域网的新型热网监控系统设计方案,系统可以实时监测供热管网的运行参数,自动调整热网平衡状态。文章分析了远程工业控制中常用通讯技术的优缺点,着重阐述了基于广域网的新型热网监控系统的关键技术棗热力站控制节点的硬件、软件设计。

关键词：嵌入式系统,热网平衡控制,ADSL

参考文献

[1]薛会梅.智能控制在热网热量平衡中应用的研究[D].大连海事大学,2006:1-8

[2]轩世杰,蔡孟武,魏孟军.基于GPRS的热电远程监控系统开发应用[J].电力系统通信.2004,8:8-10.

[3]李彦庆,庄育维.ADSL完全功略[M].北京:电子工业出版社,2002

[4]三星公司.S3C44B0X Data Sheet数据手册[Z].http://www.samsung.com

[5]田泽.嵌入式系统开发与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[6]王金刚,宫霄霖,苏淇等.基于VxWorks的嵌入式实时系统设计[M].北京:清华大学出版社.2004.

[7]周航慈,吴光文.基于嵌入式实时操作系统的程序设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社.2006.