集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)設計及控制方案

-PAGE4-集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)設計及控制方案技術方案山西科達自控工程技術有限公司2011年1月目錄TOC\o"1-3"\h\u4141.第一章設計方案綜述 395721.1熱網控制系統(tǒng)技術方案 4275411.1.1設計原則 4166131.1.2方案簡介 4215001.1.3功能特點 54031.2熱網控制系統(tǒng)功能 793271.2.1網絡結構圖 7226301.2.2網絡結構概述 7185711.2.3監(jiān)控調度中心軟件功能 8283991.2.4本地換熱站控制器功能 1616601.2.5熱網平衡模塊功能 17

功能特點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，簡單易用，內置的常規(guī)功能即可滿足所有換熱機組控制需求；人性化顯示：自帶7寸真彩觸摸屏，內置單雙換熱機組流程圖畫面，顯示直觀，操作方便，易學易懂，充分體現(xiàn)人性化，方便巡檢人員進行就地觀測，包括溫度、壓力、流量、循環(huán)泵、補水泵的狀態(tài)等；參數檢測功能：完成模擬量采集包括:一次網供水溫度和壓力、一次網回水溫度和壓力、二次網供水溫度和壓力、二次網回水溫度和壓力、室外溫度、閥門開度、頻率反饋、一次網流量、二次網流量等,狀態(tài)量采集如：泵狀態(tài)等；脈沖量采集如：累計補水量、累計耗熱量等的測量；通訊功能：現(xiàn)場控制設備能夠與調度中心進行數據通信，支持采用ADSL或GPRS通訊方式，即通過Internet和移動網絡，主從站間進行數據傳輸，主站可遠程監(jiān)控各從站工況，無論距離遠近；參數存儲：可就地存儲至少一個采暖期的運行參數，以便供熱企業(yè)進行能效分析；控制模式：本地監(jiān)控站可以自動識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），經過判斷執(zhí)行其中一種控制指令，并運行對應的控制模式；控制功能：根據換熱站實際運行情況進行相關控制；根據調度監(jiān)控中心的各站調控參數以及二次側供回水溫度自動控制高溫水進入換熱器入口調節(jié)閥的開度；根據定壓點壓力自動控制補水泵轉速，若回水壓力低于設定值時自動報警；自動檢測循環(huán)泵運行狀態(tài)，并根據壓力自動控制主循環(huán)泵的轉速，；聯(lián)鎖保護功能：本地監(jiān)控器診斷到設備出現(xiàn)故障（如電機過流、過壓等）或現(xiàn)場工況發(fā)生異常變化（如二次網壓力過高、過低等），控制器可根據相應故障診斷軟件及工況評估邏輯，立即停止對應的設備運行，同時將報警類型及信息上傳至中控室，盡可能地保護系統(tǒng)的安全運行。報警功能：根據工藝要求，可將報警分為不同級別。各個溫度、壓力、水位等超限報警。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警，補水箱水位高低限報警等。水泵、電機、電動閥、變頻器、換熱器、通訊系統(tǒng)等故障報警；停電報警：換熱站配置UPS電源，作為現(xiàn)場控制器和調制解調器的后備電源，當換熱站供電出現(xiàn)故障或停電時，控制器能夠生成停電報警信號，并通知中央控制室的調度人員采取相應的措施。熱網實時監(jiān)控專用軟件功能：專用軟件功能：各個換熱站控制器與調度中心InscanHRC熱網實時監(jiān)控專用軟件進行通訊，實現(xiàn)換熱站無人值守，滿足所有換熱站功能需求；供熱參數實時監(jiān)測功能：調度中心直觀顯示各個換熱站在區(qū)域內的分布圖，點擊可進入換熱站運行參數詳細圖，實時顯示熱力站一級網和二級網供回水溫度和壓力、流量、熱量、閥門開度、水泵開啟狀態(tài)、循環(huán)泵變頻、補水泵變頻、液位等參數；手自動控制模式：根據現(xiàn)場工況提供兩種控制模式用于控制換熱站的一次網閥門開度，分別為：本地溫度控制、直接閥位控制。根據現(xiàn)場工況提供三種控制模式用于控制換熱站的二次網循環(huán)水流量，分別為：本地手動控制、本地自動控制、直接轉速控制。遠程修正功能：中控計算機能對本地控制站進行參數組態(tài)，包括修改溫度控制參數的給定值、控制模式及比例系數、積分系數及供熱曲線等控制參數；參數修正要設定權限。故障診斷及報警功能：根據參數信息及時診斷各系統(tǒng)的故障并指導維護。應能診斷下列故障：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、電動閥、變頻器等設備的故障；各熱力站的超限報警；第一時間接收各遠端控制站報警和故障信號，能及時發(fā)出聲光信號，并進行記錄。多功能報表：運行記錄、報表及圖形打印功能：可以自動生成、打印多種多樣的報表和參數變化曲線，至少包括各種運行記錄的日報表，統(tǒng)計分析報表及設備的故障狀態(tài)和維護清單，包括日/月/季等報表以及各個換熱站對比統(tǒng)計分析，為供熱企業(yè)分析熱網運行提供數據分析依據。參數統(tǒng)計及能源計量功能：根據實測參數統(tǒng)計各站及全網的能耗和水耗，計算出其平均值和累計值。計量時間可以為時、日、月、年，計量結果將以數據文件的形式存儲在外存儲器內，為量化管理和收費提供依據。熱網平衡功能：自動根據換熱站遠近距離、換熱站負荷大小，現(xiàn)實換熱站間熱力/水力平衡；短信報警功能：可將報警信息發(fā)送到相關責任人的手機上，用于及時處理報警，排除險情手機監(jiān)管：支持WAP手機瀏覽：通過手機，直接瀏覽關鍵的運行參數，真正做到遠程監(jiān)控的管理方式；視頻監(jiān)控：可結合網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過變焦功能，手動調節(jié)遠近焦距，最終實現(xiàn)換熱站無人值守；熱網控制系統(tǒng)功能網絡結構圖集中供熱工程換熱站專用控制系統(tǒng)圖示（adsl網絡連接）網絡結構概述本方案將采用先進的分布式和模塊化設計理念，利用成熟的軟硬件產品完成整個系統(tǒng)體系結構的搭建。本系統(tǒng)由各換熱站采集控制設備、通訊網絡和監(jiān)控中心組成。各換熱站采集控制設備使用U6-200一體化PLC，該設備是一套相對獨立運行的可編程控制設備，可對現(xiàn)場設備進行監(jiān)測和控制；能夠滿足需要進行流量計算、PID閉環(huán)控制和邏輯順序控制等應用的場合。通訊網絡是監(jiān)控中心與各換熱站間連接的橋梁，承載著數據傳送的功能。監(jiān)控中心采用上位機軟件InscanHRC熱網實時監(jiān)控專用軟件，配置熱網管理軟件包、熱網平衡模塊、Web發(fā)布軟件包及GSM短消息報警模塊，實現(xiàn)對監(jiān)控數據進行高效采集、長期存儲、查詢、數據處理等功能；以數據庫為核心構成完整的數據服務層，為上層應用系統(tǒng)提供穩(wěn)定的數據源。監(jiān)控調度中心軟件功能熱力公司下屬的各個換熱站采集的實時數據，通過ADSL+VPN的方式傳遞到調度中心（調度中心需要有使用公網固定IP或域名），由運行在調度中心的組態(tài)監(jiān)控軟件對換熱站內的壓力、溫度和流量數據進行實時監(jiān)控，統(tǒng)一調整各站參數，統(tǒng)一調整管網平衡。提供熱網管線非矢量的地理分布圖，地理分布圖上標有各個換熱站的實際位置，并顯示換熱站的主要運行參數，在該畫面上通過按鈕可以切換到任一個換熱站，查看換熱站的詳細信息。換熱站管網運行圖提供換熱站數據總貌畫面，總貌畫面以數據列表的形式，呈現(xiàn)了各個換熱站在一次網、二環(huán)網中的實時采集數據以及通訊狀態(tài)。熱網換熱站監(jiān)控總貌提供單個換熱站的運行監(jiān)控畫面，該畫面顯示單個換熱站內的各數據采集點的實時運行數據。換熱站遠程監(jiān)控提供單個換熱站的補/回水泵遠程控制畫面，通過該畫面可遠程監(jiān)控某個換熱站內的補水泵和循環(huán)泵運行。換熱站遠程補水/回水控制提供數據的自動保存功能，保存的歷史數據可隨時供使用者調取、查詢。提供數據報表生成和打印功能，可生成日報、月報、年報及同期比較報表，通過報表分析數據的變化情況，判斷管路的失水情況，分析設備運行是否正常。能耗數據查詢表熱網關鍵參數報表提供多種數據曲線/圖形顯示功能，可選擇任意換熱站的數據點進行查看，比較實時或歷史的曲線數據。運行數據曲線氣溫預測曲線各個換熱站供熱區(qū)域對比餅圖提供位于實時數據采集和管理分析軟件基礎之上的換熱站綜合運行軟件，擁有熱網平衡輪詢監(jiān)視、氣象數據更新、DCS數據采集報警、平衡數據分析等功能，是一套擁有強大擴展性的綜合應用軟件。換熱站綜合運行軟件圖示平衡運行前后數據對比圖多級操作權限設置，不同的操作人員設置不同的功能權限，防止不同級別的操作人員越權操作。換熱站綜合管理登錄系統(tǒng)登錄異常情況報警（通信失敗、循環(huán)泵全停、超流量、低流量、超溫、低溫等），當發(fā)生系統(tǒng)報警時，自動出現(xiàn)報警提示，并提供報警歷史查詢功能。中控室報警畫面具備異常情況報警信息短信通知功能，當變量報警產生后，按預先設定好的手機號碼和報警內容進行發(fā)送，及時通知相關值班維護人員。短消息報警圖示提供數據的分析功能，通過記錄的熱網運行歷史數據，在一個采暖期結束后與前期數據進行比較分析，查出整個換熱管網的主要問題，為今后的升級改造提供有針對性的分析。熱網換熱站統(tǒng)計報表能耗數據明細提供雙機冗余備份功能，系統(tǒng)由兩套組態(tài)相同的監(jiān)控軟件，一套設為主站，另一套設為從站，系統(tǒng)正常工作時只有主機和換熱站通訊，從機不通訊，從機通過主站進行數據備份和同步。如果主機出現(xiàn)故障，其中一個從機接管主機工作。等主機恢復之后，可以通過自動或手動方式進行干預來恢復先前狀態(tài)。本系統(tǒng)采用網絡化設計，在服務器端運行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據采集系統(tǒng)采集到的各種運行數據。同時，可按用戶需求，定制若干手機瀏覽頁面，供用戶便捷的進行訪問。手機WAP瀏覽可結合網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過變焦功能，遠程調節(jié)攝像頭的觀察位置和遠近焦距，最終實現(xiàn)換熱站無人值守。換熱站視頻監(jiān)控同時，使用數據實時轉發(fā)技術，可遠程瀏覽控制專網內的DCS運行數據，真正實現(xiàn)全廠信息的集中監(jiān)控。DCS運行數據的WEB發(fā)布本地換熱站控制器功能本地換熱站在U6-200一體化PLC的7寸真彩觸摸屏上提供單個換熱站的運行監(jiān)控流程圖畫面，顯示直觀，操作方便，易學易懂，充分體現(xiàn)人性化，方便巡檢人員進行就地觀測。雙換熱機組本地監(jiān)控換熱站本地補水/回水控制熱網平衡模塊功能在運行與控制方面最重要的問題在于熱網平衡。一個集中供熱系統(tǒng)，特別是一個大的集中供熱系統(tǒng)，要實現(xiàn)穩(wěn)定運行和均衡供熱的基本條件是保證管網的水力工況平衡。過去，熱網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，流量超過設計值，而末端壓差不足流量低于設計值因而造成近端用戶過熱，遠端用戶不熱的原因，就是因為系統(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：受熱源廠設備的限制，供給的壓力不足，或者因為系統(tǒng)的循環(huán)水量超過原設計值，使循環(huán)水泵的供給壓力下降；管網設計不合理，或者管網堵塞造成系統(tǒng)的壓力損失過大，超出了熱源廠設備所能提供的壓力；系統(tǒng)(管網和熱力站)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備選型與管線鋪設來保障，但是在控制上仍需要由控制手段來保障，特別是在整個熱網負荷變化的情況下協(xié)調各換熱站的能量分配。對于熱網平衡來說，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，但同時也要考慮到各站的暖氣和地暖因素影響，這會造成有些地區(qū)的溫度偏高或偏低。整個平衡是按照周期性進行控制（考慮二網滯后因素影響），綜合考慮各站的供回水溫度和流量，經過平衡算法得到各站平衡參數，將參數下發(fā)給各換熱站由各站控制器來合理地調整一網流量，使得整個網絡中各站溫度趨于平衡。算法中的主要模塊配置參數和參數使用說明如下：優(yōu)先級該參數表明換熱站在整個平衡系統(tǒng)中的優(yōu)先級，級別越高表明該站能優(yōu)先從熱網中得到更多的資源，往往