热网监控系统在供热管理的应用_工程实践

摘要

摘要：结合工程实际，对热网监控系统的结构及功能进行了探讨。分析了热网监控系统在实际运行中产生的社会效益和经济效益。关键词：热网监控系统；监控中心；热力站；通信网络Applicatio

摘要：结合工程实际，对热网监控系统的结构及功能进行了探讨。分析了热网监控系统在实际运行中产生的社会效益和经济效益。

关键词：热网监控系统；监控中心；热力站；通信网络

Application of Monitoring System for Heat-supply Network to Heating Management

ZHOU Yanqing，PEI Mingzhe

Abstract：The structure and functions of monitoring system for heat-supply network are discussed with an engineering example.The social and economic benefits generated by the monitoring system for heat-supply network during its actual operation are analyzed.

Key words：monitoring system for heat-supply network；monitoring center；substation；eommunication network

供热系统的运行调节始终围绕着热源供热量与热用户用热量之间的匹配问题展开。但是，热源的调节余地是有限的，而热用户用热量的变化范围较大。因此，对热源、热网、热用户等的运行工况、状态进行实时监控，通过热网监控系统对运行参数进行采集记录、储存统计、汇总分析，将资源进行合理调配与控制势在必行。热网监控系统可用于协调热源供热量与热用户用热量之间的关系，实现按需供热，采集、储存、统计、分析热网的运行参数，实现供热设备的实时监控和故障诊断^[1～12]。本文结合某热网监控系统的建设与运行，对热网监控系统在供热管理中的应用进行探讨。

1 热网监控系统建设的背景

近年来，唐山的城市供热得到了快速发展。特别是2009、2010年分别投入5.6×10⁸、5.06×10⁸元引入大唐陡河电厂、大唐丰润电厂热源并进行了配套热网工程建设，使唐山市热力总公司总供热面积达到2535×10⁴m²，供热能力达到4000×10⁴m²，热力站360座，大型中继泵站2座，并已形成多热源环状管网。

唐山市热力总公司于1998年开始建设热力站控制系统，当时为亚洲银行贷款项目，所属西部分公司的80座热力站安装了本地控制装置。热力站内安装S7-300、S5-100两种PLC可编程控制器、电动调节阀等设备。根据采集的室外温度、本地供热曲线，PLC可编程控制器通过电动调节阀控制热网流量，并显示一二级管网温度、压力、流量等参数。截至2009年供暖期前，共安装投入运行热力站控制系统240套，并完成热网监控系统的建设。

2 热网监控系统的结构及功能

① 热网监控系统结构

热网监控系统分为3层，拓扑结构见图1。上层——监控中心，即热网监控系统的控制与信息交换中心，包括操作员站、工程师站等。中间层——数据通信网络，连接监控中心与热力站，负责数据与控制指令的传输。下层——热力站。

② 监控中心

监控中心是热网监控系统的指挥中心，硬件设备主要包括：数据库服务器、数据采集服务器、全网平衡控制服务器、工程师站主机、操作员站主机、网络打印机、显示屏等。软件系统包括应用软件与数据库，应用软件有智能控制系统、热源数据传输系统、室内温度采集系统、热表数据采集系统、视频系统等软件。数据库包括历史数据库、实时数据库等，通过内部局域网进行系统间数据访问和共享。

监控中心的调度人员通过操作员站监控热网运行情况，操作员站配置热力站工艺流程画面、热力站名称及通信状态汇总画面、历史记录查询画面、报警画面、登录管理画面等。根据唐山市热力总公司的组织机构，共设置4个分公司操作员站、1个备用操作员站，每个操作员站管理一个分公司的所属热力站。

工程师站主要负责热网监控系统的软硬件、通信、热力站现场装置的维护，分析解决故障，确保热网监控系统安全稳定运行。在工程师站配置组态软件(开发版)，开发、维护、修改、完善组态应用软件。工程师站配置数据库分析及管理应用软件、热网仿真软件、热力站仿真分析软件、生产运行调度及全网平衡分析软件、数据地理信息显示应用软件等。

监控中心的功能为：对热力站运行参数进行实时有效采集，掌握运行工况。根据运行工况对全网进行优化调度，平衡全网的供热需求。实时诊断系统运行故障，并进行报警。根据室外温度预测供热负荷需求。实现热力站内热量表、水表、电表等数据的采集，变频循环泵工作频率的采集与控制，热力站内视频图像的传输，典型用户室内温度的采集与分析。建立运行档案，便于分析、归档、共享，提升管理水平。

③ 数据通信网络

数据通信网络担负着各热力站与监控中心之间的数据传输任务，在热网监控系统设计时，应考虑数据通信系统的性能、造价、运行费用等因素。采用ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户环路)建立数据通道。ADSL技术利用现有的电话线，加装ADSL MODEM组成高速信息通道，是一种实时性较好、可靠性较高的通信方式，适用于组建热网监控系统的数据通信网络。各热力站采用ADSL线路组建VPN(Virtual Private Network，虚拟专用网络)内网与监控中心VPN专网点对点相连并相互通信。

④ 热力站

每座热力站内的PLC可编程控制器均配备通信模块，实现与监控中心的数据交换。PLC可编程控制器实现以下功能：模拟量信号、数字量信号的采集监控。根据监控中心的指令，设定或改变运行曲线，并通过调节电动阀、变频器等执行装置予以实施。可在通信故障时脱离监控中心完全独立运行。具有运行工况超限、设备故障、火灾、被盗、水淹等报警功能。视频图像的采集与上传功能。

⑤ 其他主要设备及功能

数据采集服务器负责采集各热力站的运行参数，建立热力站与监控中心的数据通道。数据采集服务器将采集的数据发送至数据库服务器，通过全网平衡控制服务器下发指令到各热力站，并接受操作员站的数据访问。它是数据采集与分配、转发的中心，要求可靠性高、性能好。

全网平衡控制服务器负责采集标准气象点的参数、各个热源出口监测点的参数、热网关键节点(包括分段阀门井、解列阀门井、中继泵站)的运行参数、最不利环路热力站(最远端热力站、水力汇交点附近热力站、已知的供热效果较差的热力站、建筑年代较早的热力站等)的运行参数。

3 热网监控系统产生的效益

热网监控系统实现了全网供热数据集中实时监控，为节能供热与管理创新提供了强有力的技术支撑。热网监控系统项目投入资金逾300×10⁴元。西部分公司2009—2010年、2010—2011年供暖期能耗比较见表1。由表1可知，在热网监控系统投入运行后，节能率达16%以上。热网监控系统的成功应用，改善了热网平衡，热用户室内温度稳定达标，提高了室内舒适度。提高了集中供热的自动化管理水平，降低了运行成本，使人力资源得到了释放，实现了减员增效的目标。减少了能源消耗，降低了碳排放量，响应了国家“节约能源、保护环境”的号召。

表1 西部分公司两个供暖期能耗比较

项目	供暖期
项目	2009—2010年	2010—2011年
供热面积/m²	8184905	8776524
供热时间/h	2838	2679
室外平均温度/℃	-3.46	-3.34
单位面积耗热量/(MJ·m^-2)	412	346

4 结语

热网监控系统的应用使分散的热力站成为了一个整体，实现了区域内各热力站的统一调度管理，确保了集中供热系统协调有序地安全运行。热网运行参数的实时采集，实现了监控中心显示参数与热力站运行参数保持同步。热网运行参数的全面监控，实现了调度人员全面、直观地掌握从热源到热力站的运行情况。热网运行参数的综合分析，使调度人员能够及时判断运行工况，在最短的时间内发现和处理故障。实现了热网平衡运行，消除了大面积过热、过冷现象，改善了供热效果。

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(本文作者：周燕青裴明哲唐山市热力总公司河北唐山 063000)