热网监控

　　集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，是今后供热的发展方向，它具有热效率高、节能、污染小、供热效果好等优点，一般采用热电厂的余热。热网监控系统是专为热网调度自动化而设计的，它集人机界面、数据库管理、计算机网络、远程数据通讯、过程控制和信号检测等先进技术于一体，是区域供热实现现代化管理的一个重要标志。

　　基于美国艾默生MC系列暖通专用控制器的YLT Design热网监控系统，用于集中供热系统中整个热网以及全部热力站的监测、控制和管理，协助调度和值班人员，使热网能够安全、正常、节能地运行，圆满的完成供热任务。系统具有高性能、高可靠性、通讯灵活、易维护等特点，为城市热网监控提供了高性能的、实用的、经济的解决方案。

　　热网监控系统设计

　　热网调度监控系统对各换热站工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、联锁和报警，以及报表打印，通过使用在调度中心和各换热站间的一系列通讯链，完成整个热网调度所必需的数据采集、数据通讯、温度及压力控制、时间段和温度气候补偿控制、回路调节及上位监视和管理功能。整个系统由调度监控中心、数据通信网络、现场控制站三部分组成。现场换热站主要完成各换热站一、二次网的温度、压力、流量、液位等工艺参数的实时采集、各种运行设备的状态实时反映和控制；在通讯网络的支撑下，通过某种网络接口将反映换热站运行状态的数据传送到调度监控中心，同时接收调度监控中心发来的调度控制指令；调度监控中心负责接收各现场监控设备发来的数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报警、报表打印等，在此基础上，向各现场设备发出调度控制指令。

　　调度监控中心

　　热网监控中心主要由数据服务器、操作员工作站、工程师工作站、通讯网关、模拟屏、以太网交换机、防火墙、打印机、UPS电源等组成。对规模较小的供热企业，可不设数据服务器，直接用操作员工作站兼数据服务器的功能；对于系统规模较大的供热企业来说，如果热力站规模超过50个以上，建议采用专用的数据库服务器，运行管理人员主要通过操作员工作站完成监控工作。

　　现场控制站

　　现场控制站主要由液晶显示操作终端和控制系统两部分组成。彩色液晶显示屏主要完成各种监控画面、采集参数的显示，并接受一些参数设定的输入信息。控制系统采用性价比较高的艾默生MC系列专用控制器，包括CPU模块、I/O模块、特殊功能模块等，系统集成多种通讯接口，适用于各种通讯网络。

　　通讯网络

　　通讯网络是整个热网监控系统联络的枢纽，各个换热站、热源、管道监控节点通过通讯网络系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度，必须建立连接所有监控点的通讯网络。随着网络技术的飞速发展，用户选择的空间越来越大，而且各个地方由于网通、电信、移动、联通部门提供的服务在价格和技术上差异较大，对于通讯方式的选择应该结合实际情况进行仔细分析和比较，最终选择最适合自己的通讯方式。

　　目前用户在选择通讯网络时主要有如下四种方案：

　　1)拨号通讯网络：直接采用调制解调器拨号；

　　优点：网络建设简单、维护工作量小、运行费用较低，；

　　缺点：网络不稳定、实时性差、同时只能有一个站上报数据。

　　2)无线通讯网络：无线电台，采用公用无线频段，自建无线发射、接收站；

　　优点：运行费用较低；

　　缺点：安装工作量较大、网络不太稳定、易受干扰、实时性差。

　　3)移动通讯网络：GPRS/CDMA网络；

　　优点：安装简单、不受传输距离限制、抗干扰能力强、易维护；

　　缺点：运行费用相对较高。

　　4)虚拟专用网络、ADSL等各种宽带技术。

　　优点：实时性较好，安装简单，易维护，网络的安全防范性好；

　　缺点：运行费用相对较高。

　　控制策略

　　热网监控系统，上级为中心调度室即中控室，下级为若干自控热力站，一般情况自控热力站各自独立，中控室不干预热力站的控制，实现分散控制，消除了危险集中，同时增强了系统的灵活性和可扩展性。中控室与热力站实现了无线通讯，监测热网中各热力站的运行工况，通过对全网运行参数的掌握，分析判断各热力站的热力平衡度，查询管网运行的最不利点，预测调整热源与热负荷的热平衡，针对热网运行出现问题的所在，中控室向热力站或热源发出调度指令，实现优化运行。另外，中控室还具有完成热网档案的管理和运行数据的统计、存档、报表等功能。自动控制热力站在热网监控系统中起着承上启下的作用，及时将反映热网及热力站运行工况及设备工作状态的参数采集、传送、就地显示出来，又将按最佳运行工况要求自动执行操作，它的工作原理有以下几方面内容：

　　供热量调节控制系统

　　影响热负荷变化的主要因素是室外温度和供热面积的变化，其次夜间休息时降低室内温度和白天太阳辐射、随着人们生活起居时间部分生活热水负荷规律性的周期变化都将引起热负荷的变化。供热的最终目的是为了随着热负荷的变化及时供应相应的热能，因此热负荷变化的动态实时计算很有必要。其中室外温度变化是引起热负荷变化的最主要因素，由于室外温度的变化频率和变化幅度较大，供热系统实时地跟踪室外温度的变化进行调节的难度很大，甚至不可能。另一方面由于房间维护结构的蓄热作用，室外温度变化并不会立即成为热负荷，会经历一个蓄热、放热过程后成为热负荷，此时热负荷的变化会比室外温度的变化滞后而平缓，紧随室外温度变化而调节供热量并没有必要。

　　在动态计算热负荷时室外温度是关键，因此，室外温度的测量要准确。一方面我们要选精度等级高，可靠性强，稳定性好的产品。另一方面我们要规范室外温度的安装，加强室外温度的校准工作。除此之外，我们还要设计一种算法将采集来的室外温度“方波化”、“滞后化”、“平滑化”。

　　*方波化的目的是维持室外温度的相对稳定，减少设备的动作；

　　*滞后化的目的是考虑维护结构的热惯性作用，实际热负荷的变化滞后于室外温度的变化；

　　*平滑化的目的是考虑维护结构的蓄热作用，实际热负荷的变化比室外温度的变化要平滑的多；

　　控制滞后时间的参数是实际室外温度与用于参控的当量室外温度的偏差对时间的积分值，当该积分值超过我们的规定后“积分常数”就将改变当量室外温度值。控制平滑程度的参数是每次改变当量室外温度的幅度，该幅度值为实际室外温度与当量室外温度偏差除以“平滑系数”，该系数是我们事先设定好的。因此，算法中规定了“积分常数”和“平滑系数”，我们可以调试这两个参数来使算法能够较精确地描述出室外温度变化与热负荷变化之间的关系。

　　热源供热与房间需热之间存在几级热网系统，由于热网的蓄热作用，使得供热量变化和需热量变化之间的矛盾有可能得以缓解。合理利用供热管网的蓄热作用，不仅可以使供热量的调节频率降低，还会有效避免尖峰负荷的出现，有利于节约能源和减小供热系统的装机容量。但目前关于热网蓄热问题的研究较少，合理利用这种蓄热作用的应用也较少，有必要深入研究。可以肯定的是供热系统的调节环节越多、调节环节越接近用户端，越有利于发挥热网的蓄热作用，同时旁通调节会使热网的回水温度升高有利于发挥回水管的蓄热作用。

　　供热温度曲线和供热流量曲线的确定

　　热能输配过程中会有散热损失和泵耗，这两者相互矛盾着。散热损失与供热温度有关，泵耗与供热流量有关，因此供热温度与供热流量之间存在优化问题。

　　随着室外温度的变化，最佳供热温度和供热流量会不断变化，因此存在最佳供热温度曲线和最佳供热流量曲线。最高供热温度受管网和热源设备设计参数的限制，最大供热流量受热网循环泵的限制和管网可及性的限制，最小供热流量受热源设备设计参数和散热设备失调的限制。有些地区供热单位与热源单位由两家分管，供热单位不承担热网循环泵的电耗，但却承担热网损失，维持最大循环流量只改变供热温度的质调节方案对供热单位是最有利的。另外，有些供热系统不具备变流量的条件，就只能采用质调节方案或分阶段改变流量的质调节方案。因此，供热温度曲线和供热流量曲线的确定要充分考虑到不同供热系统的具体情况来制订动态温度和流量曲线。

　　热计量系统及远程抄表系统

　　热计量系统由一次供回水温度传感器，一次回水安装的流量计、积分仪组成。热力站设置热计量装置不仅为实施按热计量收费提供了计量手段，而且“热量与流量”作为重要的运行参数，对核算各个热力站技术经济指标和指导供热运行提供了重要依据。

　　抄表系统的硬件组成：

　　1、现场热表

　　现场热表指的是安装在用户家里或者供热井室内的热计量表，如机械式热表、超声波热表、工业式热表等。通过统一的、标准的通信协议，借助相应的通讯线路传输到集中抄表箱中（集抄器）。

　　2、M-BUS集抄器

　　集抄器是远程抄表的系统核心组成部分，它主要负责将若干块热量表通过事先设置好的采集周期采集到集抄器的存储器中，并实现数据的转换和远程数据的传输。同时，集抄器可以具备级联功能，以实现整个小区表计的统一集抄。

　　3、数据传输通道

　　数据传输通道包括集抄器与现场热表的传输通道和集抄器与控制中心的传输通道两个部分。

　　（1）现场热表与集抄器之间的通讯通道

　　此通信通道通过标准的0.5mm2 屏蔽电缆进行总线式连接，传输协议采用中国标准的M-BUS通信协议，以实现现场热表和集抄器之间的数据传输。

　　（2）集抄器与控制中心的通信通道

　　根据系统在不同情况下的实际应用情况，要求集抄器与上位机管理系统之间可以以任何一种传输方式进行通讯连接。

　　① 通过标准的RS232/485接口与上位机进行物理连接。

　　② 通过GPRS/CDMA 无线方式进行连接。连接设备采用DTU和无线路由器进行连接。

　　③局域网方式的连接。系统可以通过局域网的方式进行连接。

　　④ 通过动态虚拟主机方式。借助互联网，通过动态虚拟主机与上位机建立通讯连接。

　　4、上位机系统

　　上位机系统主要用来运行上位机管理软件、通讯软件、系统WEB发布，完成与集抄器之间的通讯、热表集抄数据的查询、打印、统计、分析等管理工作。

　　自控换热站的自我保护功能

　　自控换热站要求的是无人值守工作方式，运行人员只是对其定期巡查，热力站的自控系统需具有以下自我保护功能：

　　电源缺相、三相不平衡、电机过载保护。

　　具有停电保护，来电自起启功能。

　　水箱缺水，供热系统供水超温、供水超压、回水欠压保护及设备定期和故障切换等。

　　混水换热站三种基本形式：

　　a.水泵旁通加压，b.水泵回水加压，c.水泵供水加压；并在一次网供水中远处设中继加压站，在一次网回水上设减压站。

　　a、水泵旁通加压：混水泵设置在混水旁通管路上，利用水泵将二次网的一部分回水加压打入一次网供水中混合加热，形成二次网供水，二次网的另一部分回水作为一次网回水返回一次网回水总管；一次网供回水上设置调节阀，水泵采用变频控制。此供热方式适用于一次网供水的高中压区。

　　b、水泵回水加压：混水泵设置在二次网回水总管上，利用水泵将二次网回水加压，一部分回水受混水旁通管路上的调节阀或者一次网回水管路上调节阀(视水泵出口到一次网总回水与到二次网供水需增压力相对大小定)支配流入一次网供水混合加热，形成二次网供水，另一部分回水直接返回一次网回水总管；一次网供回水上设置调节阀，水泵采用变频控制。此供热方式适用于一次网供水的高压区且地势低洼处。

　　c、水泵供水加压：混水泵设置在二次网供水总管上，一次网回水调节阀将二次网回水压力调节至满足二次网系统静压，当一次网供水压力高于二次网回水静压时，一次网供水侧电动调节阀在调节流量的同时一次网供水阀后压力与二次网回水静压相持平衡，利用水泵将二次网一部分回水及一次网供水同时吸入混合加热，形成二次网供水，另一部分二次网回水直接返回一次网回水总管；一次网供水(或混水旁通)与一次网回水上设置调节阀，水泵采用变频控制。此供热方式适用于一次网供水的低压区。(当一次网供水压力低于二次网回水静压时，一次网侧的电动调节阀移至混水旁通上，此电动调节阀在调节流量的同时混水旁通阀后压力与一次网供水压力相持平衡

　　混水系统的调节

　　1．调整一次网管道上装的流量控制阀，使其流量等于各站设计一次网流量（一般是每一万平方米建筑面积为10-15t/h），这样一次网就基本调平了；

　　2．对于水泵旁通加压站，发现二次网压力过高时，可关一下手动调节阀，压力合适为止。

　　3．对于水泵回水加压站，当一次网回水压力低于二次网所需的供水压力时，可调节一次网回水侧手动调节阀，使其阀前压力满足二次网对供水压力的要求。

　　4．对于水泵供水加压站，当一次网供水压力高于二次网回水静压时，可调节一次网供水侧手动调节阀，使其阀后压力与二次网回水静压相平衡；当一次网供水压力低于二次网回水静压时，调节旁通管上的手动调节阀，使其阀前压力满足二次网系统静压。

　　5．调节混水泵变频器，减少混水泵多余的出力，节约电能。

　　6．注意在调试前，一次大网的定压点的压力不要太高，防止低处超压，视各站调试情况逐步升压。

　　混水供热应注意的问题

　　1．首先一定要将一次大网和各站二次网水压图绘制好；

　　2．根据各站压力和流量情况及与一次大网的关系，确定各站采取哪种混水方案；

　　3．混水泵的出力要有富余，以弥补设计偏差和负荷变化造成的系统不可调问题；

　　4．为了方便判断热网的调节及运行情况，各站的压力表和温度计要装全；

　　5．一次供（或回）水管尽量装上流量控制阀，以方便平衡；

　　6．混水泵尽量加变频，这样方便调平且更节电能；

　　7．对过低用户要有超压保护措施。

　　间接供热二次循环水泵自动控制系统

　　热力站间接连接供热方式，一次网与二次网水力工况互不影响。二次网循环水泵的工作参数一般都是按设计供热负荷选取，对于实施分户热计量的用户采暖系统，二次网具备变流量运行功能，即使对于通常用户采暖系统，在实际运行中，随着热负荷变化循环水泵变流量参与供热调节也可节约大量电能。此外，用户室内采暖系统无论是单管还是双管系统，最佳调节方式都是质量并调，即随室外温度的变化，不但调节供水温度，而且要调节系统流量，这样才能真正消除系统的水平失调和垂直失调。

　　间接供热补水定压自控系统

　　补水定压系统的作用是防止二次网倒空，保证系统在规定压力下恒压运行。该功能是通过变频调速控制柜完成的。系统压力信号来自定压采样旁通上的压力传感器，当此压力值低于设定压力时，变频控制柜指令补水泵加速补水；当系统压力高于设定压力时，变频控制柜指令补水泵减速补水；当系统压力超过限定压力时，泄压旁通上的旁通阀开启，进行排水泄压。