集中供热综合项目工程换热站专用控制新版专业系统设计及控制专项方案.docx
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集中供热综合项目工程换热站专用控制新版专业系统设计及控制专项方案
集中供热工程换热站专用控制系统设计及控制方案
技术方案
山西科达自控工程技术
1月
1.
第一章设计方案综述
本系统是集企业多年来供热工程应用经验,专门针对北方集中供热工程项目提供换热站专用控制系统。
该系统采取浙江中控自动化仪表自主研发U6-200一体化PLC,监控中心上位机软件采取InscanHRC热网实时监控专用软件,配置热网管理软件包、热网平衡模块、Web公布软件包及GSM短消息报警模块,实现对各个小区换热站热网运行参数采集存放,外界环境温度赔偿,热网温度流量、动力设备启停及调整、安全报警和自动分析、热网系统故障诊疗、能源计量分析等功效,并配合现场网络视频监控系统,以达成整个热网系统供热平衡、安全、经济运行,最终实现无人值守型换热站。
换热站专用控制系统图示
在自动化设计上,设置监控中心控制室(调度中心)一个,内含2台调度计算机同时经过通讯方法对换热站进行监控,2台调度中心计算机为1主1备冗余。
主监控操作站完成控制室内人机交互功效,在计算机上显示各站换热网工艺管道、参数、控制步骤图,包含各类热力参数、阀门等各类实施机构状态显示和自/手动操作。
监控操作站除完成基础各换热站运行数据采集、远程调度控制、数据统计报表生成等之外,还含有热网平衡调整、提供热网负荷需求趋势估计、估计负荷和实际负荷对比、互联网web远程浏览、手机wap浏览、手机短信报警等热网管理功效。
换热站采取就地和主控室远程控制协作方法。
各站放置独立U6-200一体化PLC一套,该终端设备配有彩色触摸屏,方便巡检人员进行就地观察,实现小区热网运行参数采集和监控,如压力、温度、流量、电流等,并集中将运行参数发送至远方控制中心;U6-200一体化PLC可就地存放最少一个采暖期运行参数,实现依据室外温度值自动控制二次供回水温度,并可同时控制循环变频及补水变频,进行量值调整;在启用换热平衡模块后,各站控制器接收主控室发送平衡参数,结合各站过程参数调整二次供回水温度;控制器也可接收主控室下发各项命令,完成远程控制热网温度、流量、动力设备启停等。
同时结合网络视频监控系统,经过变焦功效,手动调整远近焦距,最终实现换热站无人值守。
1.1热网控制系统技术方案
1.1.1设计标准
本设计方案基于“集中管理,分散控制”模式,数字化、信息化环境保护工程思想,着眼于热网“管控一体化”信息系统建设,建立一个优异、可靠、高效、安全且便于深入扩充集过程控制、监视和计算机调度管理于一体而且含有良好开放性监控系统,完成对整个供热运行监测和自动控制,实现“换热站无人值守”目标。
1.1.2方案介绍
自动化热网监控系统,采取分布式计算机系统结构,即采取中央和就地分工协作监控方法。
中央控制室负责全网参数监视和必需时远程调控,在开启平衡模块情况下完成各换热站流量和能量调配;各换热站依据中央控制室下发平衡参数进行供回水温度自动,同时也可经过就地手动干预或远程干预。
本系统由调度监控中心、远程终端站、通讯网络和和监测控制相关仪表等部分组成。
调度监控中心起着调度中枢作用,能够察看全网供热参数,同时进行热力工况分析来指导全网运行。
远程终端站由含有测控功效控制装置和通讯系统组成。
远程终端站经过和其相连仪表和实施机构完成对一、二级换热站和其它现场设备数据采集和控制功效。
该热力站运行管理系统采取策略为:
中央监测、现场控制。
中央管理工作站关键负责检测显示热网参数(必需时提供远程控制)和各站协调;每个热力站独立地工作,互不干扰。
即使某一个换热站出现故障也不会影响其它换热站正常工作。
各换热站关键实现以下三方面自动控制:
①依据调度监控中心各站调控参数和二次侧供回水温度自动控制高温水进入换热器入口调整阀开度;②依据定压点压力自动控制补水泵转速,若回水压力低于设定值时自动报警;③自动检测循环泵运行状态,并依据压力自动控制主循环泵转速。
整个通讯系统分调度监控中心、各换热站和通讯网络三个部分,通讯采取ADSL通讯方法,在调度监控中心设置专网,在每个换热站独立设置通讯方法,和U6-200一体化PLC通讯模块相连,进行数据收发。
1.1.3功效特点
换热站专用控制器功效:
1.专用控制器:
专门为换热站量身定做U6-200一体化PLC,无需用户编程,简单易用,内置常规功效即可满足全部换热机组控制需求;
2.人性化显示:
自带7寸真彩触摸屏,内置单双换热机组步骤图画面,显示直观,操作方便,易学易懂,充足表现人性化,方便巡检人员进行就地观察,包含温度、压力、流量、循环泵、补水泵状态等;
3.参数检测功效:
完成模拟量采集包含:
一次网供水温度和压力、一次网回水温度和压力、二次网供水温度和压力、二次网回水温度和压力、室外温度、阀门开度、频率反馈、一次网流量、二次网流量等,状态量采集如:
泵状态等;脉冲量采集如:
累计补水量、累计耗热量等测量;
4.通讯功效:
现场控制设备能够和调度中心进行数据通信,支持采取ADSL或GPRS通讯方法,即经过Internet和移动网络,主从站间进行数据传输,主站可远程监控各从站工况,不管距离远近;
5.参数存放:
可就地存放最少一个采暖期运行参数,方便供热企业进行能效分析;
6.控制模式:
当地监控站能够自动识别中控室传来控制模式指令(当地控制、温度控制、直接阀位/频率控制),经过判定实施其中一个控制指令,并运行对应控制模式;
7.控制功效:
依据换热站实际运行情况进行相关控制;
a)依据调度监控中心各站调控参数和二次侧供回水温度自动控制高温水进入换热器入口调整阀开度;
b)依据定压点压力自动控制补水泵转速,若回水压力低于设定值时自动报警;
c)自动检测循环泵运行状态,并依据压力自动控制主循环泵转速,;
8.联锁保护功效:
当地监控器诊疗到设备出现故障(如电机过流、过压等)或现场工况发生异常改变(如二次网压力过高、过低等),控制器可依据对应故障诊疗软件及工况评定逻辑,立即停止对应设备运行,同时将报警类型及信息上传至中控室,尽可能地保护系统安全运行。
9.报警功效:
依据工艺要求,可将报警分为不一样等级。
a)各个温度、压力、水位等超限报警。
最少包含:
一次供水压力、二次回水压力、二次供水温度高限报警,补水箱水位高低限报警等。
b)水泵、电机、电动阀、变频器、换热器、通讯系统等故障报警;
c)停电报警:
换热站配置UPS电源,作为现场控制器和调制解调器后备电源,当换热站供电出现故障或停电时,控制器能够生成停电报警信号,并通知中央控制室调度人员采取对应方法。
热网实时监控专用软件功效:
1.专用软件功效:
各个换热站控制器和调度中心InscanHRC热网实时监控专用软件进行通讯,实现换热站无人值守,满足全部换热站功效需求;
2.供热参数实时监测功效:
调度中心直观显示各个换热站在区域内分布图,点击可进入换热站运行参数具体图,实时显示热力站一级网和二级网供回水温度和压力、流量、热量、阀门开度、水泵开启状态、循环泵变频、补水泵变频、液位等参数;
3.手自动控制模式:
a)依据现场工况提供两种控制模式用于控制换热站一次网阀门开度,分别为:
当地温度控制、直接阀位控制。
b)依据现场工况提供三种控制模式用于控制换热站二次网循环水流量,分别为:
当地手动控制、当地自动控制、直接转速控制。
4.远程修正功效:
中控计算机能对当地控制站进行参数组态,包含修改温度控制参数给定值、控制模式及百分比系数、积分系数及供热曲线等控制参数;参数修正要设定权限。
5.故障诊疗及报警功效:
依据参数信息立即诊疗各系统故障并指导维护。
应能诊疗下列故障:
压力、温度、流量传感器故障;通讯系统故障;各热力站水泵、电机、电动阀、变频器等设备故障;各热力站超限报警;第一时间接收各远端控制站报警和故障信号,能立即发出声光信号,并进行统计。
6.多功效报表:
运行统计、报表及图形打印功效:
能够自动生成、打印多个多样报表和参数改变曲线,最少包含多种运行统计日报表,统计分析报表及设备故障状态和维护清单,包含日/月/季等报表和各个换热站对比统计分析,为供热企业分析热网运行提供数据分析依据。
7.参数统计及能源计量功效:
依据实测参数统计各站及全网能耗和水耗,计算出其平均值和累计值。
计量时间能够为时、日、月、年,计量结果将以数据文件形式存放在外存放器内,为量化管理和收费提供依据。
8.热网平衡功效:
自动依据换热站远近距离、换热站负荷大小,现实换热站间热力/水力平衡;
9.短信报警功效:
可将报警信息发送到相关责任人手机上,用于立即处理报警,排除险情
10.手机监管:
支持WAP手机浏览:
经过手机,直接浏览关键运行参数,真正做到远程监控管理方法;
11.视频监控:
可结合网络视频监控系统,经过变焦功效,手动调整远近焦距,最终实现换热站无人值守;
1.2热网控制系统功效
1.2.1网络结构图
集中供热工程换热站专用控制系统图示(adsl网络连接)
1.2.2网络结构概述
本方案将采取优异分布式和模块化设计理念,利用成熟软硬件产品完成整个系统体系结构搭建。
本系统由各换热站采集控制设备、通讯网络和监控中心组成。
各换热站采集控制设备使用U6-200一体化PLC,该设备是一套相对独立运行可编程控制设备,可对现场设备进行监测和控制;能够满足需要进行流量计算、PID闭环控制和逻辑次序控制等应用场所。
通讯网络是监控中心和各换热站间连接桥梁,承载着数据传送功效。
监控中心采取上位机软件InscanHRC热网实时监控专用软件,配置热网管理软件包、热网平衡模块、Web公布软件包及GSM短消息报警模块,实现对监控数据进行高效采集、长久存放、查询、数据处理等功效;以数据库为关键组成完整数据服务层,为上层应用系统提供稳定数据源。
1.2.3监控调度中心软件功效
热力企业下属各个换热站采集实时数据,经过ADSL+VPN方法传输到调度中心(调度中心需要有使用公网固定IP或域名),由运行在调度中心组态监控软件对换热站内压力、温度和流量数据进行实时监控,统一调整各站参数,统一调整管网平衡。
提供热网管线非矢量地理分布图,地理分布图上标有各个换热站实际位置,并显示换热站关键运行参数,在该画面上经过按钮能够切换到任一个换热站,查看换热站具体信息。
换热站管网运行图
提供换热站数据总貌画面,总貌画面以数据列表形式,展现了各个换热站在一次网、二环网中实时采集数据和通讯状态。
热网换热站监控总貌
提供单个换热站运行监控画面,该画面显示单个换热站内各数据采集点实时运行数据。
换热站远程监控
提供单个换热站补/回水泵远程控制画面,经过该画面可远程监控某个换热站内补水泵和循环泵运行。
换热站远程补水/回水控制
提供数据自动保留功效,保留历史数据可随时供使用者调取、查询。
提供数据报表生成和打印功效,可生成日报、月报、年报及同期比较报表,经过报表分析数据改变情况,判定管路失水情况,分析设备运行是否正常。
能耗数据查询表
热网关键参数报表
提供多个数据曲线/图形显示功效,可选择任意换热站数据点进行查看,比较实时或历史曲线数据。
运行数据曲线
气温估计曲线
各个换热站供热区域对比饼图
提供在实时数据采集和管理分析软件基础之上换热站综合运行软件,拥有热网平衡轮询监视、气象数据更新、DCS数据采集报警、平衡数据分析等功效,是一套拥有强大扩展性综合应用软件。
换热站综合运行软件图示
平衡运行前后数据对比图
多级操作权限设置,不一样操作人员设置不一样功效权限,预防不一样等级操作人员越权操作。
换热站综合管理登录系统登录
异常情况报警(通信失败、循环泵全停、超流量、低流量、超温、低温等),当发生系统报警时,自动出现报警提醒,并提供报警历史查询功效。
中控室报警画面
含有异常情况报警信息短信通知功效,当变量报警产生后,按预先设定好手机号码和报警内容进行发送,立即通知相关值班维护人员。
短消息报警图示
提供数据分析功效,经过统计热网运行历史数据,在一个采暖期结束后和前期数据进行比较分析,查出整个换热管网关键问题,为以后升级改造提供有针对性分析。
热网换热站统计报表
能耗数据明细
提供双机冗余备份功效,系统由两套组态相同监控软件,一套设为主站,另一套设为从站,系统正常工作时只有主机和换热站通讯,从机不通讯,从机经过主站进行数据备份和同时。
假如主机出现故障,其中一个从机接管主机工作。
等主机恢复以后,能够经过自动或手动方法进行干预来恢复先前状态。
本系统采取网络化设计,在服务器端运行WEBSERVER程序并公布监控画面后,用户可经过IE浏览器访问换热站数据采集系统采集到多种运行数据。
同时,可按用户需求,定制若干手机浏览页面,供用户便捷进行访问。
手机WAP浏览
可结合网络视频监控系统,经过变焦功效,远程调整摄像头观察位置和远近焦距,最终实现换热站无人值守。
换热站视频监控
同时,使用数据实时转发技术,可远程浏览控制专网内DCS运行数据,真正实现全厂信息集中监控。
DCS运行数据WEB公布
1.2.4当地换热站控制器功效
当地换热站在U6-200一体化PLC7寸真彩触摸屏上提供单个换热站运行监控步骤图画面,显示直观,操作方便,易学易懂,充足表现人性化,方便巡检人员进行就地观察。
双换热机组当地监控
换热站当地补水/回水控制
1.2.5热网平衡模块功效
在运行和控制方面最关键问题在于热网平衡。
一个集中供热系统,尤其是一个大集中供热系统,要实现稳定运行和均衡供热基础条件是确保管网水力工况平衡。
过去,热网平衡问题一直是难以处理问题,部分系统中存在工作压力不能满足正常工作需要,热力站不能取得需要压差,用户普遍不热,或前端用户压差高,流量超出设计值,而末端压差不足流量低于设计值所以造成近端用户过热,远端用户不热原因,就是因为系统存在水力工况不平衡问题。
造成系统水力工况不平衡原因是多方面关键有:
受热源厂设备限制,供给压力不足,或因为系统循环水量超出原设计值,使循环水泵供给压力下降;管网设计不合理,或管网堵塞造成系统压力损失过大,超出了热源厂设备所能提供压力;系统(管网和热力站)缺乏合理分配水量手段,为处理末端用户不热问题而加大循环水量,所以降低了一次供水温度。
处理这类问题即使需要由设备选型和管线铺设来保障,不过在控制上仍需要由控制手段来保障,尤其是在整个热网负荷改变情况下协调各换热站能量分配。
对于热网平衡来说,目标是使总能量在各站之间均匀分配,使各站温度尽可能均匀,但同时也要考虑到各站暖气和地暖原因影响,这会造成有些地域温度偏高或偏低。
整个平衡是根据周期性进行控制(考虑二网滞后原因影响),综合考虑各站供回水温度和流量,经过平衡算法得到各站平衡参数,将参数下发给各换热站由各站控制器来合理地调整一网流量,使得整个网络中各站温度趋于平衡。
算法中关键模块配置参数和参数使用说明以下:
一、优先级
该参数表明换热站在整个平衡系统中优先级,等级越高表明该站能优先从热网中得到更多资源,往往也能取得较高温度。
二、敏感度
该参数表明换热站覆盖区域温度改变对阀门开度大小改变敏感性,等级越高表明一定阀门开度改变造成温度改变越大。
该参数是匹配性参数,需依据换热站特征设置。
三、回水相关度
该参数表明平衡系统衡量标准和二次网回水温度相关程度,等级越高表明二网回水温度在整个平衡效果评价体系中占分量越重,同时也表明二网回水温度控制将会越平均。
四、鲁棒性
该参数表明换热站区域温度可控程度,鲁棒性越强表明该站温度可调程度和范围越大。
该参数是匹配性参数,强烈提议采取模块默认设置。
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