大兴热网监控系统技术方案设计博达1219.docx

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大兴热网监控系统技术方案设计博达1219

鄂尔多斯大兴热电有限公司

热网运行监测控制系统

技术方案

编制单位：

北京博达兴创科技发展有限公司

文档类别

技术方案

修订日期

2013/12/19

编制人员

第I部分

1总述

本方案对鄂尔多斯大兴热电有限公司热网自动化运行监控系统项目，进行现状分析、系统规划、调度中心、站内系统的各个子项予以描述。

大兴热电热网当前实际负载600万平方米，项目热源为区域供热锅炉房，3×70、2×90、4×116吨热水锅炉。

换热站104座，涉及自管站20余座、代管站80余座。

已有部分功能的远程自动化监测控制系统，对换热站温度、压力、流量、液位等参数集中采集实施监控、存储，远程控制换热站设备的运行状态，换热站数目今后会有所变化、扩充。

系统主要涉及三大子系统：

●换热站自动化控制系统、

●调度中心上位系统、（非独立性）

●换热站通讯系统

当前自控系统，各站、子系统或多或少的存在一定的问题，下文将本着公正、客观的原则，对各子系统作出相应的评测、建议。

2当前系统评测

2.1系统概况

当前热网监控系统，为深圳丰利源公司承建，已建设热力站76座，采用无线GPRS方式通讯，数据发送至丰利源公司的服务器，热力公司操作人员，通过互联网登陆该公司服务器，进行数据浏览、指令参数下达。

2.2主要优势

任何一个系统，均有优缺点，当前系统主要优点：

●造价低廉；

●体积小巧、结构简单；

●标准化功能设备；

●内置无线通讯；

●布设简单。

2.3存在的问题

2.3.1调度中心系统（上位）

1、软件功能过于简单，当前只有参数回馈、参数下达、报表到处等几个主要功能。

2、调度人员常用的数据曲线、图表、对比等没有；电子地图/示意图没有，无法对应站与管网的逻辑路由。

3、调度中心无自主的数据服务器，测控数据均转折与丰利源公司的数据服务器，存在一定的不合理性、安全性责任。

4、数据实时性不足，设定的事每个站10分钟上传一次数据，这对于简单的监测系统是合适的，但对于实时控制的系统，就不能够满足要求了。

并且，基于无线系统轮询的特性，后续站点的数据，滞后性过长。

5、控制原理或参数，存在一定的局限性。

6、数据报警、系统上下限、容错过少。

7、系统不具备对办公网络、调度网络的数据发布。

2.3.2换热站控制系统（下位）

1、数据测量不准确，温度压力类的数据测量误差较大；

2、采集参数太少，目前仅有主要的几个参数，各种保护类参数没有；

3、电调调节阀使用错误，实时的自控系统，应当使用“线性电动流量调节阀”，而不是使用“电动流量平衡阀、限制阀”，两者的结构、原理、特性，完全不同。

4、电动阀工作模式不足，当前，只能进行气候补偿模式下的二次网供水温度控制，这将给运行、调度人员带来极大的工作量（站的负载不同，供水温度差异巨大）。

5、循环泵变频测控功能较少，仅能采集频率、指定运行频率，这对固定负荷的站是可行的，但对于变动负荷（如分户计量系统）是不可行的。

6、补水定压功能不具备，上位同样不具备相应参数调整功能；

7、站内综合保护功能不具备（如超温、超压、失压、低压、断电….）

8、不具备热量、电量、水量采集功能，不利于仅有的能源管理考核。

热量为根据流量自行计算获得，本身温度参数的准确性不足，决定了计算数据的不可用性。

2.3.3电气系统

站内电气系统较为复杂，模式不太统一，不利于运行电气人员的维护、使用、检修、调整。

主要表现在：

保留工频模式的站，没有软启、降压等措施，对于电气、电机的损害严重。

一般15kw以上的电机，应当进行降压、软启等保护。

变频一拖二模式，造成柜内复杂，且存在变频损坏时，无法工作。

无电量、电压、电流信号采集设备。

各站设计、原理、控制逻辑、元件布置等，一致性不足。

3整改建议

3.1当前自控系统完善

1、按照合同、技术协议，逐条对应、整改，达到约定的功能。

2、建立自有的数据中心、调度中心，保障数据安全、系统可靠性、兼容性。

3、校准各站采集数据，保证其准确、有效。

4、试验各站控制功能，确保电动阀、变频器可以控制。

5、增加部分宽带线路，替换无线信号较弱、不稳定的站的通讯方式。

6、对当前无线站点进行分组、多线程采集，增强数据采集实时性。

7、尽可能增加采集参数数量、种类，以便调度中心进行运行分析。

8、今年可能增加补水定压、站内安全保护累措施、功能。

3.2调度中心规划

随着企业发展，热网规模越来越大，换热站数来那个逐年增长，建立一套企业自主、自有的的数据中心、调度中心非常必要。

调度中心如何建立？

各系统如何有机融合？

各系统容量如何筹划？

下面主要针对热网自动化控制系统，作出相应说明或建议。

3.2.1基于丰利源软件建设

基于当前系统的功能、容量，使用丰利源公司的相关中心软件、客户端软件，建立一套数据中心系统。

改变当前“数据传送至丰利源公司服务器，热力公司远程访问”的模式，将各站数据，直接发送到企业自由的调度中心，同时完善监控系统各项功能。

相当于数据中心的“搬迁”。

原合同或合作协议内，有此相关内容及描述。

此模式优点：

造价低廉，衔接简单，统一公司产品。

缺点：

无法对当前系统功能进行大规模的升级或改造；

该中心软件属于封闭开发，很难兼容其他厂商、品牌的PLC控制器、系统。

不一定支持上传数据的分组、提高实时性效果。

3.2.2基于通用软件建设

基于国内外的标准通用组态软件，由第三方重新建立一套兼容性、开放性、功能齐全的调度中心系统。

所有功能全部推倒重建，包含较为丰富的图表曲线等功能；要求采集各站数据类的对内数据的兼容性强大，可以兼容大多数自控厂商的PLC、控制器；对外数据提供功能标准、开放，经过授权的各办公、调度系统，可以方便的访问、调阅系统数据。

达到运行数据发布的多元化效果。

相当于数据中心的“重建”。

此模式优点：

兼容性、开放性、丰富性强大；

第三方建立，不依赖于、受制于某一自控厂商；

推倒重建，可对数据实时性、软件功能提出全新的要求；

缺点：

全新系统，造价较高；

需要丰利源公司提供数据通讯协议、变量点表等，否则不能兼容。

3.3换热站自控系统拓展

适当引入“竞争机制”，相互促进，共同发展。

选择未建设自控系统的热力站，建设全新的自动化控制系统，与原系统进行全方位的对比、交流、互通，促进热力公司无人职守自控运行的水平。

避免一家垄断，阻碍技术、水平的发展。

对于一套热网自动化控制系统，存在2－3种控制器、厂商，是合理的，一般情况下，对于热工、自控人员的工作压力是可以承担的。

前提是，调度中心的系统是兼容的、开放的。

3.4企业标准建立

总结实施经验，积累运行数据，形成企业标准，便于照猫画虎。

在工艺、电气、自控、软件等方面，形成企业自有的一套标准，今后依据此标准要求、知道各承建单位、外协单位、代管但是实施。

有助于减轻运行人员压力，便于操作维护培训、便于运行管理，降低人工成本。

3.4.1换热站工艺

目前已经非常完善。

可以总结并形成标准的是：

将热工控制部分关于数据采集采样点、采样管路、仪表安装等部分，与工艺安装密切相关的，加入工艺标准。

预留或者安装完成所有采样点、采样管道、采样仪表，达到完美统一的标准效果，避免二次施工、二次焊接。

3.4.2电动阀门

电动调节阀门，目前已经较为统一。

但建议使用限行流量调节阀门，而不是自立式的平衡阀、恒流阀。

可以继续标准化的部分主要包括阀门台帐、检修、记录。

受水质的影响，阀门的密封性、泄漏量逐年变差，影响控制效果，应当形成标准的过程管理，维护阀门运行，提高控制效果，延长使用寿命。

3.4.3电气控制柜

电气部分，由于建设厂商众多，厂商配套单位变更等，目前已经较为混乱。

需要完善或者改进的方面主要表现在：

变频一拖一、一拖二配置的选择；

工频、变频切换的灵活性、可用性；

工频（大功率）启动方式选择直起、软启、自耦降压；

电气柜内元件的选型、布置；

电气柜一次回路、控制逻辑的设计、图纸；

电气柜柜门各按钮、开关、指示灯、面板的摆放；

电气远传电表的安装（指定型号、通讯协议、参数种类）。

3.4.4热工自控设计

目前仅有功能性标准，尚无整体标准。

需要分机数量、类型进行标准工作，最终形成企业自有标准：

1）测点数量标准

2）传感器及安装标准

3）仪表选型、信号标准

4）变频连接标准

5）站内线缆标准

6）柜体尺寸标准

7）柜内元件及组成标准

8）柜内布置摆放标准

9）柜内配线标准

10）软件数据采集种类、数量、单位标准

11）软件功能、界面、操作标准

12）控制模式、控制目标标准

完善后，可以编制企业标准图集，今后的建设仅需要承建企业按照标准施工即可，无需自行设计、提交各种图纸、资料、说明等。

3.4.5换热站控制系统

控制器、温度传感器、压力传感器、电动调节阀门、变频器等产品品牌型号的选择范围指定。

软件功能方面的基本要求圈定。

当前主要薄弱环节：

1）一网电动阀门控制：

一次流量的控制，目标为二次网温度（供温、平均温度）。

2）二网压力控制：

分为循环泵、补水泵的控制，基本功能均需满足使用。

3）设备防护：

换热站环境复杂多样，控制柜等防护措施不足，导致的元器件损坏、故障较为严重。

4）数据采集：

传感器损坏、故障等，导致的测量采集参数不准确。

5）控制模式：

主要指的一网电动阀门的运行模式。

运营模式主要包括手动指定开度、外温补偿、时间开度三种，均未涉及全网统一调控时需要的模式。

6）控制目标：

指的电动阀门运行模式下的目标参数。

目前主要有三种目标：

二网供水温度、二网回水温度、二网平均温度。

在各站独立运行时已经足够，但是不利于全网调控时的操作、计算、控制。

全网调控，需要一个便于计算甚至不用计算的目标参数，统一下达、统一执行。

4运行思路

4.1控制策略

确立整体调控、分网运行的控制及管理策略。

即总公司调度控制一次网运行，分公司或班组控制二次网运行。

总公司调度中心调度人员、运行专工等，通过热网控制系统，控制、调节各站一次网电动调节阀，采用全网平衡、局部加权等策略调整各站热量分配。

通过负荷预测等手段、软件或系统，指导首站运行，调整热网总体热量供给。

分析回传的实施工况数据，指导各站故障排除，稳定运行。

分析回传的能源消耗（水电热）数据，进行能耗考核。

4.2运行基础

4.2.1水力计算

通过水利计算手段、软件、系统，制定并优化热网运行方案，形成运行文件，冬季运行有章可循、有据可查。

简单的说，在正常工况下，外界气温的每个（或半个）温度时，热源、首站、各站应当运行在什么参数。

在异常情况下（如抽气量不足）的情况下，热源、首站、各站应当运行在什么参数。

在极端情况下，各环节应当如何关停、压缩、降低运转负荷。

中继泵站，在什么温度、压力范围时，中继泵站何时启动、启动多少台泵、运行在什么参数下。

4.2.2全网平衡

确立一次网全网平衡的自动运行模式、控制目标、计算算法，各站一次网阀门全部由调度中心控制，通过计算软件、人工计算或加权后，由计算机控制其自动运行、调节。

仅需人为干预计算调整周期、确定调节精度即可。

人工指定运行时，由于计算量庞大，计算精度误差等，控制精度不够、调节频率过低。

在气温、热源、负载发生较大变化时，无法有效的全网调节。

造成各站基本属于定流量运行的状况，不利于首站运行，不利于节能降耗。

4.2.3能耗考核

收集各站水、电、热消耗数据，进行或粗放或精细的能耗分析。

最终可以根据分析结果，指导、制定各站的改造计划、改造方案。

总耗统计

各参数全网总耗量统计。

各参数各分公司总耗量统计。

各参数各换热站