热力公司换热站自控解决方案
1．热网自控系统概述
在中国，区域供热是供热领域中最重要的一种能源使用方式。目前，已经有超过300多个城市采用这种供热方式。受益于高效发电、热电联产和余热回收，区域供热成为热能配送和末端供热的环保选择。以这样的方式，每年可以减少数千吨的二氧化碳排放量。数十年的专业经验以及和区域供热领域中知名客户的密切合作，使西门子成为卓越的区域供热产品及解决方案供应商之一。基于这种能力我们采用了创新的技术对于控制系统进行了全面的升级和开发，我们可以提供成熟的、可扩展的系统解决方案。
本项目为热网远程监控与管理工程，通过测控技术对该地区热网实施改造，实现对热网的集中调度，对散落在全市范围内的换热站实现无人值守等功能，并通过先进的热网运行调节及控制理念的实施，改善热网运行方式，实现对热网失水的有效监控，从而实现热网供热能耗的下降。
1.1 国内供热系统的现状
a 潜在需求：
- 我国幅员广阔，南北气候差异极大，黄河流域及北方，供热基础及发展潜力极大，长江流域，供热需求日益强烈。
- 随着经济发展、社会进步，采暖已成为人民生活不可或缺的重要组成部分。
- 对于百姓生活，供热俨然成为刚性需求、民生工程。
- 对于政府施政，供热已然成为硬性要求、民心工程。
b 集中供热：
- 集中供热已成为城市公用事业的重要组成部分。
- 集中供热的重要作用，集中体现于节约能源、绿色环保、改善城市环境等方面。
- 热电联产、集中供热在大量的应用中体现出其卓越的安全性、经济性。
- 集中供热同时也体现出一个城市的形象和先进程度。
c 行业现状：
- 许多热力公司缺乏先进的能源管理理念和有效的信息收集及管理手段。
- 受经济条件的限制，初投资虽然节省预算，但造成能耗大、运行费用极高。
- 受人力限制，众多分散的换热站无法及时有效监控，设备老化快，反复投入。
- 需求增长和供热能力滞后的矛盾突出，无法有效利用现有管网提高供热效率。
1.2 热网自控系统的发展趋势
集中供热是民生工程，节能工程，环保工程。热力公司及供热用户的市场现状正在发生急剧的变化。
首先，热力公司经营主体的变化改变了所有权及经营模式，在日益激励的竞争环境中，提高用户的满意度，提高系统运行效率，有效地降低运行费用，成为其经营的主导性原则。
其次，国家十二五政策的调整及节能环保的有要求，对热力公司来说具有深远的影响。低效率的小锅炉采暖方式正在被清洁、有利于环保的热电联产所取代；热电联产中产生的余热正在被用来提供房间的采暖及生活热水，这也同时提高了燃料的综合利用效率。
再次，区域集中供热实行用热商品化、货币化，逐步实行按用热计量收费制度。用户将可以自行决定何时使用热能及其数量，热力公司要随时根据用户的热用量对热源及热网输配系统做出相应的调整。
最后，伴随快速的经济发展，大量新建住宅必须配套建设供热设施，因此需大力提高供热普及率。
1.3 热网自控系统的意义
a 热网自控系统建立的必要性
由于我国供热规模不断扩大，供热系统运行、管理跟不上供热规模的发展，导致绝大多数系统仍然处于手工操作阶段，现场的数据采集大都采用常规仪表定期检测、定期记录，供热调节也大都由各供热站手工实现。应用这种落后的管理方式，管理人员在厂内无法及时知道现场仪表的运行情况，数据的准确性和实时性很差，因此依靠所测数据进行的供热调节往往滞后严重，从而影响了集中供热优越性的充分发挥。这主要反映在：
1)缺少全面的参数测量手段，无法对运行工况进行系统的分析判断；
2)系统工况失调难以消除，造成用户冷热不均；
3)供热参数未能在最佳工况运行，供热量和需热量不匹配；
4)故障发生时，不能及时诊断报警，影响可靠运行；
5)数据不全，难以量化管理。
因此，针对上述缺点，设计一套安全可靠、灵活稳定的集中供热网监控系统对电厂能够合理调节热网和进行有效的技术经济管理，具有十分重要作用。
b 热网自控系统建立的意义
1、节能降耗
（1）节省热源能量消耗。
（2）节省热源厂初投资。
（3）节省运行电力消耗。
2、绿色环保
（1）降低CO2排量。
（2）避免粉尘污染。
（3）减少水量消耗。
3、保护资产
（1）延长设备使用寿命。
（2）延长管网使用寿命。
（3）保护家装家具老化。
4、运行安全
（1）无人值守，24小时跟踪保障。
（2）及时响应，快速处理故障。
（3）全面掌握信息，及时分析，排除隐患。
5，舒适健康
（1）避免室内外高温差引起用户身体不适。
（2）避免用户冷热不均，影响工作和生活质量。
（3）按生活作息规律，适时调整采暖供热量。
1.4 热网自控系统设计要求
合理建设、发展及运行区域供热网络，在硬件、软件、产品及服务上，需符合供热系统特定的要求。
因此，自控系统的规划及配置是非常重要的，它将影响系统的扩展性及供热网络操控的有效性。
尤其是在规划、决策投资一个新的自控系统时，务必遵从以下八项原则：
1、系统的扩展性
热网监控及数据采集系统（SCADA）有能力增加或扩充至供热系统的理想规模，换言之，它将能随项目的进展，根据需要增加联接的控制器及操作工作站数量。
2、通讯的多样性
SCADA系统需有足够的开放功能，这样热力公司可以选择不同的通讯协议。通常热力公司在发展的不同时期，将采用多种通讯协议。
3、系统的标准性
在结构（例如软件平台）和通讯（例如TCP/IP）方面采用开放的标准，提高了和其他系统的兼容性（数据交换或和第三方系统集成），同时提高了选择使用不同通讯系统的灵活性。而且，标准的通讯接口意味着不同种类的控制器可以被集成到一个自控系统中。
4、系统的开放性
热源和热网输配系统的自控需要协调统一，步调一致，实现无缝连接。
5、系统的先进性
先进的自控产品和系统，以及先进的管理理念的采用，是热力系统经济高效运行的保证，更是热力公司盈利及提高客户满意度的保证。
6、系统的长期性
这一系统将具备长期使用性和系统扩展性，因而保证其可用性和适用性，对保护投资者的利益至关重要。
7、系统的可靠性
自控产品及系统的可靠性和有效性，对于热力公司的安全和效率是至关重要的。
8、系统的专业性
自控技术的实现并不困难，但专业热网监控系统，才能通过对热网热量、流量，温度、温差，压力、压差的控制、平衡和合理分配，真正实现热力系统高效运行。
2．热网中央监控系统功能
系统包括服务器和工作站，服务器通过以太网和控制系统相连，采用宽带、数据专线或拨号方式传输。服务器包括数据库、趋势、日志图形和其他系统信息。服务器通过Ethernet LAN和工作站相连，工作站采用服务器上的数据更新显示，服务器冗余配置，一台故障时，备份服务器自动替代，备份服务器用最近数据更新。打印机和打印服务器相连，这表明可以从所有工作站操作打印机。
SCADA系统软件具备以下功能：
- 用户权限分配
为不同的用户分配不同的权限，保证了系统的安全性。
- 地理信息
通过地理信息可以直观地看到所有换热站的地理位置分布、管网走向以及根据颜色的不同区分换热站是否在运行。点击图标可进入到换热站工艺流程画面。
提供详细地理信息显示，并可对地图进行放大缩小浏览。此地图上显示管网的管径、长度及阀门布置。
- 数据列表显示
各换热站数据以表格形式显示，支持鼠标滚动。在此画面上点击换热站名称也可进入到工艺流程画面。
- 热源数据汇总
对热源数据进行汇总，并根据天气预报情况计算出热负荷预测。
- 供热锅炉浏览
以图形方式显示供热锅炉的工艺流程，并以动画的形式显示设备运行状况。方便在调度中心实时的了解锅炉的运行情况。
- 换热站浏览
以图形方式显示相应热力站工艺流程，画面中设备数量与现场保持一致。设备运行状态以动画形式显示，美观大方。
- 换热站设备远程操作
在工艺流程画面中，点击相应设备可弹出该设备的操作窗口。可实现在调度中心对远方设备的启停、开关及参数设定等操作。
- 数据曲线
显示站内重要测点的实时曲线，同时并提供历史曲线查询功能。
- 通讯状态显示
画面中显示实际网络架构，以颜色区分当前现场控制器的通讯状态，并提供“Ping”命令对网络状态进行诊断。
- 报警信息查询
系统提供实时报警显示及声音报警功能，并提供历史报警信息查询功能。各报警信息可分类查询，并可打印。
报警功能，支持远程短信报警，为维护和操作人员提供及时、方便的信息，减少系统运行维护成本。
- 数据报表
各站历史数据用SQL数据库进行存储，对数据的长期性及稳定性提供了有力的保证。支持单个站点数据查询的同时，也可用总表查询的方式查询所有热力站的汇总数据。汇总数据以站名的方式排序，简化了用户做数据汇总的工作。
- 棒图对比
画面中以棒图的形式直观地显示各站的测点数据，方便用户对各站供热数据进行分析对比。
- 便于系统集成
开放的通讯方式可将热力站内多种控制器集成到系统中，如光缆、X.25、有线电视、ADSL、GSM/CDMA、无线电台等；而且，系统具有很强的先进性，能保证在未来几年内不落伍，能够随着产品的升级而进行相应的软件升级，不会为后续的换热站集成带来麻烦。
3．换热站控制柜控制功能
采集换热机组的温度、压力等信号，换热站现场控制器负责采集显示这些信号（包括循环泵、补水泵的手自动状态、运行状态、故障状态），并对二次网供水温度和二次网回水压力、二次网供回水压差等进行独立就地自动控制，并能与电气配合实现换热站自动运行。
控制器具有通讯功能，采用国际开放的标准通讯协议，具有10BaseT通讯口（有国际标准RJ45接口），支持TCP/IP协议，控制器能将现场的设备运行情况传送到热网监控中心供分析处理，同时可接收监控中心传送的指令进行控制和调节，如控制参数的调节及泵的启停等控制，支持现场修改控制器内部数据。以此实现与中央监控系统的紧密配合，全网实时监控。
常用的控制功能有：
（1）换热机组具有恒温供水功能
二次侧供水温度的实测值和设定值相比较后，并进行PID调节，控制器输出信号调节电动调节阀的开度，通过一次侧流量的量调节，实现二次侧供水温度的质调节。
供水温度和补偿漂移量可由中央监控系统进行远程设定。
（2）自动补水
补水泵是由安装在二次侧回水管路上的压力传感器测得的压力信号，与控制器二次回水压力设定值比较后输出控制指令控制补水泵的启停或变频恒压补水。
回水压力设定值可由中央监控系统进行远程设定。
（3）自动卸压功能
当二次侧供水压力高于供水设定值高限时，开启泄水电磁阀，同时配安全阀，以便实现双保险。
泄水电磁阀开启压力设定值可由中央监控系统进行远程设定。
（4）二次侧循环水供回水压差控制
根据二次网供回水压差设定值，自动调节变频循环水泵的转速，保证系统最不利点的供、回水压差，从而保证最不利点正常供暖。同时，实现循环泵节能运行。
压差设定值可由就地显示屏或中央监控系统进行远程设定。
（5）二次侧循环水网防汽化保护
即二次网循环泵停止，一次侧进回水电动调节阀关闭，并且停电后电动调节阀自动关闭。
（6）开机自检功能
二次侧回水压力设定具有一个超低限保护值，当二次侧压力没有达到此值时，不能启动循环泵而只能开启补水系统进行补水，待达到设定值后方可启动循环泵。
（7）顺序启动及泵阀联锁
对于双板双泵两套水循环系统换热站，当热负荷需求低时，只运行一套系统，当第一套系统的循环水泵发生故障时，应自动启动第二套系统的循环水泵。换热站循环水泵运行后电动调节阀才自动开启；当正在运行的循环水泵发生故障时，输出报警信号，循环泵停机，电动调节阀关闭。
（8）来电自启满足无人值守功能
板式换热机组在送电后，控制器工作，换热站自检后自动按顺序启动。
（9）失压保护
二次侧回水压力低于超低限设定值时，自动停止循环泵运行，并关闭电动调节阀，打开补水电磁阀进行补水。
自动补水系统投入运行后二次侧回水压力仍继续降低时，即发声光信号报警，同时该信号远传至调度中心。
（10）断电保护：
停电后自动关闭电动调节阀，切断热源，控制器及变频器自动复位并使各种设定参数和运行状态参数保持原断电前设置。
（11）超温保护：
二次供水温度超过高限值时，一次侧电动调节阀关闭。
一次侧供水温度超过高限值时，应立即关闭一次侧电动调节阀并报警。
一次回水温度超过高限值时，启动高限制保护，减小电动调节阀开度。
（12）超压保护：
二次供水压力超过设定超高限值时，循环泵停止运行，同时，关闭一次侧电动调节阀。
（13）监测水箱液位
当水箱液位低于超低限值时，补水泵停止，并报警。
(14) 自动监控热网参数
通过调节热负荷和各站点设备的运行状态，保证一定的水力平衡、热力平衡，从而实现热网综合平衡，保证最不利点的正常取暖。
（15）热量平均分配和最大用热量限制
避免用热高峰时段各站点抢热，以及由此引发的热网失衡甚或网瘫痪。
附换热站（单站单机组）点表：
|
设备名称 |
数量 |
监控内容 |
点类型 |
备注 |
|||
|
DI |
AI |
DO |
AO |
||||
|
一次侧 |
1 |
一次供水压力 |
|
1 |
|
|
|
|
一次回水压力 |
|
1 |
|
|
|
||
|
一次供水温度 |
|
1 |
|
|
|
||
|
一次回水温度 |
|
1 |
|
|
|
||
|
二次侧 |
1 |
二次供水压力 |
|
1 |
|
|
|
|
二次回水压力 |
|
1 |
|
|
|
||
|
二次供水温度 |
|
1 |
|
|
|
||
|
二次回水温度 |
|
1 |
|
|
|
||
|
循环水泵 |
2 |
循环水泵手自动状态 |
2 |
|
|
|
|
|
循环水泵运行状态 |
2 |
|
|
|
|
||
|
循环水泵故障状态 |
2 |
|
|
|
|
||
|
循环水泵变频启停控制 |
|
|
2 |
|
|
||
|
循环水泵变频器频率调节 |
|
|
|
2 |
|
||
|
循环水泵变频器频率反馈 |
|
2 |
|
|
|
||
|
补水泵 |
2 |
补水泵手自动状态 |
2 |
|
|
|
|
|
补水泵运行状态 |
2 |
|
|
|
|
||
|
补水泵故障状态 |
2 |
|
|
|
|
||
|
补水泵工/变频启停控制 |
|
|
2 |
|
|
||
|
补水泵变频器频率调节 |
|
|
|
2 |
|
||
|
补水泵变频器频率反馈 |
|
2 |
|
|
|
||
|
电动调节阀 |
1 |
温控阀开度调节 |
|
|
|
1 |
|
|
温控阀阀位开度反馈 |
|
1 |
|
|
|
||
|
泄压电磁阀 |
|
|
1 |
|
|
||
|
补水电磁阀 |
|
|
1 |
|
|
||
|
故障报警输出 |
|
|
1 |
|
|
||
|
总计 |
|
总计 |
16 |
13 |
7 |
5 |
|
