1 案例背景

熱源站是城市供熱節點(diǎn)的熱源場(chǎng)所。它的作用是根據熱網(wǎng)工況和不同的條件，調節熱源，向熱用戶(hù)系統分配熱量以滿(mǎn)足用戶(hù)采暖需求，并根據需要，進(jìn)行集中計量、檢測供熱熱媒的參數和數量。

控制、調節設備的完善程度是熱源站技術(shù)水平高低的重要標志。由于熱負荷具有隨生產(chǎn)工藝過(guò)程、季節和時(shí)間變化的特點(diǎn)，只有采用自動(dòng)調節才能使供熱介質(zhì)的數量和參數適應用戶(hù)采暖需要，避免浪費。

青島某熱源站包括一套部署在監控室管網(wǎng)控制系統以及兩個(gè)鍋爐自身的控制系統。管網(wǎng)控制系統由一套小型PLC及電氣柜HMI組成，該電氣柜HMI與小型PLC負責熱源站整體工藝狀態(tài)顯示，并按照管網(wǎng)供水、回水側溫度、壓力等參數，自動(dòng)調節管網(wǎng)補水泵、循環(huán)水泵。此外，兩個(gè)鍋爐本身的PLC控制器以及HMI負責本鍋爐自身的控制調節。

熱源站的工程師表示：“目前監控室的小型PLC無(wú)法接入兩個(gè)鍋爐的控制器，導致監控室HMI無(wú)法實(shí)現監視鍋爐數據，無(wú)法從監控室HMI控制鍋爐，運行時(shí)工程師需要到三個(gè)地方分別監視、操作三個(gè)HMI，極不方便?！?/p>

此外，作為熱源站運營(yíng)方，燃氣公司希望能夠采集到運行數據，包括管網(wǎng)數據以及鍋爐狀態(tài)數據，而管網(wǎng)控制系統的PLC無(wú)法接入兩個(gè)鍋爐的控制器以及熱源站的電表和熱表，如果要采集整個(gè)熱源站數據則需要部署多個(gè)網(wǎng)關(guān)設備，耗費較大。

2 案例實(shí)施

如何能夠解決城市熱源站的痛點(diǎn)，東土科技打造全新以工業(yè)服務(wù)器為核心的控制系統方案，進(jìn)行智慧升級。該控制系統主要解決這些問(wèn)題：

（1）提供一套統一操作員站環(huán)境，該操作員站不僅可以實(shí)現對供熱管網(wǎng)參數、設備的監視控制，還能對兩個(gè)鍋爐進(jìn)行狀態(tài)監視和節能控制；

（2）提供歷史數據存儲功能，可支持一個(gè)供暖季的運行數據保存到本地；

（3）提供統一對外數據接口，將鍋爐數據及熱源站管網(wǎng)的設備狀態(tài)數據以及管網(wǎng)參數數據外發(fā)給燃氣公司的邊緣應用以及數據上云；

為了解決這些問(wèn)題，其重點(diǎn)是要統一接入現場(chǎng)的數據，包括熱源站管網(wǎng)的設備狀態(tài)數據、鍋爐數據以及熱源站電表、熱表數據。并基于整體的現場(chǎng)數據；

（4）進(jìn)行統一的節能策略運算；

（5）提供統一的監視環(huán)境；

（6）提供統一的數據存儲以及對外數據接口。

圖1 硬件系統架構圖

該控制系統外部接口包括：

（1）通過(guò)Modbus接入兩個(gè)鍋爐控制器、電表、熱表；

（2）通過(guò)MQTT將現場(chǎng)數據外發(fā)客戶(hù)云平臺；

（3）通過(guò)遠程I/O的方式連接現場(chǎng)傳感器及水泵、變頻器、風(fēng)機等設備，取代原監控室管網(wǎng)控制系統的小型PLC；

（4）外接一套顯示屏及鼠標鍵盤(pán)提供了操作員站人機交互環(huán)境。

工業(yè)服務(wù)器預裝具備高實(shí)時(shí)虛擬化特性的Intewell-H工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣操作系統，提供了若干個(gè)實(shí)時(shí)系統可用于執行虛擬PLC控制任務(wù)以及一個(gè)非實(shí)時(shí)系統可用于執行SCADA任務(wù)和邊緣計算任務(wù)。

圖2 軟件系統架構圖

工業(yè)服務(wù)器的虛擬PLC完全替代監控室的原小型PLC，通過(guò)遠程I/O系統，完成管網(wǎng)設備的控制、傳感器數據采集功能。同時(shí)，虛擬PLC接入兩個(gè)鍋爐控制器、熱源站的電表以及熱表，在虛擬PLC內運行熱源站的氣候節能以及時(shí)間節能算法，并下發(fā)給鍋爐控制器實(shí)現對鍋爐的節能調節。

東土科技提供完全自主研發(fā)的、符合IEC61131-3規范的工業(yè)控制編程平臺MaVIEW，以支持工程人員對進(jìn)行虛擬PLC控制編程。MaVIEW支持常見(jiàn)的IEC61131-3編程語(yǔ)言，支持圖形化拖拽式編程，支持對工業(yè)服務(wù)器進(jìn)行虛擬化配置。

Intewell-H的非實(shí)時(shí)系統預裝KySCADA應用，通過(guò)KySCADA的數據庫整合整個(gè)熱源站控制系統包括管網(wǎng)設備數據、鍋爐數據以及電表熱表數據，統一了數據的存儲和訪(fǎng)問(wèn)接口。

Intewell-H提供了開(kāi)放的編程生態(tài)。非實(shí)時(shí)系統支持常見(jiàn)的Windows/Linux，提供支持C/C++的針對操作系統的開(kāi)發(fā)軟件以支持用戶(hù)深度開(kāi)發(fā)應用，KySCADA數據庫提供了數據讀寫(xiě)的API，支持客戶(hù)基于應用需要開(kāi)發(fā)數據清理、預測性維護等邊緣計算應用。

工業(yè)服務(wù)器提供了豐富的接口和協(xié)議。集成常見(jiàn)的Modbus RTU、Modbus TCP、CANopen、EtherCAT、MQTT等協(xié)議，輕松對接現場(chǎng)各種專(zhuān)用設備。非實(shí)時(shí)系統提供了KyGate協(xié)議網(wǎng)關(guān)軟件，將KySCADA數據庫的數據通過(guò)KyGate實(shí)現與客戶(hù)云平臺對接。

3 效益分析

（1）節能。從前每個(gè)鍋爐自己的節能策略單獨設置，且鍋爐的節能策略無(wú)法與管網(wǎng)的水泵等設備實(shí)現綜合自動(dòng)控制。我們將鍋爐控制器數據與管網(wǎng)設備參數統一接入到一個(gè)虛擬PLC，建立統一的節能策略，可以根據環(huán)境溫度以及所處時(shí)間段，自動(dòng)調節鍋爐燃燒溫度以及水泵頻率，實(shí)現實(shí)時(shí)節能。

（2）解放人力。提供了統一的人機監控界面，工程師無(wú)需跑三地操作三個(gè)HMI。

（3）遠程監視。由工業(yè)服務(wù)器統一采集了鍋爐房整體工藝的參數狀態(tài)以及鍋爐控制器的參數狀態(tài)，提供了統一數據庫接口，實(shí)現按需將采集數據統一上云，運營(yíng)方可遠程對熱源站的運行狀態(tài)進(jìn)行監視以及運營(yíng)計量。

4 案例總結

該項目結合了燃氣公司的節能理念，建立了一種以工業(yè)服務(wù)器為核心的控制系統，是行業(yè)內首家實(shí)現實(shí)時(shí)控制、人機交互、邊緣計算、物聯(lián)上云于一體的落地案例。

采用一臺工業(yè)服務(wù)器替代了傳統熱源站方案的PLC控制器、SCADA服務(wù)器、操作員站工控機、工程師站工控機、邊緣計算工控機、邊緣網(wǎng)關(guān)多臺設備，可以給熱源站控制系統搭建帶來(lái)更低的設備采購成本、更少監控系統占地面積、更短的工程施工周期。這一全新的控制系統方案將引領(lǐng)行業(yè)內眾多供熱企業(yè)向智能化升級。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年3月刊