摘要：將SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統應用于集中供熱，每個(gè)換熱站設置1套控制器、數據采集器及測量?jì)x表，由監控中心對整個(gè)供熱系統進(jìn)行遠程自動(dòng)化控制，可以解決整個(gè)供熱系統熱量分配不均等問(wèn)題。本文根據呼倫貝爾市自動(dòng)化信息化工程的實(shí)踐，介紹了采用美國Wonderware System Platform平臺軟件，對城市供熱調度管理SCADA系統的方案進(jìn)行設計，并給出了其應用效果。

    關(guān)鍵詞：城市供熱；SCADA系統

   1 引言

   隨著(zhù)設備制造業(yè)的發(fā)展，設備的功能越來(lái)越多，其自身的結構、組成愈加復雜，因而發(fā)生故障的原因也隨之復雜。與此同時(shí)，設備制造商的產(chǎn)品分布在全國各地，當設備出現故障時(shí)，制造商需要投入很大的人力和物力進(jìn)行維護工作。小區熱網(wǎng)換熱站必然分布在城市的各個(gè)角落，單獨的監測控制系統費時(shí)費力，只有形成規模的幾種監測控制才能達到信息化、集約化的需求。因此，統一的信息集控系統成為熱力公司的選擇。這樣的信息系統不但為設備企業(yè)增加綜合競爭力，提升設備的附加產(chǎn)值，也為熱力公司提供企業(yè)信息化的有力支持。^[1]

   因此，建立一套完整的設備遠程服務(wù)系統，對于管理者或熱力公司來(lái)說(shuō)，有著(zhù)重要的意義，其意義表現在：^[2]

   實(shí)時(shí)監控設備的工況參數，及時(shí)進(jìn)行修正，避免造成更大的損失；

   降低維護成本，通過(guò)遠程監控，就可以實(shí)現對設備的維護工作；

   通過(guò)網(wǎng)絡(luò )向用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)快速的服務(wù)，增強企業(yè)競爭力；

   增加產(chǎn)品附加值，提升產(chǎn)品競爭力。

   2 城市供熱調度管理SCADA系統介紹

   供熱輸配SCADA系統是由RTU、有線(xiàn)通訊網(wǎng)（或無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)）、SCADA操作員站組成。

   SCADA系統監控內容如下：

   (1) 生產(chǎn)調度通過(guò)實(shí)時(shí)采集熱源鍋爐的各種參數及鍋爐的熱負荷、出水溫度、供水壓力等；

   (2) 換熱站的熱水溫度、壓力、流量、熱量、累計流量和累計熱量及調壓設備運行參數和控制參數；

   (3) 輸配管網(wǎng)的熱水流量的控制參數，動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制和調節閥門(mén)設備的啟停和運行，使輸配管網(wǎng)上的熱負荷保持在最佳平穩狀態(tài)，提高企業(yè)的運營(yíng)效益。^[3,4]

   管網(wǎng)管理主要實(shí)現輸配管網(wǎng)信息管理，管網(wǎng)的新建、維護和改造。公司將綜合生產(chǎn)調度、管網(wǎng)管理，結合公司的營(yíng)業(yè)策略，進(jìn)行科學(xué)合理的決策和宏觀(guān)管理。

   供熱系統分級控制與優(yōu)化調度硬件模塊分三層：遠動(dòng)系統、本地控制室、協(xié)調決策層。遠動(dòng)系統：通過(guò)傳感設備采集數據發(fā)送給RTU，RTU經(jīng)過(guò)分析發(fā)送指令給就地設備進(jìn)行動(dòng)作；本地控制室之間的信息傳遞通過(guò)局域網(wǎng)完成；協(xié)調決策層與本地控制室之間的信息傳遞是通過(guò)廣域網(wǎng)完成。數據的傳輸有有線(xiàn)通訊和無(wú)線(xiàn)通訊兩種。

   數據的傳輸方式有三種： 電話(huà)線(xiàn)（ 或I STN或P STN，DDN）、無(wú)線(xiàn)電波（GPRS、CDMA等）及光纜。用電話(huà)線(xiàn)傳輸數據很昂貴，如采用電話(huà)線(xiàn)傳輸數據，常將基地數據存儲在本地，將它打包，在電話(huà)費較便宜時(shí)，傳入中心計算機；供熱系統中測點(diǎn)的信息常采用無(wú)線(xiàn)電波的形式發(fā)送，其安裝和傳輸費用較低；電纜常用于近距離數據傳輸，其數據傳輸的安全性較高。隨著(zhù)公用數據網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，利用公用傳輸線(xiàn)路完成數據傳輸，是發(fā)展的趨勢。如ISDN、DDN等已在供熱系統中被廣泛采用。

   3 供熱SCADA系統構架及軟件模塊

   呼倫貝爾市的供熱調度SCADA系統的結構如圖1：^[5]

                     
                         圖1    呼倫貝爾市供熱調度SCADA系統結構圖

   此系統監控中心四個(gè)操作人員可對供熱進(jìn)行監控；辦公網(wǎng)內的計算機通過(guò)正常的IE瀏覽器可瀏覽數據、報表、曲線(xiàn)等；數據庫服務(wù)器采用冗余配置保證數據的不缺失；通訊前置機也采用冗余配置，采集原有調度中心的通訊前置機上數據，通過(guò)軟件自動(dòng)進(jìn)行負荷的均衡分配。

    4 供熱SCADA系統的主要功能

   整體功能描述：運行人員對整個(gè)熱網(wǎng)運行過(guò)程的操作和監視，計算累積熱量、累積流量、瞬時(shí)熱量、瞬時(shí)流量等數據。

    以C/S架構形式，由操作員站、工程師站、數據庫等組合成系統。操作員站是操作員對工藝流程監控、操作、歷史數據查詢(xún)、趨勢曲線(xiàn)瀏覽、實(shí)時(shí)報警顯示、歷史報警查詢(xún)等的操作平臺。根據不同的操作員用戶(hù)名和登錄密碼，對操作權限進(jìn)行統一規劃，限制執行操作員功能的權限。工程師站是軟件工程師對軟件修改、組態(tài)時(shí)使用，平時(shí)可以運行組態(tài)好的工程，作為一備用操作員站使用，完成操作站的功能；數據庫服務(wù)器是存儲歷史數據的，采用磁盤(pán)陣列的計算機，數據庫采用Cluster形式，冗余存儲數據。根據業(yè)主方行政業(yè)務(wù)的需要，對二級、三級單位劃分不同權限，管理不同區域的供熱站，制定不同用戶(hù)名和密碼。當二級、三級單位登錄時(shí)，軟件自動(dòng)根據分配的權限，對打開(kāi)界面進(jìn)行判斷，允許權限內的界面打開(kāi)。

   (1) 標準畫(huà)面顯示

   標準畫(huà)面為2D畫(huà)面，可以根據需要進(jìn)行3D轉換。

   工藝流程圖：以動(dòng)態(tài)的方式對采集信息的實(shí)時(shí)顯示采集的參數如換熱站的動(dòng)畫(huà)（以程序繪畫(huà)方式）模擬顯示，實(shí)時(shí)獲取各子站數據，并依據獲取的溫度、壓力、等數據，采用動(dòng)畫(huà)模擬的方式，直觀(guān)反映整個(gè)熱網(wǎng)的當前狀態(tài)。

   全面顯示每個(gè)熱力站的一次網(wǎng)供和回水溫度、一次網(wǎng)供和回水壓力、一次網(wǎng)流量及供熱量、二次網(wǎng)供和回水溫度、二次網(wǎng)供水和回水壓力、閥門(mén)開(kāi)度、水泵開(kāi)啟狀態(tài)，補水量等參數。調度人員也可以通過(guò)鼠標器選擇需要顯示的參數。通過(guò)圖形顯示出每個(gè)熱力站出現的一次網(wǎng)供水超壓和二次網(wǎng)補水過(guò)量等故障狀態(tài)，并通過(guò)計算機給出聲音報警。

   改變現場(chǎng)機的控制趨勢，如改變二次供水溫度曲線(xiàn)、壓力報警遠程設定、溫度報警遠程設定、遠程停泵等。另外也可以按用戶(hù)需要直接選定需要控制的某設備，改變循環(huán)泵差壓值、改變補水泵壓力設定值，自動(dòng)或手動(dòng)給出由人或計算機運行分析后得出的控制指令，讓相應的現場(chǎng)控制機執行。這樣，工作站不僅可以監視整個(gè)系統的運行情況，而且可以簡(jiǎn)單、迅速的調整設備運行狀態(tài)。

    運行記錄及報表、圖形打?。汗ぷ髡局鳈C可以自動(dòng)生成，打印多種多樣的報表，包括各種運行記錄的日報表，統計報表及設備的故障狀態(tài)和維護清單等，報表的格式也可按照用戶(hù)的要求進(jìn)行設計。

    用戶(hù)可以確認或重設報警，瀏覽報警的詳細信息。主要報警點(diǎn)有系統斷電報警，泵的故障報警，變頻器的故障報警，軟水箱水位高、低報警，一次網(wǎng)、二次網(wǎng)管路的超溫、超壓報警等。

    (2) 趨勢顯示

   趨勢顯示可用整幅畫(huà)面顯示, 也可在任何其它畫(huà)面的某一部位, 用任意尺寸顯示。所有模擬量信號及計算值均可設置為趨勢顯示。

    (3) 天氣預報（如圖2所示）
   
                   
                           圖2  SCADA系統天氣預報界面 

    (4) 記錄及報表模塊

    所有記錄使用可編輯的標題, 而不是預先打印的形式。供方按用戶(hù)指定的格式, 確定所有記錄的標題。數據庫中所具有的所有過(guò)程點(diǎn)均可以記錄，如圖3所示。
 
                   
                             圖3   SCADA系統過(guò)程點(diǎn)信息查詢(xún)

    (5) 實(shí)時(shí)報警記錄

    記錄整個(gè)熱網(wǎng)運行過(guò)程中產(chǎn)生的報警記錄由運行人員進(jìn)行操作確認，如圖4所示。
  
                 
                        圖4   SCADA系統報警記錄

    (6) 歷史報警記錄

    對所有出現的報警及報警恢復由管理人員進(jìn)行設定時(shí)間查詢(xún)以便分析報警時(shí)間及具體原因。均可由打印機打印出來(lái)。

    (7) 數據報表

    對于采集來(lái)的數據包括溫度數據、壓力數據等，形成數據報表；報表有以下幾種：

    ① 歷史報表

    歷史報表能進(jìn)行日報、月報、季報、年報的生成，對數據存儲的時(shí)間范圍、間隔、起始時(shí)間可進(jìn)行任意指定，并可以根據存儲的時(shí)間進(jìn)行查詢(xún)歷史數據。

     ②多功能報表

    可以任意設置報表格式，實(shí)現各種運算、數據轉換、統計分析、報表打印等。既可以制作實(shí)時(shí)報表，也可以制作歷史報表?？梢栽趫蟊砩贤瑫r(shí)顯示實(shí)時(shí)數據和任意時(shí)刻的歷史數據，并加以統計處理，例如取行平均、列平均，統計出最大最小值。

    5 呼倫貝爾市的供熱調度SCADA系統的詳細配置清單

    軟件實(shí)施內容：每站點(diǎn)做最小4副界面，再有相應的趨勢、報表、報警等。
      
                                  表1 軟件配置
                    

                               表2 硬件配置  
           


   6 供熱SCADA系統的應用效果

   (1) 供暖調節實(shí)現科學(xué)預測

    針對熱網(wǎng)供熱具有很強的非線(xiàn)性、大滯后、時(shí)變性和不確定性，系統根據熱網(wǎng)溫度、流量參數結合熱網(wǎng)時(shí)滯、慣性、室外溫度變化等因素，通過(guò)算法模型預測調節方案。

   根據當前一級網(wǎng)供水流量、供水溫度、回水溫度和室外溫度結合運行調節方式，預測未來(lái)24小時(shí)室外溫度變化情況和供熱負荷走向，這些計算和預測都是對運行數據進(jìn)行統計分析后，經(jīng)過(guò)研發(fā)的分析評價(jià)系統自動(dòng)完成。

   另外，以熱網(wǎng)分析為基礎建立動(dòng)態(tài)水壓圖。從而對調節方案的合理性進(jìn)行評估，以保證熱網(wǎng)的穩定運行，模擬出初期、中期、高期運行的不同時(shí)期的運行工況，并對熱網(wǎng)的供熱能力進(jìn)行評估，以保證熱網(wǎng)的安全運行；分析熱用戶(hù)負荷變化，預測對其他熱用戶(hù)或熱源的影響；分析熱源參數，預測熱用戶(hù)的熱耗是否滿(mǎn)足要求。增加熱負荷，管網(wǎng)輸送能力是否足夠。如何調整設備，泵、閥門(mén)對熱網(wǎng)運行的影響。干管上閥門(mén)對相關(guān)區域供熱效果的影響。分析供熱垂直、水平失調，驗證解決方案。

    (2) 運行效果實(shí)現科學(xué)分析

    通過(guò)建立科學(xué)供熱控制模型，分析熱網(wǎng)工況特性，保證熱源負荷合理供給，同時(shí)保證熱源與熱網(wǎng)的良好匹配，科學(xué)分析供熱效率，保證標準供熱。

    供熱運行指揮中心依據調控熱源的熱量并且兼顧調節一次網(wǎng)和二次網(wǎng)各環(huán)路的平衡，實(shí)現整個(gè)熱網(wǎng)平衡和供熱效果穩定；并在此基礎上，依據環(huán)境溫度及部分熱用戶(hù)的實(shí)際供熱效果對熱源供熱量進(jìn)行預報規劃和運行中的實(shí)時(shí)調節，達到經(jīng)濟運行的目標。

    供熱運行指揮中心可以進(jìn)行在線(xiàn)診斷報警。通過(guò)對傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數據，對數據的正確性和完整性進(jìn)行檢查，當異?；虺鐣r(shí)，發(fā)出相關(guān)報警信息。通過(guò)歷史數據和實(shí)時(shí)數據的比較，分析是否存在泄漏，設備運行是否正常。

    供熱運行狀況的集中監測和分析評價(jià)，必將為科學(xué)供熱提供有利保證，為實(shí)現企業(yè)的穩步發(fā)展，創(chuàng )建節能型社會(huì )發(fā)揮重要作用。

    參考文獻：

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   李全忠（1974-）男，內蒙古呼倫貝爾人，工程師，現就職于呼倫貝爾市人才流動(dòng)人事考試中心。

   柴景武（1973-）男，北京人，高級工程師，現就職于北京信博昂自動(dòng)化科技有限公司。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第一期