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集中控制系统
 

一、系统总体设计

1、产品概述

     供热调度监控系统实现对各换热站工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、连锁和报警以及报表打印,通过使用在调度中心和各换热站间的一系列通讯链,完成整个热网调度所必需的数据采集,数据通讯,顺序控制,时间控制,回路调节及上位监视和管理作用。整个系统由调度中心、数据传输部分、24个现场换热站三部分组成。现场监控设备PLC主要完成各换热站的温度、压力、流量等工艺参数的实时采集、各种运行设备的状态实时反映和控制;在通讯网络的支撑下,现场监控设备通过某种网络接口将反映换热站运行状态的数据传送到调度中心,同时接收调度中心发来的调度控制指令;调度中心负责接收各现场监控设备发来的数据,并对数据进行存储、历史趋势分析、报警、报表打印等,在此基础上,向各现场设备发出调度控制指令。

2、机组的基本要求

     成套混水机组应采用先进、成熟、安全的技术设计制造,实现无人值守、自动控制、自动运行,并至少应具有如下功能:

1)机泵运转设备应按规定设置备台。

2)网供回水温差大于用户系统设计温差,通过智能混水机组的混水泵进行混水,满足二级网的循环流量,并达到热网的设计温差,满足用户系统的需要

3)混水直连方式一部分热介质的循环动力来自热源循环泵,一部分热介质(混合水)则来自混水泵。

4)一级网的富余压差可以保留在二级网中,在二级网中转化为循环动力将热水送往各热用户。

5)在管径相同,经济比摩阻相同的情况下,输送的热量远大于单纯直连方式,因此混水直连供热系统在同样的热网管径下可带较大供热面积,比单纯直连供热系统具有更大的供热能力。

6)通过现场控制器,对一、二级网的流量、压力、温度自动调整,以保证供热效果。

7)智能控制,无人值守。

8)可实现远程监控,监控中心由各种功能不同的服务器或工作站组成,用于完成数据采集、数据存储、运行状态显示、控制操作、报警管理、网络发布等功能。热力公司可以对各供热站进行统一调度指挥,通过开放的标准TCP/IP协议,OPC接口,数据可以在内部系统以及外部系统间实现自由的传输,为企业的综合信息管理平台奠定基础。同时,只需要一套服务器,所有客户端不需要安装任何软件,即可通过IE浏览器象访问普通网站一样,通过用户名和密码登录监控中心,实现远程访问、远程控制,从而实现运行管理人员在家中、外地等任何可以上网的地方都可以对系统运行状况了如指掌。

9)机组控制系统的功能

   机组控制系统需独立完成现场监测和自动控制功能,现场开环控制和内部联锁控制功能,现场对有关参数进行设定和修改。并能对主要参数设置报警限值,有联锁要求的输出报警信号的同时自动完成联锁动作。

 

3、实现功能

     控制器系统支持PID控制、逻辑控制、模糊控制等多种控制方式,可通过简单的组态进行选择。控制器还支持用户以脚本语言方式进行二次开发。各种控制功能如下:

     温度/热量控制:换热站热量控制主要是实现室外温度补偿的供热量和需热量一致的调节,调节手段主要通过一级管网二级循环泵或调节阀的动作。在控制器的程序中有几种方法,用户可以根据需要自行选择:

1) 一级管网的最大流量及最大热量限制(一级管网阀位最大开度限值或一级网最大流量限值),通过设定限值,可以解决在热网能量不足的情况下产生失调现象。

2) 带有室外气候补偿的二级侧供,回水温度,或二级侧的供回水平均温度控制一级管网循环水流量。室外温度的读取有两种方式,一是本地室外温度,二是热网监控中心统一下发的室外温度。并具有当通讯中断时,自动读取本地室外温度值。在本地也故障时,应在机组控制系统中赋固定值。可以任意设定温度曲线或平移已有曲线。

3)可直接设定二级侧的供水温度、回水温度或供回水平均温度来控制一级管网循环水的流量。

4)根据负荷实际情况分时段修正二级管网供水温度、回水温度或供回水平均温度来控制一级管网循环水的流量。

5)直接设定一级管网二级循环水泵频率(或调节阀开度)。

压力控制:二级管网系统的最佳调节是质量并调,即在改变二级管网温度的同时二级管网循环流量也随之改变。

1)二级管网循环流量控制:

a)循环泵直接给定频率

b)压差或压力定频率:根据二级管网的供水压力或供回水压差来控制二级管网循环水泵的运行频率,取压点的位置可以在二级管网的供回水管上,有条件的场合可以将测压点放在系统的最不利用户的供回水干管上。

c)室外温度定频率:在室外温度变化的同时,系统的循环流量也随之变化,供回水压力或压差也发生变化花,即变压变流量,才可以达到系统最佳调节工况,同时也是最大限度地节能。

d)分阶段改变流量的调节:根据室外温度的变化,将整个采暖季分成几段,在每个不同的阶段对变频器设定不同的输出频率,使二级管网的流量随用户的热负荷变化而变化,配合二级管网供水温度调节曲线,从而实现分阶段改变流量的质调节,达到最大的节电效果。

3)循环泵的运行控制:二级侧循环水泵控制有多种方式,并在显示屏上可选。

a)直接启停控制,

b)根据一级管网回水温度设定值自动启停,当一级管网回水温度达到设定启泵温度值时自动启动热网循环泵。低于设定停泵温度值时自动停止循环泵。

c)具有时间控制程序.分多个时间段定时开、关机等。且每个时间段的时间设定可根据需要任意修改。

5)故障报警功能:故障报警分为数据报警和事件报警,数据报警多为数据参数异常,一般是模拟量,如:压力值达高限等;事件报警一般是数字量,如水泵停,系统停电等。系统将自动上传报警信息,如果上位机收到信息将给控制器下发一个收到的确认信息,如果上位机没有收到报警信息,控制器将不断重复发送,同时在现场的液晶的报警信息栏显示报警信息。控制器还输出一个报警接点,用于控制带蜂鸣的报警指示灯。

6)故障保护功能:对于系统中的主要运行数据参数均可设定保护限值,有连锁要求的达到保护限值后自动连锁保护,并向上位机发出报警功能。每个连锁保护功能均可单独选择功能启用或停用。

机组控制系统可以实现功能:

1.系统采集监控的通过显示屏就地显示并上传至热网监控中心的参数包括 室外  温度、一级管网供回水温度、二级管网供回水温度、一级管网供回水压力、二级管网供回水压力、混水管网压力、一,二级管网瞬时流量、累计流量、调节阀开度,二级管网循环泵,二级管网补水泵、循环泵变频器频率反馈、泵运行电流等。

2. 应能根据室外温度制订向用户供暖的输出目标值。

3.自动响应监控中心呼叫,接收上位通讯调度软件的各种控制指令。

4.主动将报警信息发往监控中心报警点

5.按要求给上位机提供各种数据等服务。

6. 人机界面及操作单元。

7. 备用电源,控制带有备用电源,在主电源掉电后,备用电源能够维持控制器运行,同时控制器向监控中心发出掉电报警信息。

8.闭环控制其主要功能如下

1)一网的最大流量限制

2)一网的最大热量限制

3)一级网的回水温度限制

4)一、二级网回水温差限制

5)根据室外温度曲线,调节网供热负荷

6)根据二次供回水压差控制循环水泵转速以保证网的水力、热力平衡,达到节能、高效的最优化运行。

7)二次供水温度超高报警、联锁功能。

3.10现场的控制策略,按照混水机组建议流程示意图工艺要求实现如下控制策略

3.10.1一次供水调节阀:(设开度上、下限)有4种控制策略

A、根据室外温度(气候补偿)调节T3温度;(误差正负1度范围内)

B、根据设温度值调节T3温度;(误差正负1度范围内)

C、根据设定二次供回水平均温度调节T3T4的平均温度;(误差正负1度范围内)

D、手动调整开度。

3.10.2一次回水阀:(可设开度上、下限)

A、根据回水压力设定值P4压力

B、根据设温度值调节T3温度;(误差正负1度范围内)

C、手动调整开度。

3.10.3混水调节阀:(设开度上、下限)有4种控制策略

A、根据室外温度(气候补偿)调节T3温度;(误差正负1度范围内)

B、根据设温度值调节T3温度;(误差正负1度范围内)

C、根据设定二次供回水平均温度调节T3T4的平均温度;(误差正负1度范围内)

D、手动调整开度。

3.10.4二次供水泵:(可设频率上、下限)有三种控制策略

A、根据二次供水压力设定值调整P3压力;

B、根据二次供回水压力压差设定值调整P3P4压力差值;

C、手动调整频率。

4、系统结构

     热网调度管理监控系统由三个层次构成,即现场测量控制层、监控管理层和管理信息层,将生产过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开,分别使用不同的网络,有效地提高了通讯的效率,降低了通讯负荷。

 

系统示意图

5、系统功能

     集中供热工程管理信息系统实现PLC的数据采集和联网,调度人员可以中心监控生产运行情况,各级管理人员可以在自己的办公室监测各生产装置运行情况。

² 实时模拟图监测

² 实时趋势与历史趋势

² 灵活报表

² 报警

² 实时数据发布

集中供热调度管理系统具体设计

1、系统结构

     供热调度监控系统调度中心与各现场换热站之间通过环形网络来实现数据通讯的。环形网络的主要设备为美国TSC环网交换机,主要完成PLC与调度中心数据传输转发的任务,同时也是与热网中心站的工作接口。

     本工程采用MACSV系统对全网参数进行统一监测和管理;该系统将实时、全面监测供热系统的运行工况,监视最不利工况点的压差,协调热源供给,以适应热网负荷的变化;安全合理地进行供热系统的调度,并可根据运行数据进行供热规划。同时它还是热网安全、可靠、高效运行的保证。

     整个监控系统是一个集散控制型的SCADA系统,上级为调度监控中心,下级为58个远程终端站,通过数据通信网络将各终端站与监控中心相连,各部分协调工作,实现热网监控的各项功能,即基本的控制管理功能由远程终端站来完成,而整体的协调则在监控中心实现。当系统通讯正常时,由监控中心来进行协调管理,远程终端站能够接受监控中心的要求具体执行并完成必要的监测和安全保护等工作;当通讯故障时远程终端站能够独立完成控制。

2、调度监控中心

调度监控中心主要由数据服务器、操作员工作站、工程师工作站、通讯网关、投影、以太网交换机、防火墙、打印机、UPS电源等组成。对规模较小的供热企业,可不设数据服务器,直接操作员工作站兼数据服务器的功能。数据服务器上安装热网监控系统软件,负责采集现场PLC控制站的数据,监测各换热站的运行情况并指导操作员进行操作。数据服务器实时地从现场PLC控制站采集数据以保证其数据库不断更新。服务器还向现场PLC控制站发送控制和参数设置指令。调度运行人员在调度监控中心通过操作员工作站能够方便地得到换热站运行的数据并向热力站下达指令。

热网调度监控中心监控系统采集所有热力站的实时数据,建立历史数据库;先进的报警管理功能,可以随时接收来自各热力站的故障报警,发出报警信息;优秀的图形化人机交互界面,用户使用更加方便;输出生产报表、管理报表,如日报、周报、月报、年报以及小时平均报表等。

另外,热网调度监控系统还可通过通讯网关接入管理信息系统(MIS),进行深层次数据挖掘、数据分析和统计,实现生产管理、用户收费管理、地理信息管理、设备维护管理、智能化办公、无纸化办公。 

3、通讯网络

     通讯网络是整个热网监控系统联络的枢纽,各个换热站、热源、管道监控节点通过通讯网络系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度,必须建立连接所有监控点的通讯网络,调度监控系统调度中心与各现场换热站之间通过以太环网来实现数据通讯的。

环形通讯网络

     基于环形通讯网络组建的供热远程监控系统有如下特点:

高速传输环形网络的传输速度最快将达到100Mbps,速率的高低取决于PLC的设置。

安全可靠网络采用的是光纤设备,并且为环形网络结构保证了通讯的可靠和安全。

防雷击:由于采用光纤连接的方式,克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击坏设备的缺点。

4、控制方式

        调度监控系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、计算机控制系统远程手动控制、计算机控制系统远程自动控制三种控制方式。三种方式的级别由高到低依次为就地手动、远程手动、远程自动。

就地手动模式:设备的现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择“就地”方式时,通过现场控制箱或MCC控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。设备的急停按钮或其他保护和安全连锁装置(如:过载保护、温度及液位保护等)必须是硬线连接至电气控制回路,不受方式选择开关的限制。现场控制箱(柜)在开关在“手动”位置时,设备为离线方式,PLC不能对设备进行任何控制。

远程手动模式:即远程手动控制方式。现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程” 开关选择远程方式时,操作人员通过操作终端(HMI或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘选择“手动”方式并对设备进行启/停、开/关操作。

远程自动模式:现场控制箱或MCC控制柜上的“就地/远程”开关选择远程方式,且现场控制站的自动/手动”设定为“自动方式时,设备的运行完全由各PLC根据换热站的工况要求来完成对设备的运行或开/关控制,而不需要人工干预。

5、无人职守换热站的控制与监测

控制原理图

        支持PID温差控制,供回水压差限幅调节。控制流程如下图所示:

  


6、系统功能

调度监控中心功能

调度中心监控计算机是操作员监控及获取数据的平台,系统包括以下功能:

用户登录

实时工艺流程图显示

报警显示

实时曲线、历史曲线

参数设置

事件记录

报表处理

现场监控站功能

按控制程序对所辖工段内的工艺过程、电气设备进行自动控制,同时采集工艺参数,电气参数及电气设备运行状态。

通过通信网络与调度中心的监控管理系统进行通信。向监控管理系统传送数据,并接受监控管理系统发出的开停机命令。

在操作屏上显示所辖工段的工艺流程图,工艺参数,电气参数,及设备运行状态。通过键盘设定工艺参数,控制电气设备。

采集的主要工艺参数有一级、二级网的温度、压力、流量、液位、热量。

现场控制站提供方便的自动控制, 临界报警和连续的回路控制。

和中央监控站连接的现场界面单元:每个现场控制站PLC作为中央站的一个现场界面单元,中央工作站将对现场控制站PLC的工作进行监控。

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