才茂智能換熱站無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)

▋方案需求

隨著國民經濟的不斷進步和人民生活水平日益提高，社會對環(huán)境的要求越來越高。近年來我國北方城鎮(zhèn)大力提倡城鎮(zhèn)集中供熱，改變原來各單位、各片區(qū)自己供熱、單獨建立鍋爐房給城市帶來的污染，由城市外圍的一個或者多個熱電廠提供熱源，市內各片區(qū)建立換熱站，統(tǒng)一給用戶供熱。這樣就大大減少了燃煤對城市的環(huán)境的污染，同時也節(jié)省了能源。

隨著科學技術的日新月異，尤其是計算機、通訊技術的迅速發(fā)展，自動化控制水平也得到了快速的發(fā)展和廣泛的應用，需求用戶對供熱質量的要求不斷提高和能源緊張的今天，提高供熱質量同時節(jié)約能源勢在必行。城鎮(zhèn)熱網遠程監(jiān)控系統(tǒng)是通過對供熱系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、開關量等進行測量、控制及遠傳，實現對供熱過程有效的遙測及控制。城鎮(zhèn)熱網遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)是區(qū)域供熱系統(tǒng)中的重要組成部分，它將實時、全面了解供熱系統(tǒng)的運行狀況，監(jiān)視不利狀況的壓差，保證區(qū)域供熱系統(tǒng)安全合理地運行，并可根據運行數據進行供熱規(guī)劃和科學調配，為熱力部門提供準確、有效的重要數據。達到整個系統(tǒng)的節(jié)能目的。提高了供熱品質及舒適度，延長了設備的使用壽命。

供熱系統(tǒng)是一個多參量、大滯后的復雜系統(tǒng)，供熱系統(tǒng)綜合節(jié)能控制技術，有針對性的解決供熱系統(tǒng)熱源、管網、終端用戶三個部分實際問題，提供三個主要環(huán)節(jié)的信息化管理平臺，實現了熱源控制一體化，管網智能化，終端用戶信息化；解決了系統(tǒng)整體過量供熱，管網存在水力失調，室溫存在冷熱不均的問題，達到整個系統(tǒng)的節(jié)能目的。

▋方案介紹

供熱換熱站控制系統(tǒng)是—個多層次的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)集換熱站的自動控制系統(tǒng)、各個換熱站與監(jiān)控中心之間的通訊系統(tǒng)、監(jiān)控中心的監(jiān)控管理系統(tǒng)的全自動的控制方案。換熱站一般由循環(huán)水泵組成的循環(huán)水系統(tǒng)、補水泵組成的補水系統(tǒng)、由調節(jié)閥組成的溫度調節(jié)系統(tǒng)構成。

換熱站的控制系統(tǒng)自動完成數據采集、設備控制、實時通訊、故障報警等功能。換熱站由動力配電柜、PLC控制器、各種傳感器、執(zhí)行器等設備構成，配電柜完成循環(huán)泵系統(tǒng)和補水系統(tǒng)的控制功能，具有手動和自動運行模式，換熱站的運行程序獨立存在于其控制系統(tǒng)PLC內，它能夠脫離上位機監(jiān)控管理軟件而單獨運行，其運行參數可以通過監(jiān)控中心的上位機監(jiān)控管理系統(tǒng)來觀察并實施調整。既能獨立完成本地控制，又能在監(jiān)控中心遠程操作。由變送器輸出的壓力、溫度、流量等參數，通過PLC控制器對這些參數進行實時采集和處理。PLC控制系統(tǒng)對一次網的電動調節(jié)閥、二次網的循環(huán)系統(tǒng)、補水系統(tǒng)等進行自動控制。

換熱站遠程監(jiān)控系統(tǒng)利用無線通訊系統(tǒng)將運行狀態(tài)數據傳給監(jiān)控中心的管理系統(tǒng)，各個換熱站獨立工作，同時接受監(jiān)控中心進行的運行參數調整。

▋系統(tǒng)組成

 換熱站在線遠程監(jiān)控系統(tǒng)分為四部分：

1、采集層監(jiān)測儀表傳感器（流量計、流量積算儀、電鍍閥、溫度傳感器，壓力傳感器）；

2、傳輸層數傳終端（采集現場儀器儀表信號，通過NB-IOT/DTU等網絡傳輸到監(jiān)控中心）；

3、云平臺（基于云服務器通信網絡平臺）；

4、管理中心（計算機、監(jiān)控軟件、手機端APP）。

采集層通過PLC控制器、觸摸屏、電動調節(jié)閥、變頻器、壓力、溫度、流量變送器，串行通訊轉換模塊、4G/5G通信模塊等部件構成。變送器對現場信息進行采集并傳送給PLC，PLC再根據上位機對給定信號和反饋信號進行比較運算，運算結果作為控制信號發(fā)送到前端I/O 模塊，由I/O 模塊轉換成模擬量去控制電動調節(jié)閥、變頻器、補水泵動作。

根據二次供回壓差自動控制變頻器，從而控制循環(huán)泵的轉速。根據二次回水壓力變送器控制補水泵啟停。傳輸層通過數據傳輸終端DTU將數據傳輸到監(jiān)控中心的服務器上，由服務器上的供熱管理平臺對數據進行定時采集、記錄，并可在控制中心的大屏幕上直觀地顯示出來。其運行參數可由本地觸摸屏或監(jiān)控中心設置。

應用層監(jiān)控中心通過NB-IoT/DTU無線通訊模塊與換熱站PLC進行通訊，完成換熱站運行與管理系統(tǒng)數據之間的數據交換，實時監(jiān)控，并具備報警、趨勢記錄、結算累計、統(tǒng)計分析等多項功能, 來實現現場參數的采集、調度室與各換熱站的數據實時通訊控制，既可以監(jiān)視各換熱站的運行情況，也可以調整換熱站的運行狀態(tài)。

▋系統(tǒng)解決的問題

1、實時數據遠傳中心功能

才茂4G DTU無線數據傳輸模塊可以實現傳輸如下實時數據能：

一次溫度、壓力、流量遠程傳送；

二次溫度、壓力、流量遠程傳送；

一次瞬時熱量的計算，遠程傳送；

二次瞬時熱量的計算，遠程傳送；

一次流量累計積算及顯示，一次熱量累計積算及顯示；

二次流量累計積算及顯示，二次熱量累計積算及顯示；

當前閥開度顯示；

當前室外溫度顯示；

當前柜門報警狀態(tài)顯示；

以上數據可根據預先設定的時間間隔定時向中心發(fā)送。同時，以上數據可分別由中心單獨招測，也可以一次性中心全部招測

2、 原始電流值的遠程傳送

根據預先設定的狀態(tài)，可以遠程傳送當前溫度，壓力，流量等參數原始電流值，供用戶比較原始數據和計算出的溫度壓力等數據是否一致。同時可以在必要時，實現電流數據的遠程傳輸，供中心長期監(jiān)測，比較之用。

3、 中心遠程對時功能

為了保證中心系統(tǒng)時鐘同下位機各個站點的系統(tǒng)時鐘高度一致，每次才茂4G DTU無線數據傳輸模塊，或間隔一定的時間以后，會自動同中心系統(tǒng)進行時鐘校對，保證整個系統(tǒng)時鐘高度一致。

4、遠程自動化控制功能

才茂4G DTU無線數據傳輸模塊可以遠程設定調節(jié)閥的各種自動化控制模式：

根據室外溫度調節(jié)二次網供水溫度模式；

根據預先設定的各個時間段的供水溫度調整二次網的供水溫度；

根據預先設定的各個時間段的閥開度調整一次網的閥開度；

設定當前的供水溫度值；

設定當前的閥開度；

設定當前的閥偏移量；

5、遠程報警參數設置功能

遠程設定如下參數的上下限報警值，當測量值超出該值設定的上下限時，本地PLC通過才茂4G DTU無線數據傳輸模塊自動上傳報警數據，

同時中心有聲音和視覺的提示：

一次溫度，壓力，流量；

二次溫度，壓力，流量；

室外溫度；

閥開度；

柜門狀態(tài)；

6、遠程量程設定

可以通過才茂4G DTU無線數據傳輸模塊遠程分別設定如下參數的量程：

一次供水溫度；

一次回水溫度；

二次供水溫度；

二次回水溫度；

一次供水壓力；

一次回水壓力；

二次供水壓力；

三次回水壓力；

一次供水流量；

室外溫度；

7、遠程自控參數設定

遠程設置無棣各換熱站PLC所用到的各種自控參數。主要包括如下：

室外溫度同供水溫度之間的對應關系表

供水溫度偏差同閥開度變化量之間的對應關系表

一天之內各個不同時間段的二次供水溫度關系表

一天之內各個不同時間段的閥開度變化關系表

自控調整周期

配合不同模式設定當前供水溫度，閥開度，閥偏移量等參數

8、遠程設定報警功能開關

報警功能開關控制自動報警，并實時遠傳該報警數據。

▋中心軟件功能概述

整個組態(tài)軟件系統(tǒng)架構是基于分布式的C-S架構，在兩臺互為熱備的數據服務器上安裝組態(tài)王服務器版本，負責實時采集、處理從區(qū)域控制器上傳的各種實時監(jiān)控數據，在兩臺監(jiān)控工作站上安裝組態(tài)王通用版，在工程師站上安裝組態(tài)王開發(fā)運行版。

冗余監(jiān)控服務器

熱網監(jiān)控中心的監(jiān)控服務器（兼操作員站），采用雙機冗余熱備形式和基于客戶／服務器方式的開放系統(tǒng)。

主要功能包括：

a）通過交換機與現場各個下位機（PLC）連接。通過4G DTU無線數據傳輸模塊與熱網中各個熱力站控制子系統(tǒng)連接，采集現場過程數據，進行統(tǒng)一的存儲與管理；

b）作為整個監(jiān)控系統(tǒng)的數據庫，存儲各種數據，包括實時數據和歷史資料：c）作為人機接口（HMI），通過多媒體手段（畫面、聲音等），為操作人員提供熱網中各個熱力站形象直觀的現場過程數據、過程報警、事件報警等；d）作為人機接口，操作員通過輸入設備（鼠標、鍵盤等），向熱網中各個熱力站發(fā)送調控指令：

e）按照設計要求為投影儀等提供顯示畫面和過程數據。

▋方案優(yōu)勢

1、有效提高供熱系統(tǒng)的自動化控制水平，并且能很大程度上提高供熱行業(yè)的管理水平；

2、供熱工程中的自動控制對于保證供熱系統(tǒng)優(yōu)質供熱、安全運行、經濟節(jié)能；

3、配備多種接口資源，包括模擬信號采集、開關量輸入、輸出，脈沖信號輸入等；

4、 支持RS232/RS485方式的用戶數據接口，可接入PLC等各種設備；

5、 通訊協議完善，組態(tài)軟件支持，用戶免開發(fā)；

6、NB-IoT/DTU多種傳輸模塊，方便用戶選擇多模式組網方式；

7、提供用戶設置軟件，開放式接口，方便與其它軟件連接；

8、工業(yè)級設計，穩(wěn)定可靠，堅固耐用；

9、具備強大的擴展功能，可隨時增加用戶，拷貝功能、報表打印功能、計算工具功能。

10、 可擴充工作站數目，并且保持采集點數據同時發(fā)送，監(jiān)控管理中心同時接收所有采集點發(fā)送的數據. 

▋系統(tǒng)實現客戶價值

系統(tǒng)同時會將設備運轉和維護狀況等信息實時傳送到監(jiān)控中心和各生產管理部門，為生產的指揮調度提供準確及時的第一手資料，減少所需的現場職守和維護人員， 最大程度的保障換熱站生產正常運行，通過智能化管理減少運營維護成本，提升終端用戶使用體驗感。