A dispatching monitor and control system for use with the weihuling heating-net
J IANG Feng1 ,YUAN Jun1 ,YANGJian-yu2
(1.Urumchi Heating Power Company , Urumchi 830002 , China ;2.XY2TZ Autocontrol Engineering Co. Ltd. , Xipan 710068 , China)
Abstract :This paper presents a monitor and control system used in the Weihuliang heating-net that includes computer workstations and programmable computer controllers. The exit-temperature and cycle flow dispatched by stages from a heat source factory on the basis of outdoor temperature to control the whole heating-net system. The function F and smart PID can control the temperature and the cycle flows of the quadratic water ,thus keeping the quadratic heating2net supplying properly under control .
Key words :Heating-net ;PPC;Dispatching monitor and control system;Dispatched by stages ;F function ;Smart-PID

　　葦湖梁發(fā)電廠為我國(guó)第一個(gè)五年計(jì)劃期間蘇聯(lián)援建的中溫中壓發(fā)電廠, 1994 年改建為熱電廠。2000 年擴(kuò)建供熱網(wǎng),總計(jì)劃建設(shè)43 個(gè)熱力站,一期共建設(shè)13 個(gè)熱力站,供熱網(wǎng)熱源由電廠及調(diào)峰鍋爐共同承擔(dān)完成,采用由PCC 可編程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及HP 工作站組成SCADA 計(jì)算機(jī)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。

1 　微機(jī)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的組成
　　葦湖梁熱網(wǎng)微機(jī)監(jiān)視調(diào)度系統(tǒng)如圖1 —1 所示,由SCC 監(jiān)控中心及43 個(gè)LCM熱力站本地控制站組成。SCC 包括HP 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、操作員站、工程師站、通訊前端機(jī),用以太網(wǎng)構(gòu)成局域網(wǎng)。各熱力站采用奧地利B&R PCC 可編程計(jì)算機(jī)控制器進(jìn)行就地控制,通過(guò)市公用電話網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成地域分散的局域網(wǎng)。
設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)充分考慮了開放性(采用標(biāo)準(zhǔn)化總線、實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)及高級(jí)語(yǔ)言) 、易擴(kuò)展性(硬、軟件模塊化結(jié)構(gòu)) 、易維護(hù)性(帶電插拔硬件、在線更新調(diào)試程序) 。

圖1 —1 　葦湖梁熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)圖

2 　微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能
2.1 　分控中心SCC
       SCC 監(jiān)控中心依據(jù)各熱力站的壓差及溫度信號(hào),控制主循環(huán)泵;并依據(jù)室外溫度的高低對(duì)各熱力站的換熱器進(jìn)行溫度設(shè)定,從而保證熱力網(wǎng)用戶的室內(nèi)溫度達(dá)到規(guī)定要求。SCC 的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基于“客戶機(jī)———服務(wù)器”的結(jié)構(gòu),服務(wù)器連續(xù)運(yùn)行,主要完成數(shù)據(jù)接收、處理及指令發(fā)布工作,并及時(shí)響應(yīng)來(lái)自客戶機(jī)的服務(wù)請(qǐng)求。
      監(jiān)控中心工作站用于數(shù)據(jù)管理、存儲(chǔ)和計(jì)算,并對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行管理。操作員站用于監(jiān)視和管理整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng),為操作員提供人機(jī)界面。工程師站主要用于系統(tǒng)的仿真,工況計(jì)算,控制參數(shù)的計(jì)算,故障分析和診斷及管道的堵、漏分析,并將分析和計(jì)算結(jié)果報(bào)告給操作員站,提示操作員進(jìn)行正確的操作和判斷。投影儀用于顯示運(yùn)行參數(shù)和畫面,使熱網(wǎng)工藝流程和參數(shù)顯示更加直觀。
     在使用微機(jī)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)后,各熱換站實(shí)現(xiàn)無(wú)人執(zhí)守,監(jiān)控中心設(shè)有專人24 小時(shí)值班,監(jiān)視各熱力站的運(yùn)行狀況,監(jiān)控中心通過(guò)調(diào)制解調(diào)器(MODEM) 與各熱力站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,及時(shí)收集各熱力站的運(yùn)行數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、打印等,監(jiān)控中心根據(jù)運(yùn)行工礦進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。在一段時(shí)間內(nèi),當(dāng)主熱源不能滿足用戶需求的情況下,由監(jiān)控中心分配各熱力站所需熱量并確定運(yùn)行方式,平衡全網(wǎng)供熱需求,保證區(qū)域內(nèi)供熱系統(tǒng)的安全、合理、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行,操作站是人機(jī)對(duì)話的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它以其高可靠的硬件及優(yōu)良的軟件為優(yōu)化過(guò)程操作和避免誤操作提供了可能。
具體實(shí)現(xiàn)下列功能:
* 　數(shù)據(jù)采集:按照操作員指定或系統(tǒng)默認(rèn)巡檢方式,對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
*　系統(tǒng)組態(tài):對(duì)系統(tǒng)中LCM的測(cè)控參數(shù)的種類、數(shù)量、參數(shù)名稱、限值等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置。
* 　顯示:系統(tǒng)總體顯示、主要測(cè)點(diǎn)參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示、指定測(cè)點(diǎn)詳細(xì)工藝流程及狀態(tài)參數(shù)顯示。
* 　打印: 各站指定或全部參數(shù)的日、月、年及一時(shí)間段報(bào)表,系統(tǒng)運(yùn)行狀況表。
* 　數(shù)據(jù)管理:各種數(shù)據(jù)按種類存入各數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索、統(tǒng)計(jì)、制表和繪圖。
* 　報(bào)警及故障處理:對(duì)報(bào)警信號(hào)顯示、標(biāo)示、打印、參數(shù)超限時(shí),記錄于數(shù)據(jù)庫(kù)。
*　 數(shù)據(jù)通訊:發(fā)送數(shù)據(jù)及發(fā)送控制指令、接收數(shù)據(jù)及接受控制指令、糾錯(cuò)、檢錯(cuò)。
2.2 　就地監(jiān)控站LCM
      由可編程控制器PCC 構(gòu)成的LCM 就地監(jiān)控站如圖2—1 所示,它負(fù)責(zé)獨(dú)立完成該供熱小區(qū)運(yùn)行參數(shù)的采集、監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制,通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)滿足該小區(qū)供熱需求,同時(shí)接受SCC 指令,向上傳送有關(guān)數(shù)據(jù),在正常運(yùn)行狀態(tài)下,各熱力站自成系統(tǒng),即使監(jiān)控中心或通訊發(fā)生故障,各熱力站的PCC 仍可正常運(yùn)行,并按照SCC 站預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),當(dāng)主熱源不足時(shí),SCC 向各熱力站發(fā)出限
制熱量的比例參數(shù),各熱力站通過(guò)該參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié),從而達(dá)到整個(gè)管網(wǎng)的熱力平衡,當(dāng)室外溫度小于-10 ℃時(shí),主熱源嚴(yán)重不足的情況下,入戶水溫已不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,此時(shí)監(jiān)控中心將通知啟動(dòng)調(diào)峰鍋爐聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。具體完成以下控制:
* 　一次水進(jìn)/ 出口監(jiān)控:差壓控制、流量控制、回水溫度限制、能量計(jì)量、監(jiān)測(cè)顯示及超限報(bào)警。
* 　采暖系統(tǒng)監(jiān)控:
根據(jù)計(jì)算的設(shè)定點(diǎn)完成溫度控制。

其中； tn —室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度； t′g —二次供水溫度給定計(jì)算值；tg —設(shè)計(jì)二次供水溫度； th —設(shè)計(jì)二次回水溫；t′h —二次回水溫度給定計(jì)算值； th —設(shè)計(jì)二次回水溫度；tw —冬季室外計(jì)算溫度； t′w —冬季室外平均溫度; B —放散系數(shù)。
———根據(jù)固定的溫度設(shè)定完成溫度控制。
———根據(jù)供、回水溫度曲線完成溫度控制。
———完成控制參數(shù)的設(shè)定計(jì)算,完成固定的設(shè)定點(diǎn),完成曲線方式設(shè)置設(shè)定點(diǎn)。
———采暖二次系統(tǒng)變頻調(diào)速調(diào)壓控制。
———監(jiān)測(cè)顯示一次回水溫度,二次供水溫度,二次回水溫度,采暖系統(tǒng)循環(huán)泵吸入壓力,變頻泵狀態(tài)(起/ 停,泵速,故障報(bào)警) 。

2.3 　通訊機(jī)管理SCC 和LCM的有線通訊
      中央監(jiān)控室配置B&R2005 可編程計(jì)算機(jī)控制器,具備高速以一個(gè)以太網(wǎng)接口和3 個(gè)RS232 接口作為前端通訊機(jī)。前端通訊機(jī)掛接在中央監(jiān)控室的局域網(wǎng)上,通過(guò)以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及監(jiān)控中心的其它設(shè)備交換信息,3 個(gè)RS232 接口配備3 個(gè)調(diào)制解調(diào)器,分別3 路連接市話網(wǎng)絡(luò)。各就地控制站LCM配備2 個(gè)RS232 接口,其中一路通過(guò)調(diào)制解調(diào)器接市話網(wǎng)絡(luò)。前端通訊機(jī)對(duì)系統(tǒng)全部就地控制站分3 組進(jìn)行輪詢,發(fā)送操作員站和工程師站的命令,接收各站的運(yùn)行參數(shù)。必要時(shí),各就地控制站LCM也可以向前端通訊機(jī)發(fā)送通訊請(qǐng)求,傳送信息。

3 　微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的方案實(shí)施
　　目前國(guó)外流行的是根據(jù)二次網(wǎng)的供水溫度調(diào)節(jié)一次網(wǎng)流量,進(jìn)而控制二次網(wǎng)供熱量。然而二次網(wǎng)的供熱量主要與循環(huán)流量和二次供水溫度相關(guān),是兩參量的調(diào)控系統(tǒng)。
3.1 　熱網(wǎng)調(diào)度控制方案:
       采用電廠出口溫度分段調(diào)度控制方案。一次管網(wǎng)采用不同溫度下的流量調(diào)節(jié),調(diào)度控制考慮3 個(gè)條件:電廠循環(huán)泵最大調(diào)節(jié)能力,保證熱力公司提供的管網(wǎng)最不利點(diǎn)的最小壓差,管網(wǎng)允許的最大供水壓力和回水壓力。電廠出口處的工況為一路DN900的供水及回水管線,輸送介質(zhì)為熱水,供水最高溫度為130 ℃, 工作壓力為2.5 MPa , 回水最高溫度為70 ℃。SCC 監(jiān)控中心接收LCM 的工況信息,協(xié)調(diào)中央控制系統(tǒng),調(diào)節(jié)電廠出口溫度和回水溫度。
3.2 　熱換站控制方案:
      室外溫度采集及計(jì)算暫按12 小時(shí)滾動(dòng)平均值和室外溫度預(yù)測(cè)編制軟件, 二次水溫度給定按
100 %的定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)和分段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)兩種方法調(diào)節(jié),并可切換使用。
*  一次水的調(diào)節(jié)
     熱力站基于對(duì)一次水的流量控制,調(diào)節(jié)二次水的水溫,熱力站一次入口處安裝自力式差壓調(diào)節(jié)閥PCV001 ,控制熱力站的入口差壓,以保證熱力站各一次分支系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
同樣,熱力站基于對(duì)一次水的流量控制,調(diào)節(jié)二次水的水溫。在一次水出口安裝自力式流量限制FCV001 ,使熱力站的流量運(yùn)行在規(guī)定的范圍內(nèi),以提高整個(gè)管網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行。特別是對(duì)管網(wǎng)近端用戶的流量限制,使后端熱用戶流量得到提高。
自力式流量限制FCV001 同時(shí)具有溫度限制功能,當(dāng)回水超限時(shí),將回水溫度控制在規(guī)定的范圍
內(nèi)。這樣帶來(lái)的效果是節(jié)約了能源,提高了負(fù)荷開發(fā)能力。
*  二次水的調(diào)節(jié)
    二次網(wǎng)的供熱量主要與循環(huán)流量和二次供水溫度相關(guān),首先計(jì)算出根據(jù)室外溫度分區(qū)段的階梯流量給定值,控制循環(huán)泵在各區(qū)段內(nèi)恒速。為此建立一個(gè)綜合函數(shù)F( t , f , p) ,根據(jù)室外溫度、一次供水溫度、一次回水溫度、一次供水壓力、一次回水壓力、二次供水溫度、二次回水溫度等參數(shù)計(jì)算二次水溫給定值和二次水循環(huán)泵階梯恒速<