论文部分内容阅读
[摘 要]近年来，基于SCADA的热网监控系统设计问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了系统的软件设计，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就其系统基本功能以及硬件设计展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
[关键词]SCADA；热网；监控系统；设计
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0242-01
1、概述
随着国民经济的飞速发展，我国的城市集中供热规模也不断扩大。集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，换热站是连接供热站和用户极为重要的环节，其工作安全性、可靠性直接影响锅炉的安全性和供热质量。目前换热站大都采用人工监控，一方面浪费人力，另一方面在出现事故隐患时操作人员难以发现，易造成设备事故。同时，各换热站都独立运行，难以达到供热系统整体的最佳状态，易造成热力失衡，影响供热效果而造成能源的极大浪费。要做到实时连续监测管线、线路的中间站及用户端点各项数据，提高中央调度室的监控能力，靠过去传统的办法是难以满足要求的。为此，我们设计并建设了一个热网调度中心，全面监控换热站的运行参数及设备状态，实现全网的科学化调度管理。
2、系统软件设计
2.1热网基础数据建立
系统根据热力公司实际情况建立热网的基础数据库（包括换热站供热类型、供热面积、管道、水泵、阀门等）。
2.2供热曲线设定
调度人员测量室外温度，对各采集点室外温度进行平均计算，通过非线性化曲线进行计算，结合热网实际情况，制定调度曲线。调度软件对换热站按曲线进行调节，使换热站按最优化运行。
2.3热网计算条件设定
管网参数确定，计算热网输出参数：确定换热站和热用户的热量、温度、流量、压力等参数，计算热源需要输出的参数（热量、温度、流量、压力等）。计算选择条件A：确定热网最小压差和最小回水压力；计算选择条件B：确定热网最小压差和最小供水压力。
2.4热网调节计算分析
当环境温度或者热源出口参数等发生变化时，软件能快速计算分析并可以获得各种负荷条件下各换热站、热用户等的热量需求，以及各种负荷状态下的流量和压力的分布，生成热力管网的压力和热量的统计值，还可以生成各种统计报表。
2.5热力管网运行方案制定与分析
软件可以进行热网运行方案制定与分析工作，软件通过在多种条件下、多次的计算分析，可以生成多种运行方案，经过经济技术分析比较后，从中找到合理的运行方案。
2.6水力工况平衡说明
水力工况平衡是指在热水一级网路中，各点的压力分布值接近理论计算值，以保证供热系统安全经济运行。水压图（热网主管水头线）可以全面反映热网和各热用户的压力工况，指导各换热站的自动调节。
2.7热力平衡说明
热力平衡的目的就是使热源所供热量和换热站所消耗的热量相平衡。保证每个换热站的供热量能满足居民室内温度的要求。
2.8熱源的调节
主要根据室外温度来调节，保证换热站一次网充分的热量供给，随着室外温度的变化及时地调整热源。
3、系统基本功能
3.1整体功能描述
3.1.1标准画面显示
提供工艺流程图显示：趋势显示、报警显示、报表显示等标准画面显示。
（1）工艺流程图
以动态的方式对采集信息的实时显示，采集的参数如换热站的动画（以程序绘画方式）模拟显示，实时获取各子站数据，并依据获取的温度、压力、流量等数据，采用动画模拟的方式，直观反映整个热网的当前状态。
（2）趋势显示
趋势显示可用整幅画面显示，也可在任何其它画面的某一部位用任意尺寸显示。所有模拟量信号及计算值均可设置为趋势显示。在同一幅LCD显示画面上，在同一时间轴上，采用不同的显示颜色，能同时显示8个模拟量数值的趋势。每个实时数据趋势曲线包括8个实时趋势值，每个实时趋势值的时间分辨力为1s（可按用户要求进行设置）。每个历史数据趋势曲线包括8个历史趋势值，每个历史趋势值的时间标度可由运行人员按时间长度输入，自由进行选择。
（3）报警显示
能通过结点状态的变化，或者参照预先存储的参考值，对模拟量输入、计算点、变化速率、其它变换值进行扫描比较，分辨出状态的异常、正常或状态的变化。若确认某一点越过预先设定的限值，LCD屏幕弹出报警提示，并发出声响信号。
3.1.2记录及报表
所有记录使用可编辑的标题，而不是预先打印的形式。供方按用户指定的格式，确定所有记录的标题。数据库中所具有的所有过程点均可以记录。
（1）定期记录
定期记录包括交接日报和月报。对月报，在每一个交接班后，或每一天结束时，或每一个月结束时，自动进行记录打印，或根据运行人员指令进行打印。
（2）运行人员操作记录
系统记录运行人员在集控室进行的所有操作项目及每次操作的精确时间。通过对运行人员操作行为的准确记录，可便于分析运行人员的操作意图，分析热网设备事故的原因。
（3）设备运行记录
设备状态变化时，记录其名称和精确时间。
（4）报警记录
历史报警记录：对所有出现的报警及报警恢复，由管理人员进行设定时间查询以便分析报警时间及具体原因。均可由打印机打印出来。
（5）数据报表
由采集来的数据包括温度数据、压力数据等，形成数据报表，有以下几种：历史报表、多功能报表、水力图查询、供水温度曲线。
3.2负荷预测功能
在软件制做之前每个换热站制定如下的基础数据表。
（1）换热站基础数据表如表1。
（2）热负荷延续表
将表格内容录入到热网专用软件的数据库内，通过人工输入预报的室外温度或通过网络读取预报的室外温度，由软件自动计算未来几天热网负荷的需求及变化趋势。
3.3全网平衡功能
根据热网运行的需要，在热网运行初期进行整网的平衡控制。
4、系统硬件设计
4.1网络数据服务器
IBM服务器SYSTEMX3850M2（72336RC），配24寸飞利浦LCD。本服务器安装PSPACE3.0数据库软件，为调度中心提供数据传送服务。
4.2热网服务器
DELLCPU2.4G四核，RAM：DDR2G，硬盘：250GB，7200转DVD16速光驱，55寸创维LCD电视。一套服务器兼工程师站，用于程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改，并提供工程师站的有关外设。工程师站能调出任一已定义的系统显示画面。在工程师站上生成的任何显示画面的趋势图等，均能通过通讯总线加载到操作员站。数据服务器通过通讯总线网络，即可调出系统内任一远程处理单元（RTU）的系统时实数据，还可将组态数据从工程师站下载到各操作员站。此外，当重新组态的数据被确认后，系统能自动地刷新其内存。另一套服务器兼操作员站，其任务是在标准画面和用户组态画面上，汇集和显示有关的运行信息，供运行人员据此对机组的运行工况进行监视和控制。
5、结束语
综上所述，加强对基于SCADA的热网监控系统设计与实现的研究分析，对于其良好效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1]丁艳华.热网远程监控系统的设计与实现[J].城市公共事业.2017（11）：60-62。
[关键词]SCADA；热网；监控系统；设计
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0242-01
1、概述
随着国民经济的飞速发展，我国的城市集中供热规模也不断扩大。集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，换热站是连接供热站和用户极为重要的环节，其工作安全性、可靠性直接影响锅炉的安全性和供热质量。目前换热站大都采用人工监控，一方面浪费人力，另一方面在出现事故隐患时操作人员难以发现，易造成设备事故。同时，各换热站都独立运行，难以达到供热系统整体的最佳状态，易造成热力失衡，影响供热效果而造成能源的极大浪费。要做到实时连续监测管线、线路的中间站及用户端点各项数据，提高中央调度室的监控能力，靠过去传统的办法是难以满足要求的。为此，我们设计并建设了一个热网调度中心，全面监控换热站的运行参数及设备状态，实现全网的科学化调度管理。
2、系统软件设计
2.1热网基础数据建立
系统根据热力公司实际情况建立热网的基础数据库（包括换热站供热类型、供热面积、管道、水泵、阀门等）。
2.2供热曲线设定
调度人员测量室外温度，对各采集点室外温度进行平均计算，通过非线性化曲线进行计算，结合热网实际情况，制定调度曲线。调度软件对换热站按曲线进行调节，使换热站按最优化运行。
2.3热网计算条件设定
管网参数确定，计算热网输出参数：确定换热站和热用户的热量、温度、流量、压力等参数，计算热源需要输出的参数（热量、温度、流量、压力等）。计算选择条件A：确定热网最小压差和最小回水压力；计算选择条件B：确定热网最小压差和最小供水压力。
2.4热网调节计算分析
当环境温度或者热源出口参数等发生变化时，软件能快速计算分析并可以获得各种负荷条件下各换热站、热用户等的热量需求，以及各种负荷状态下的流量和压力的分布，生成热力管网的压力和热量的统计值，还可以生成各种统计报表。
2.5热力管网运行方案制定与分析
软件可以进行热网运行方案制定与分析工作，软件通过在多种条件下、多次的计算分析，可以生成多种运行方案，经过经济技术分析比较后，从中找到合理的运行方案。
2.6水力工况平衡说明
水力工况平衡是指在热水一级网路中，各点的压力分布值接近理论计算值，以保证供热系统安全经济运行。水压图（热网主管水头线）可以全面反映热网和各热用户的压力工况，指导各换热站的自动调节。
2.7热力平衡说明
热力平衡的目的就是使热源所供热量和换热站所消耗的热量相平衡。保证每个换热站的供热量能满足居民室内温度的要求。
2.8熱源的调节
主要根据室外温度来调节，保证换热站一次网充分的热量供给，随着室外温度的变化及时地调整热源。
3、系统基本功能
3.1整体功能描述
3.1.1标准画面显示
提供工艺流程图显示：趋势显示、报警显示、报表显示等标准画面显示。
（1）工艺流程图
以动态的方式对采集信息的实时显示，采集的参数如换热站的动画（以程序绘画方式）模拟显示，实时获取各子站数据，并依据获取的温度、压力、流量等数据，采用动画模拟的方式，直观反映整个热网的当前状态。
（2）趋势显示
趋势显示可用整幅画面显示，也可在任何其它画面的某一部位用任意尺寸显示。所有模拟量信号及计算值均可设置为趋势显示。在同一幅LCD显示画面上，在同一时间轴上，采用不同的显示颜色，能同时显示8个模拟量数值的趋势。每个实时数据趋势曲线包括8个实时趋势值，每个实时趋势值的时间分辨力为1s（可按用户要求进行设置）。每个历史数据趋势曲线包括8个历史趋势值，每个历史趋势值的时间标度可由运行人员按时间长度输入，自由进行选择。
（3）报警显示
能通过结点状态的变化，或者参照预先存储的参考值，对模拟量输入、计算点、变化速率、其它变换值进行扫描比较，分辨出状态的异常、正常或状态的变化。若确认某一点越过预先设定的限值，LCD屏幕弹出报警提示，并发出声响信号。
3.1.2记录及报表
所有记录使用可编辑的标题，而不是预先打印的形式。供方按用户指定的格式，确定所有记录的标题。数据库中所具有的所有过程点均可以记录。
（1）定期记录
定期记录包括交接日报和月报。对月报，在每一个交接班后，或每一天结束时，或每一个月结束时，自动进行记录打印，或根据运行人员指令进行打印。
（2）运行人员操作记录
系统记录运行人员在集控室进行的所有操作项目及每次操作的精确时间。通过对运行人员操作行为的准确记录，可便于分析运行人员的操作意图，分析热网设备事故的原因。
（3）设备运行记录
设备状态变化时，记录其名称和精确时间。
（4）报警记录
历史报警记录：对所有出现的报警及报警恢复，由管理人员进行设定时间查询以便分析报警时间及具体原因。均可由打印机打印出来。
（5）数据报表
由采集来的数据包括温度数据、压力数据等，形成数据报表，有以下几种：历史报表、多功能报表、水力图查询、供水温度曲线。
3.2负荷预测功能
在软件制做之前每个换热站制定如下的基础数据表。
（1）换热站基础数据表如表1。
（2）热负荷延续表
将表格内容录入到热网专用软件的数据库内，通过人工输入预报的室外温度或通过网络读取预报的室外温度，由软件自动计算未来几天热网负荷的需求及变化趋势。
3.3全网平衡功能
根据热网运行的需要，在热网运行初期进行整网的平衡控制。
4、系统硬件设计
4.1网络数据服务器
IBM服务器SYSTEMX3850M2（72336RC），配24寸飞利浦LCD。本服务器安装PSPACE3.0数据库软件，为调度中心提供数据传送服务。
4.2热网服务器
DELLCPU2.4G四核，RAM：DDR2G，硬盘：250GB，7200转DVD16速光驱，55寸创维LCD电视。一套服务器兼工程师站，用于程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改，并提供工程师站的有关外设。工程师站能调出任一已定义的系统显示画面。在工程师站上生成的任何显示画面的趋势图等，均能通过通讯总线加载到操作员站。数据服务器通过通讯总线网络，即可调出系统内任一远程处理单元（RTU）的系统时实数据，还可将组态数据从工程师站下载到各操作员站。此外，当重新组态的数据被确认后，系统能自动地刷新其内存。另一套服务器兼操作员站，其任务是在标准画面和用户组态画面上，汇集和显示有关的运行信息，供运行人员据此对机组的运行工况进行监视和控制。
5、结束语
综上所述，加强对基于SCADA的热网监控系统设计与实现的研究分析，对于其良好效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1]丁艳华.热网远程监控系统的设计与实现[J].城市公共事业.2017（11）：60-62。