供暖系统自动化控制方案

XXXXXX有限公司供热管网自动控制系统方案同方股份有限公司2010年6月目录1大滞后控制对象自动化系统要点分析......................................22分时、分温、分区供暖自动控制模式......................................23供暖节能自动控制系统的构成............................................23.1供热自动控制系统总体架构...........................................23.2节能自控系统的组成.................................................33.3监控中心的主要功能.................................................53.3.1设备配置....................................................53.3.2监控管理软件................................................53.3.3监控管理主机...............................................123.3.4系统组态功能...............................................133.3.5人机界面的特点.............................................143.4各换热站的设备功能................................................143.4.1数据采集...................................................153.4.2DDC智能控制器.............................................153.4.3触摸式操作显示屏...........................................153.4.4GPRS无线数据传输器........................................163.5供暖节能自动控制系统的设备配置....................................164节能自动控制系统拟选设备简介.........................................184.1DDC智能控制器....................................................184.2一体化彩色液晶触摸屏（工控机）....................................194.3GPRS无线数据传输器...............................................195热网监控系统解决的问题和产生的效益...................................20XXXXXX有限公司供热管网自动控制系统方案供热节能主要包括热源厂节能、供热管网系统节能和用热系统节能三大部分，要做到合理供暖，杜绝浪费，首先要解决这三大部分的热能供需匹配问题。也就是说：保持能耗的动态跟踪，控制热能供需平衡，从而实现节省燃煤（或燃气），节省热能、电能，节省与此相关的人力、物力、场地和运输费用。因此，按需供暖、减少或杜绝热能浪费，是最有效的节能手段，这是首要问题。其次，在保证热源厂供热总量的前题下，解决如何提高热效，实现节能的问题。本方案从供热管网系统和用热系统的能耗的动态跟踪与节能自动控制着手，本着投资少，见效快，收益大的原则，结合各换热站设施和供热用途等实际情况，充分利用换热站原有的温度、压力传感设备和控制设备，改装水泵电机变频器的控制线路，加装DDC智能控制单元，通过自动控制软件设定的节能程序，根据用热需求量的变化，控制供热管道阀门开度、控制水泵转速，变人工主观控制为节能自动控制，变全热全程供暖为分时分温按需供暖，并逐步实现全管网的智能化控制。节能自动控制系统方案按以下几个部分加以说明：大滞后控制对象自动化系统要点分析分时、分温、分区供暖的自动控制模式供暖节能自动控制系统的构成节能效益分析系统拟选设备简介华发公司于2009年建立了热网系统监控管理系统，对100多个换热站的运行数据实时全面监控管理。在此基础上，今年新建的20个换热站采用全自动化控制方式，实现热力平衡调节和节能控制，下个采暖期逐步推广，最终达到无人值守站的自动化控制水平。本方案根据华发公司供暖管网的实际需求和现状，着重说明自动化控制与供热节能。1大滞后控制对象自动化系统要点分析XX华发的热力管网调控，多以回水温度作为调节的参照变量，但是，供热管网系统是大滞后控制对象，变量因素多，响应时间长，不适合用PID方式调节，极难达到理想的控制效果。针对这种控制对象，行之有效的手段是采用先进过程控制方式，例如：预测控制。预测控制的优点：模型简单，容易获得算法简单，容易实现参数少，容易整定鲁棒性好，使用安全稳定与PID算法相比，设定值改变时，预测控制，响应曲线大大改进，振荡小、上升时间短、调整时间小。对于大滞后对象，预测控制算法可根据时段合理优化温度设定，快速、平稳地达到设定的温度。在原有基础上，把参数进一步简化，用“统一预测控制算法”的系列程序，结合供热自动化系统设备，实现节能控制的目的。2分时、分温、分区供暖自动控制模式系统安装了相关自控设备以后，就可以根据建筑物不同的供热用途，采取不同的节能运行模式，实现供热支路流量科学合理分配，“分时、分温、分区供暖自动控制。3供暖节能自动控制系统的构成3.1供热自动控制系统总体架构供热自动控制系统主要由系统监控中心、现场控制单元、数据通讯系统、仪表和传感器及电动调节阀、电气设备部分组成，各部分协调工作，实现整个供热系统的自动化控制或智能控制。系统原则上可按6层结构，通过城域网连接到系统监控中心。各层内容包括：（1）机电设施层：锅炉和换热站的水泵、供热管网、电机、动力控制柜等；（2）就地仪表层：就地仪表、执行机构、变频调速装置、调节阀门等；（3）现场控制层：指现场DDC智能控制设备；（4）通信网络层：GPRS通信网络；（5）中央监控层：为集中供热系统计算机监控系统的核心，通过中央监控层对全网的运行实施统一的监控。接收各站点的故障报警，达到安全、节能、环保型供热的要求，并保证供热质量；（6）信息管理层：通过信息管理层，完成全网调度指挥、事故报警处理，实现科学管理，提高企业效益。信息管理层实际上是一个计算机信息网络系统。3.2节能自控系统的组成计算机监控系统将实时、全面地监控各换热站运行情况，根据对热负荷的变化和预测，调节热源，按需供热，以满足全网供热热量均衡和节能的目的。监控系统由三部分组成：（1）控制（监控）中心本部分是供热节能系统自动控制系统的核心，通过中央监控层对全网的运行实施统一以太网、局域网，或GPRS无线网络的监控，掌握和控制全系统设备的运行状态，保证供热管网或个体建筑按设定温度曲线运行。监控管理机以组态动画的形式实时显示热源（锅炉）及供热管网的工况，并把现场的测量数据和计量数据送入数据库中。系统具有数据统计分析、趋势曲线、历史记录、数据查询、检索、事故追忆、故障报警等功能。控制中心的设备包括监控主机，显示器，打印机，网络交换机，路由器以及系统控制软件、系统管理数据库，系统组态软件、WEB数据发布软件等等。（2）热源（锅炉）数据采集和监控采集锅炉的炉膛温度、烟道温度、出水温度、出水压力、出水流量、补水量等参数，以及设备运行状态参数，采集的数据传送到控制中心。在保证锅炉安全运行的同时，可根据管网的热力需求，适当调节燃气量，控制锅炉的热能输出，达到节能的目的。（3）换热站在各换热站设置现场自动控制单元，实现运行参数、运行状态参数及故障信号等各类参数的采集：采集现场一次/二次热网运行数据，包括供回水温度、供回水压力、流量、热量；采集变频器转速、状态、故障；采集循环水泵及补水泵工作状态、故障；水箱液位监测；阀门开度监测；存储，可按多种程序设定控制模式，对站内循环泵、补水泵、电动调节阀等进行调控，确保其运行在设定范围内。值班巡检人员可通过人机界面，对站内设备进行监视、控制及操作。本方案为水阀输出控制、变频器转速控制设计了接口预留；GPRS无线网络保持与控制中心主机进行双向数据通讯，把供回水温度、供回水压力、流量、变频器转速、工况状态、故障、水箱液位监测、阀门开度监测等数据传送到监控中心；在联网控制状态下，换热站自控系统也可按监控中心的遥控指令和设定程序运行。换热站控制设备主要由DDC智能控制器、液晶显示器（或触摸屏）、温度变送器、压力变送器等设备，以及嵌入式软件和人机界面软件构成。（4）用热建筑群（或单体用热建筑）节能单元配置自动控制单元，实现运行参数、运行状态参数及故障信号等各类参数的采集：采集进楼供热管道的供回水温度、供回水压力、流量、热量；采集建筑内有代表性的室温；按多种程序设定控制模式，通过电动调节阀对进楼供热流量进行调控，确保其运行在设定范围内。值班巡检人员可通过人机界面，对站内设备进行监视、控制及操作。GPRS无线数据传输器，把供回水温度、供回水压力、流量、阀门开度等工况数据传送到监控中心；在联网自控控制状态下，监控中心可遥控本用热系统的运行模式。用热建筑群或单体用热建筑自动控制设备主要由DDC智能控制器、液晶显示器（或触摸屏）、温度变送器、压力变送器、电动调节阀等设备，以及嵌入式软件和人机界面软件构成。（5）通信网络主要由GPRS无线网、以太网服务器、路由器和相关软件构成。3.3监控中心的主要功能3.3.1设备配置监控中心由监控机主机1台、数据库服务器1台、监控工作站（可选）、打印机等设备组成。详见监控中心设备配置表。3.3.2监控管理软件本方案的上位机管理软件，采用WINDOWS环境下的通用型工控软件和编程技术，运行在基于以太网结构和TCP／IP协议的网络环境，可实现全系统联网控制。本方案选用组态王软件，功能强大，运行环境适应广泛，带加密锁，带WEB发布功能，可实现多达50台电脑共享监控数据的功能。监测点可为无限个点。所有的换热站通过GPRS无线通讯方式与监控中心计算机相连。若某一控制器发生故障，监控系统也可保持正常运行，而不会对整个监控网络产生不利的影响。现场控制器具有通讯功能，并且采用开放的通讯协议，具有GPRS通讯口，支持TCP/IP协议。控制器能将现场的设备运行情况传送到监控中心供分析处理，同时可接收监控中心传送的指令进行控制和调节，如控制参数的调节，并支持现场修改控制器内部数据功能。①供热参数实时监测：本监控软件通过与数据采集站的通讯接口，将现场数据采集到实时数据库中，实时采集各换热站一次网、二次网的运行数据，包括供回水温度、供回水压力、供水流量和热量、水箱水位、补水流量、介质流向、巡检记录、循环泵启停状态、补水泵启停状态或变频器频率（阀门开度为预留参数）等参数。②地理信息功能以地图方式显示整个管网的地理分布、管路管径（包括变径）、分布、走向及其阀门井室位置、阀门型号、规格等相关信息，并且实现图形化地图显示换热站、热源的工艺流程及运行参数。按地理位置点击换热站图标，可以切换到该站的动态立体管网平面图，显示所有参数，图文并茂，直观方便。③故障诊断及处理本软件可对各数据采集站及通讯线路的工作状态进行在线查询和分析，当发生故障时，产生报警信息，提示操作人员对发生故障的设备进行恢复和处理。④运行参数、设备参数及图形显示用图形实时显示各站设备的运行工况。图形包括系统总图、子系统图等，依照系统实际情况，在相应位置显示各点的运行参数、设备参数等详细信息。所有模拟图形具有动态显示效果。⑤显示平面图实时绘制整个热网一次