熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在高校集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

王憲輝

（北京大學(xué)動力中心，北京　100871）

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熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在高校集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

王憲輝

（北京大學(xué)動力中心，北京100871）

摘要：簡述了熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)背景，從監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控單元等方面，介紹了熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能及組成要素，并分析了其在實際工程中的應(yīng)用效果，指出熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)具有高效、可靠、節(jié)能等優(yōu)點，值得在供熱單位推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：集中供熱，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，換熱站，節(jié)能

根據(jù)中國建筑能耗基本現(xiàn)狀調(diào)查，2013年北方城鎮(zhèn)供暖能耗占全國建筑能耗的24%，北方城鎮(zhèn)地區(qū)多采用集中供熱方式，供熱系統(tǒng)的能耗組成包括終端的建筑耗熱量、熱源端的熱損失、換熱站熱損失、管網(wǎng)熱損失和輸配能耗等。集中供熱系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都具備一定的節(jié)能潛力，其中因熱網(wǎng)不平衡引起的能源損失占較大比例。因此，當(dāng)我們開展建筑節(jié)能工作時，熱網(wǎng)的監(jiān)控可作為一個主要方向，盡可能挖掘其節(jié)能潛力。

集中供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)和換熱站目前存在自動化程度低、運行人員水平參差不齊和站點多調(diào)節(jié)難等特點，僅依靠傳統(tǒng)辦法難以解決由此帶來的問題。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)熱網(wǎng)的數(shù)字化管理，通過采集供熱系統(tǒng)的溫度、壓力、熱量（流量）和閥門開度等信息，實現(xiàn)對供熱狀態(tài)的測量和記錄，并對供熱過程進行控制。本文結(jié)合北京大學(xué)集中供暖鍋爐房的實際案例，對熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用進行探討。

1　熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的背景

近年來，國家對高等教育非常重視，投入大量資金幫助高校發(fā)展，校園基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的進程加快，新的教學(xué)樓、學(xué)生宿舍和試驗樓等陸續(xù)投入使用，學(xué)校的集中供熱系統(tǒng)也隨之得到快速發(fā)展。

2006年—2015年，北京大學(xué)校內(nèi)陸續(xù)新建了公共教室、成府園區(qū)、中關(guān)新園和物理西樓等大量建筑，接管了勺園和太平洋大廈等現(xiàn)有建筑，并正在對學(xué)生宿舍樓等進行滾動改造，集中供暖鍋爐房的總供熱面積從108萬m2增加到170萬m2，新增換熱站13座。北京大學(xué)集中供暖鍋爐房在完成增容改造和清潔能源改造后，供熱能力達到158 MW，換熱站總共有20座，由學(xué)校統(tǒng)一管理的換熱站17座，用熱單位自管站3座。

北京大學(xué)集中供暖系統(tǒng)于2014年開始建設(shè)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，作為集中供暖鍋爐房清潔能源改造的后續(xù)和完善工程，在集中供暖鍋爐房鍋爐控制室安裝了監(jiān)控中心，在校園內(nèi)16座換熱站安裝了現(xiàn)場監(jiān)控單元，將學(xué)校局域網(wǎng)敷設(shè)進換熱站。換熱站內(nèi)安裝的是西門子S7-200可編程控制器、電動調(diào)節(jié)閥等設(shè)備。監(jiān)控中心集中顯示所有換熱站的一二次管網(wǎng)溫度、壓力、流量等參數(shù)，操作人員根據(jù)采集的室外溫度和供熱曲線，不用親自到現(xiàn)場即可完成對換熱站流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制。本次改造安裝站內(nèi)控制系統(tǒng)共16套，投運后取得了一定的效果，接下來學(xué)校計劃繼續(xù)完善監(jiān)控系統(tǒng)，將監(jiān)控對象延伸到供暖主要干線和末端典型熱用戶，以便更全面地采集熱網(wǎng)數(shù)據(jù)，更科學(xué)合理地進行熱網(wǎng)調(diào)控。

2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中供熱的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)分為兩級監(jiān)控，一級監(jiān)控是監(jiān)控中心，上位系統(tǒng)采用GE公司生產(chǎn)的iFIX工控系統(tǒng)。二級監(jiān)控為現(xiàn)場監(jiān)控單元，下位系統(tǒng)采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200可編程控制器，系統(tǒng)以校園局域網(wǎng)的光纜通信為主。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場監(jiān)控單元三個方面。監(jiān)控中心采用組態(tài)軟件作開發(fā)軟件，實現(xiàn)運行參數(shù)信息交換和運行狀態(tài)遠程控制；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)通過建立監(jiān)控中心與各換熱站之間的通信連接，幫助熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)場控制單元，以可編程控制器系統(tǒng)為核心，通過現(xiàn)場傳感器實現(xiàn)站內(nèi)過程參數(shù)的采集，并將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心，同時還接受監(jiān)控中心下達的調(diào)節(jié)指令。

2.1監(jiān)控中心

監(jiān)控中心是熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的控制和指揮中心，采集到的信息在這里集合并進行交換，監(jiān)控中心采用功能強大的iFIX工控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供優(yōu)秀的SCADA引擎、豐富的連接選項和開放式架構(gòu)，還具有高度擴展性和分布式特點的聯(lián)網(wǎng)模式。iFIX工控系統(tǒng)能很好地完成數(shù)據(jù)采集儲存、畫面組態(tài)、運行狀態(tài)顯示、控制操作和報警管理等。工作人員通過監(jiān)控中心調(diào)節(jié)與現(xiàn)場調(diào)解相結(jié)合的方式，對熱網(wǎng)各部分的工作狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)控。

監(jiān)控中心軟件要求具備友好的人機界面，軟件主要實現(xiàn)的功能包括：1）對換熱站的溫度、壓力和流量等數(shù)據(jù)實時更新；2）設(shè)定現(xiàn)場參數(shù)和控制回路的參數(shù)；3）重要數(shù)據(jù)的存儲和備份，可供隨時查詢；4）設(shè)備故障的實時診斷和報警，報警記錄可存儲、查詢和打??；5）運行參數(shù)形成日報表、月報表和年報表。軟件系統(tǒng)監(jiān)測到的管網(wǎng)參數(shù)進行實時更新，操作人員通過人機界面對相應(yīng)設(shè)備運行參數(shù)進行調(diào)整，做到供熱量和用熱量的匹配。

2.2通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)需具有實時性，靈活性，可擴展性，安全可靠和經(jīng)濟性的特征。通信網(wǎng)絡(luò)分為有線數(shù)據(jù)通信與無線數(shù)據(jù)通信，起著數(shù)據(jù)終端與計算機之間的連接橋梁作用。通過對常用網(wǎng)絡(luò)通訊方式的比較，考慮到熱網(wǎng)系統(tǒng)的控制需要和本工程的實際情況，換熱站的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用學(xué)校局域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，在實際操作時，如果學(xué)?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)控制室距離換熱站較近則采用雙絞線連接，距離超過100 m則采用光纜連接。用戶端的溫度數(shù)據(jù)采集選用GPRS無線網(wǎng)。以上方式既能滿足熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的要求，還能適當(dāng)?shù)亟档途W(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護成本。

2.3現(xiàn)場監(jiān)控單元

現(xiàn)場監(jiān)控單元設(shè)置在換熱站內(nèi)，通過對運行參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制，達到供給側(cè)和需求側(cè)之間的平衡。其主要設(shè)備包括可編程控制器、流量計、熱量表、溫度傳感器、壓力傳感器、變頻器和電動控制閥，具備采集、儲存、顯示、通信、自檢、控制、故障報警等功能。監(jiān)控對象為一二次管網(wǎng)供回水溫度、壓力、室外溫度、一次管網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥開度、流量等?？删幊炭刂破鞑捎梦鏖T子S7-200，它是實現(xiàn)換熱站自動化控制的核心部件。S7-200可編程序控制器具有可靠性高，擴展模塊豐富和結(jié)構(gòu)緊湊的特點，還有強大的指令功能和通訊能力，適用于各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。換熱站現(xiàn)場監(jiān)控單元通過校園局域網(wǎng)使用TCP/IP協(xié)議與iFIX工控系統(tǒng)連接，向上位機傳遞數(shù)據(jù)，并同時接受上位機下達的參數(shù)調(diào)整指令。通常情況下，現(xiàn)場監(jiān)控單元自動控制換熱站的運行，可無須監(jiān)控中心或換熱站值班人員參與，若出現(xiàn)與上位系統(tǒng)的通信故障，現(xiàn)場監(jiān)控單元仍然可以正常運行。

3　實際應(yīng)用效果

3.1改善供熱效果、經(jīng)濟節(jié)能運行

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)有效地消除了熱網(wǎng)運行失調(diào)現(xiàn)象，改善了位于系統(tǒng)末端換熱站的供熱效果，熱網(wǎng)存在的不平衡問題可得到解決，換熱站的熱損失大大減少。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)幫助供熱單位在經(jīng)濟性和舒適性之間找到平衡點，既能滿足整體用戶室溫達標(biāo)，提高用熱舒適性，還能有效節(jié)約能源。在初寒期、嚴(yán)寒期和末寒期也可更有針對性地進行熱網(wǎng)調(diào)整，達到節(jié)約燃料、減少排放的目的。

3.2保證供熱安全、提高管理水平

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)高度自動化，集中供熱系統(tǒng)設(shè)備和管網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性都得到了明顯提高。如果熱網(wǎng)出現(xiàn)運行參數(shù)異常情況，監(jiān)控中心可以第一時間發(fā)現(xiàn)問題，并且馬上通過遠程控制系統(tǒng)采取處理措施，降低故障對熱網(wǎng)造成的影響。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)儲存和分析功能，供熱單位在進行有關(guān)決策時，不再只是憑經(jīng)驗做出判斷，可以更多地依靠客觀數(shù)據(jù)說話，幫助供熱單位提升了管理水平。

3.3勞動強度降低、社會效益明顯

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的自動化設(shè)備可幫助供熱單位提高管理效率，工作人員勞動強度降低且人員數(shù)量減少。熱網(wǎng)流量處于一個動態(tài)變化的過程，改造之前進行一次管網(wǎng)的流量調(diào)整時，需要重復(fù)測量和調(diào)整參數(shù)才能達到理想狀態(tài)，改造后工作人員可依靠熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，收集運行數(shù)據(jù)，分析運行狀況，及時調(diào)整參數(shù)。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)還為供熱單位走上低能耗、低污染的道路指出了一個方向，具有明顯的社會效益。

4　結(jié)語

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)具有直觀、高效和高可靠性的特點，分散的換熱站被連接成為一個整體，便于換熱站監(jiān)控管理，易于實現(xiàn)熱網(wǎng)平衡運行，可達到節(jié)能降耗的目的。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)一方面提高了集中供熱系統(tǒng)的安全性，另一方面也大大改善了整體供熱效果。與傳統(tǒng)供熱管理方式相比，有勞動強度低，人員數(shù)量少，效率高的優(yōu)點，既節(jié)能又環(huán)保，值得在供熱單位進行推廣。

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The application of heat network monitoring system in central heating system of colleges and universities

Wang Xianhui
（Power Center，Peking University，Beijing 100871，China）

Abstract：This paper elaborated the construction background of heat network monitoring system，from the monitoring center，communication network system，site monitoring unit and other aspects，introduced the function and components of heat network monitoring system，and analyzed its application effect in practical engineering，pointed out that the heat network monitoring system had high efficient，reliable，energy saving advantages，worth popularization and application in heating unit.

Key words：central heating，heat network monitoring system，heat exchange station，energy saving

中圖分類號：TU995

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0122-02

收稿日期：2016-01-15

作者簡介：王憲輝（1981-），男，工程師