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    摘要：將SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)應用于集中供熱，每個換熱站設置1套控制器、數(shù)據(jù)采集器及測量儀表，由監(jiān)控中心對整個供熱系統(tǒng)進行遠程自動化控制，可以解決整個供熱系統(tǒng)熱量分配不均等問題。本文根據(jù)呼倫貝爾市自動化信息化工程的實踐，介紹了采用美國Wonderware System Platform平臺軟件，對城市供熱調(diào)度管理SCADA系統(tǒng)的方案進行設計，并給出了其應用效果。

    關鍵詞：城市供熱；SCADA系統(tǒng)

   1 引言

   隨著設備制造業(yè)的發(fā)展，設備的功能越來越多，其自身的結構、組成愈加復雜，因而發(fā)生故障的原因也隨之復雜。與此同時，設備制造商的產(chǎn)品分布在全國各地，當設備出現(xiàn)故障時，制造商需要投入很大的人力和物力進行維護工作。小區(qū)熱網(wǎng)換熱站必然分布在城市的各個角落，單獨的監(jiān)測控制系統(tǒng)費時費力，只有形成規(guī)模的幾種監(jiān)測控制才能達到信息化、集約化的需求。因此，統(tǒng)一的信息集控系統(tǒng)成為熱力公司的選擇。這樣的信息系統(tǒng)不但為設備企業(yè)增加綜合競爭力，提升設備的附加產(chǎn)值，也為熱力公司提供企業(yè)信息化的有力支持。^[1]

   因此，建立一套完整的設備遠程服務系統(tǒng)，對于管理者或熱力公司來說，有著重要的意義，其意義表現(xiàn)在：^[2]

   實時監(jiān)控設備的工況參數(shù)，及時進行修正，避免造成更大的損失；

   降低維護成本，通過遠程監(jiān)控，就可以實現(xiàn)對設備的維護工作；

   通過網(wǎng)絡向用戶提供優(yōu)質快速的服務，增強企業(yè)競爭力；

   增加產(chǎn)品附加值，提升產(chǎn)品競爭力。

   2 城市供熱調(diào)度管理SCADA系統(tǒng)介紹

   供熱輸配SCADA系統(tǒng)是由RTU、有線通訊網(wǎng)（或無線通訊網(wǎng)）、SCADA操作員站組成。

   SCADA系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容如下：

   (1) 生產(chǎn)調(diào)度通過實時采集熱源鍋爐的各種參數(shù)及鍋爐的熱負荷、出水溫度、供水壓力等；

   (2) 換熱站的熱水溫度、壓力、流量、熱量、累計流量和累計熱量及調(diào)壓設備運行參數(shù)和控制參數(shù)；

   (3) 輸配管網(wǎng)的熱水流量的控制參數(shù)，動態(tài)自動控制和調(diào)節(jié)閥門設備的啟停和運行，使輸配管網(wǎng)上的熱負荷保持在最佳平穩(wěn)狀態(tài)，提高企業(yè)的運營效益。^[3,4]

   管網(wǎng)管理主要實現(xiàn)輸配管網(wǎng)信息管理，管網(wǎng)的新建、維護和改造。公司將綜合生產(chǎn)調(diào)度、管網(wǎng)管理，結合公司的營業(yè)策略，進行科學合理的決策和宏觀管理。

   供熱系統(tǒng)分級控制與優(yōu)化調(diào)度硬件模塊分三層：遠動系統(tǒng)、本地控制室、協(xié)調(diào)決策層。遠動系統(tǒng)：通過傳感設備采集數(shù)據(jù)發(fā)送給RTU，RTU經(jīng)過分析發(fā)送指令給就地設備進行動作；本地控制室之間的信息傳遞通過局域網(wǎng)完成；協(xié)調(diào)決策層與本地控制室之間的信息傳遞是通過廣域網(wǎng)完成。數(shù)據(jù)的傳輸有有線通訊和無線通訊兩種。

   數(shù)據(jù)的傳輸方式有三種： 電話線（ 或I STN或P STN，DDN）、無線電波（GPRS、CDMA等）及光纜。用電話線傳輸數(shù)據(jù)很昂貴，如采用電話線傳輸數(shù)據(jù)，常將基地數(shù)據(jù)存儲在本地，將它打包，在電話費較便宜時，傳入中心計算機；供熱系統(tǒng)中測點的信息常采用無線電波的形式發(fā)送，其安裝和傳輸費用較低；電纜常用于近距離數(shù)據(jù)傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩暂^高。隨著公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，利用公用傳輸線路完成數(shù)據(jù)傳輸，是發(fā)展的趨勢。如ISDN、DDN等已在供熱系統(tǒng)中被廣泛采用。

   3 供熱SCADA系統(tǒng)構架及軟件模塊

   呼倫貝爾市的供熱調(diào)度SCADA系統(tǒng)的結構如圖1：^[5]

                     
                         圖1    呼倫貝爾市供熱調(diào)度SCADA系統(tǒng)結構圖

   此系統(tǒng)監(jiān)控中心四個操作人員可對供熱進行監(jiān)控；辦公網(wǎng)內(nèi)的計算機通過正常的IE瀏覽器可瀏覽數(shù)據(jù)、報表、曲線等；數(shù)據(jù)庫服務器采用冗余配置保證數(shù)據(jù)的不缺失；通訊前置機也采用冗余配置，采集原有調(diào)度中心的通訊前置機上數(shù)據(jù)，通過軟件自動進行負荷的均衡分配。

    4 供熱SCADA系統(tǒng)的主要功能

   整體功能描述：運行人員對整個熱網(wǎng)運行過程的操作和監(jiān)視，計算累積熱量、累積流量、瞬時熱量、瞬時流量等數(shù)據(jù)。

    以C/S架構形式，由操作員站、工程師站、數(shù)據(jù)庫等組合成系統(tǒng)。操作員站是操作員對工藝流程監(jiān)控、操作、歷史數(shù)據(jù)查詢、趨勢曲線瀏覽、實時報警顯示、歷史報警查詢等的操作平臺。根據(jù)不同的操作員用戶名和登錄密碼，對操作權限進行統(tǒng)一規(guī)劃，限制執(zhí)行操作員功能的權限。工程師站是軟件工程師對軟件修改、組態(tài)時使用，平時可以運行組態(tài)好的工程，作為一備用操作員站使用，完成操作站的功能；數(shù)據(jù)庫服務器是存儲歷史數(shù)據(jù)的，采用磁盤陣列的計算機，數(shù)據(jù)庫采用Cluster形式，冗余存儲數(shù)據(jù)。根據(jù)業(yè)主方行政業(yè)務的需要，對二級、三級單位劃分不同權限，管理不同區(qū)域的供熱站，制定不同用戶名和密碼。當二級、三級單位登錄時，軟件自動根據(jù)分配的權限，對打開界面進行判斷，允許權限內(nèi)的界面打開。

   (1) 標準畫面顯示

   標準畫面為2D畫面，可以根據(jù)需要進行3D轉換。

   工藝流程圖：以動態(tài)的方式對采集信息的實時顯示采集的參數(shù)如換熱站的動畫（以程序繪畫方式）模擬顯示，實時獲取各子站數(shù)據(jù)，并依據(jù)獲取的溫度、壓力、等數(shù)據(jù)，采用動畫模擬的方式，直觀反映整個熱網(wǎng)的當前狀態(tài)。

   全面顯示每個熱力站的一次網(wǎng)供和回水溫度、一次網(wǎng)供和回水壓力、一次網(wǎng)流量及供熱量、二次網(wǎng)供和回水溫度、二次網(wǎng)供水和回水壓力、閥門開度、水泵開啟狀態(tài)，補水量等參數(shù)。調(diào)度人員也可以通過鼠標器選擇需要顯示的參數(shù)。通過圖形顯示出每個熱力站出現(xiàn)的一次網(wǎng)供水超壓和二次網(wǎng)補水過量等故障狀態(tài)，并通過計算機給出聲音報警。

   改變現(xiàn)場機的控制趨勢，如改變二次供水溫度曲線、壓力報警遠程設定、溫度報警遠程設定、遠程停泵等。另外也可以按用戶需要直接選定需要控制的某設備，改變循環(huán)泵差壓值、改變補水泵壓力設定值，自動或手動給出由人或計算機運行分析后得出的控制指令，讓相應的現(xiàn)場控制機執(zhí)行。這樣，工作站不僅可以監(jiān)視整個系統(tǒng)的運行情況，而且可以簡單、迅速的調(diào)整設備運行狀態(tài)。

    運行記錄及報表、圖形打印：工作站主機可以自動生成，打印多種多樣的報表，包括各種運行記錄的日報表，統(tǒng)計報表及設備的故障狀態(tài)和維護清單等，報表的格式也可按照用戶的要求進行設計。

    用戶可以確認或重設報警，瀏覽報警的詳細信息。主要報警點有系統(tǒng)斷電報警，泵的故障報警，變頻器的故障報警，軟水箱水位高、低報警，一次網(wǎng)、二次網(wǎng)管路的超溫、超壓報警等。

    (2) 趨勢顯示

   趨勢顯示可用整幅畫面顯示, 也可在任何其它畫面的某一部位, 用任意尺寸顯示。所有模擬量信號及計算值均可設置為趨勢顯示。

    (3) 天氣預報（如圖2所示）
   
                   
                           圖2  SCADA系統(tǒng)天氣預報界面 

    (4) 記錄及報表模塊

    所有記錄使用可編輯的標題, 而不是預先打印的形式。供方按用戶指定的格式, 確定所有記錄的標題。數(shù)據(jù)庫中所具有的所有過程點均可以記錄，如圖3所示。
 
                   
                             圖3   SCADA系統(tǒng)過程點信息查詢

    (5) 實時報警記錄

    記錄整個熱網(wǎng)運行過程中產(chǎn)生的報警記錄由運行人員進行操作確認，如圖4所示。
  
                 
                        圖4   SCADA系統(tǒng)報警記錄

    (6) 歷史報警記錄

    對所有出現(xiàn)的報警及報警恢復由管理人員進行設定時間查詢以便分析報警時間及具體原因。均可由打印機打印出來。

    (7) 數(shù)據(jù)報表

    對于采集來的數(shù)據(jù)包括溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)等，形成數(shù)據(jù)報表；報表有以下幾種：

    ① 歷史報表

    歷史報表能進行日報、月報、季報、年報的生成，對數(shù)據(jù)存儲的時間范圍、間隔、起始時間可進行任意指定，并可以根據(jù)存儲的時間進行查詢歷史數(shù)據(jù)。

     ②多功能報表

    可以任意設置報表格式，實現(xiàn)各種運算、數(shù)據(jù)轉換、統(tǒng)計分析、報表打印等。既可以制作實時報表，也可以制作歷史報表。可以在報表上同時顯示實時數(shù)據(jù)和任意時刻的歷史數(shù)據(jù)，并加以統(tǒng)計處理，例如取行平均、列平均，統(tǒng)計出最大最小值。

    5 呼倫貝爾市的供熱調(diào)度SCADA系統(tǒng)的詳細配置清單

    軟件實施內(nèi)容：每站點做最小4副界面，再有相應的趨勢、報表、報警等。
      
                                  表1 軟件配置
                    

                               表2 硬件配置  
           


   6 供熱SCADA系統(tǒng)的應用效果

   (1) 供暖調(diào)節(jié)實現(xiàn)科學預測

    針對熱網(wǎng)供熱具有很強的非線性、大滯后、時變性和不確定性，系統(tǒng)根據(jù)熱網(wǎng)溫度、流量參數(shù)結合熱網(wǎng)時滯、慣性、室外溫度變化等因素，通過算法模型預測調(diào)節(jié)方案。

   根據(jù)當前一級網(wǎng)供水流量、供水溫度、回水溫度和室外溫度結合運行調(diào)節(jié)方式，預測未來24小時室外溫度變化情況和供熱負荷走向，這些計算和預測都是對運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析后，經(jīng)過研發(fā)的分析評價系統(tǒng)自動完成。

   另外，以熱網(wǎng)分析為基礎建立動態(tài)水壓圖。從而對調(diào)節(jié)方案的合理性進行評估，以保證熱網(wǎng)的穩(wěn)定運行，模擬出初期、中期、高期運行的不同時期的運行工況，并對熱網(wǎng)的供熱能力進行評估，以保證熱網(wǎng)的安全運行；分析熱用戶負荷變化，預測對其他熱用戶或熱源的影響；分析熱源參數(shù)，預測熱用戶的熱耗是否滿足要求。增加熱負荷，管網(wǎng)輸送能力是否足夠。如何調(diào)整設備，泵、閥門對熱網(wǎng)運行的影響。干管上閥門對相關區(qū)域供熱效果的影響。分析供熱垂直、水平失調(diào)，驗證解決方案。

    (2) 運行效果實現(xiàn)科學分析

    通過建立科學供熱控制模型，分析熱網(wǎng)工況特性，保證熱源負荷合理供給，同時保證熱源與熱網(wǎng)的良好匹配，科學分析供熱效率，保證標準供熱。

    供熱運行指揮中心依據(jù)調(diào)控熱源的熱量并且兼顧調(diào)節(jié)一次網(wǎng)和二次網(wǎng)各環(huán)路的平衡，實現(xiàn)整個熱網(wǎng)平衡和供熱效果穩(wěn)定；并在此基礎上，依據(jù)環(huán)境溫度及部分熱用戶的實際供熱效果對熱源供熱量進行預報規(guī)劃和運行中的實時調(diào)節(jié)，達到經(jīng)濟運行的目標。

    供熱運行指揮中心可以進行在線診斷報警。通過對傳送來的實時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的正確性和完整性進行檢查，當異常或超界時，發(fā)出相關報警信息。通過歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的比較，分析是否存在泄漏，設備運行是否正常。

    供熱運行狀況的集中監(jiān)測和分析評價，必將為科學供熱提供有利保證，為實現(xiàn)企業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，創(chuàng)建節(jié)能型社會發(fā)揮重要作用。

    參考文獻：

    [1] 孫泉. 基于城市供水SCADA系統(tǒng)的管網(wǎng)泄漏檢測及其定位研究[D]. 湖南大學. 2008

    [2] 牟兆泉. 基于SCADA原理的城市燃氣管網(wǎng)安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D],山東大學. 2006

    [3] 韓路躍. iFIX在城市供水SCADA系統(tǒng)的應用[J], 自動化與儀表. 2004.03

    [4] 劉清林. SCADA系統(tǒng)在城市供水調(diào)度系統(tǒng)中的應用[J], 電腦與信息技術.2003.06

   [5] 郝冉冉,宋永明,李顏強,趙自軍. SCADA系統(tǒng)在城市燃氣管網(wǎng)調(diào)度管理的應用[J], 煤氣與熱力. 2009.01

   李全忠（1974-）男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，工程師，現(xiàn)就職于呼倫貝爾市人才流動人事考試中心。

   柴景武（1973-）男，北京人，高級工程師，現(xiàn)就職于北京信博昂自動化科技有限公司。  

   摘自《自動化博覽》2012年第一期