文登恒源供热

一、项目情况

1、项目概括

 在现有热网监控平台基础上,设计完成50个自控站的自动化控制系统,电源进线、配电、防雷、接地、站房照明系统也包含在其中。自控站按照混水站自控系统配置设计,只是本期不配置混水泵及其动力装置,自控站预留混水泵控制接口。负责对控制系统安装、调试(含监控中心组态、联调)、试运,即交钥匙工程。负责技术培训和售后服务(包括系统升级),提供PLC控制器逻辑编程及组态中文说明书、变频器中文说明书、控制系统安装运行维护说明书。

 据现场对去年安装自控点的考察,热网监控平台于2015年建成,由山东琅卡博能源科技股份有限公司承建。下位控制系统采用美国罗克韦尔(ROCKWELL)公司Micro850系列PLC控制器,上位机控制软件采用北京亚控公司KingSCADA软件,热力站控制器通过无线4G-VPN--移动网络数据专线的方式与上位机进行通讯。本次50个自控点尽量做到与原有系统一致,在原有上位机平台增加此次50个自控点的管理画面及运行数据,这样方便用户对自控系统的管理及维护。

2、项目目标

 今日之中国,其经济发展早已到了由粗放向集约升级转型的时代;作为基础设施之一的城镇集中供热,也将跨入信息化管理的阶段,更是智慧城市重要组成部分。

供热节能是一项综合系统工程,它需要(自热源生产供应、干支管网输配、热力站房转换、庭院管网平衡至用户实际需求)全过程的科学调控。

因此,本次工程建设的的总体目标是:

●实现公司生产运行数据的信息化、集中化管理,提高数据的有效性、一致性和共享性。

●通过对数据的分析,提供给相关人员作为参考,从而达到科学调度、节能增效、减少事故的效果。并且能提高各部门的协同能力、工作效率、应急能力。

●通过气象管理进行合理的热量调度,实现管网的水力平衡,节能降耗。

●进行能耗分析考评,考核各供热站的管理质量,能耗分析可为领导决策提供数据支持。

●建成全国一流的供热运行调度管理的综合性服务平台。



二、平台扩建方案:

本方案遵循以下几个基本原则

稳定性原则

热网监控平台于2015年建成,系统采用了先进的体系结构和软硬件技术,满足目前以及将来相当一段时间对系统的需求。因此本次50个自控点就在原有平台的基础上扩建,从而达到既满足现阶段工作对系统水平和能力的要求,又能够在今后数年内保持其技术的实用性,从而保护投资的有效性。

可靠性原则

数据和系统的可靠性和安全性对一个应用系统是至关重要的,因此对于信息系统来说,要充分考虑到可能出现的问题,必须把这一原则作为极为重要因素考虑。

数据交换、业务集成和信息展现所处理、传送和管理的信息,可能涉及到不同部门和系统的秘密或敏感信息,此类信息处理和传递的任何环节如果出现漏洞,其损失将是巨大的。因此,系统的安全性将是十分重要的原则。其次,数据交换、业务集成和信息展现承受着大批量的关键性数据的流转、交换和存储,系统的可靠性将是系统建设需要重点考虑的问题。

开放性和互操作性

信息系统建设的根本目的在于信息交换,因此在系统建设中采用的各项软、硬件技术和产品必须符合开放性原则,符合当前国际标准或者事实上的国际标准。

系统的实用性

根据业务实际需求,高效实用地满足企业业务管理的具体要求,并能充分解决系统应用过程中遇到的其它问题。系统将提供一体化管理模式和部分分开的管理模式,各种模式均可以根据实际情况进行调整;同时系统应提供简洁、明快的操作接口,与现有流行软件的接口风格一致,以便业务人员使用方便;系统管理的信息包括文本、图形、图像等多种信息,系统能准确快速地处理各种媒体信息存储的一致性和媒体信息的同步传输。

可扩充性和升级能力

系统采用较少底层编程和面向服务设计技术,对于其可扩充性和升级能力是强有力的支持。

可维护性

从应用系统的设计、硬件设备的选型等方面考虑通用性、开放性,在系统局部发生故障时,运行维护人员能尽快发现并能及时处理,避免故障扩大并快速恢复正常运行。具有在线的修改能力,提供远程可维护功能。

本方案对系统标准和实施步骤进行统一规划,避免以后的系统扩展带来的二次投资,同时考虑到现场已经具备的条件,对现有的设备进行验证,对不符合标准的予以更换,对符合标准的保留使用。 

热网运行数据的实时监测

系统设备的远程控制

热网运行数据分析、存储、应用

系统多工况的运行调度

系统运行故障诊断、报警处理等


2)、热网监控系统:

  “热网监控系统”(SCADA),将为客户节能服务体验提供强大的支撑。除了系统本身具有完善的功能外,更可借助其他相关系统数据的无缝连接,便于从全局的角度对实时、历史数据进行深度关联分析,并从海量的数据中挖掘出对供热节能有价值的信息。


    热源、热力站是热力系统中保障热能转换供应的两个关键节点;而热网运行监控系统是保障其实时、安全、经济运行的最佳手段。

2.1)、“热网监控系统”的独特特点:

本系统除了具足一些常规功能外,尚更为关注:

1)系统失水耗热量

2)水力失调度

3)系统能耗综合指标的分析管理

4)调节阀、热量表和流量计的准确选型与设计

5)系统失水快速预警与处置

6)自控失效报警

7)设备综合运行管理

8)无人值守换热站的侵入、浸水等安控

9)换热器性能参数评估

10)热网运行参数的辨识和优化

11)系统多工况调度策略的预置


2.2.1)管网平衡分析:

通过管网示意图模式,实时监测管网各个站点运行压力及温度、热量、流量等参数,整体把握关键运行数据,了解各换热站的运行概况,达到一目了然,掌控全局的效果。同时,对管网压差、温差进行分析,如有站点偏离管网平衡运行的压差、温差,系统自动闪烁报警提示操作人员。


2.2.2)管网负荷预测:

    系统可以根据未来3天的天气情况,根据我们供热面积及室内达标温度等情况,提前预测供热管网运行所需的热量、流量、供水温度等,从而,对调度人员调控提供数据参考来控制换热站运行。


2.2.3) 工艺监控画面:

1)工艺运行参数监测

根据现场工艺流程绘制的工艺流程图,能够满足用户的视觉需求,达到身临现场的效果。工艺监控可以使得工作人员直观的了解各换热站的运行情况,能够对现场的工艺过程画面进行浏览,了解生产运行的状况、获知关键性的数据:如一、二次网供回水压力、温度、流量、热力等参数,以及设备的实时运行状态,如一次回水调节阀的开度、循环泵电流、频率及PID参数等。



2)设备远程控制

用户的操作更加形象和简单,操作员可以点击画面中的设备,就可以弹出操作面板,具备相关权限的操作人员可以对设备进行远程启停或是运行参数的在线修改设置,达到远程调控的目的。

 3)本站报警及操作查询

系统针对每个站点,提供单独的报警及事件查询功能,用户可以随时查询该站点的报警信息,以及该站的操作记录,便于管理人员掌握每个站点的运行情况以及操作调控记录,便于对调控方案进行查询监督。

 4)参数远程设置

我们提供的无人值守控制器具备多种温度曲线和分时段控制功能,以及供水温度控制、回水温度控制或是平均温度控制等多种控制逻辑,便于用户根据自己的供热状况合理选择。所有参数修改以及控制逻辑选择,都可以通过远程参数设置,而无需到现场。

5)站房信息简介

     在每个换热站中,用户都可以查看该换热站的供热信息情况以及站房内设备台账,例如:该换热站供热范围,设计供热能力,实际供热面积,换热站设备信息,负责人及联系方式,设备台账等多种信息,便于相关人员全面掌握。  

2.2.4)数据展示:

   系统提供多种数据分析展示方式,如趋势曲线、报表、柱状图等,满足不同的需求,实现多方位的数据展示分析。

   趋势曲线不仅具有多绘图区、多数据轴、多时间轴,并且能够进行实时趋势曲线和历史趋势曲线在线转换,可以方便的进行个性化趋势曲线的查询、对比分析。

   报表系统,数据报表是生产过程中必不可少的一个部分,利用报表系统可将生产过程中产生的实时和历史数据记录并查询,以一定格式输出给用户。

2.2.5)能耗分析:

   能耗分析功能能够对时间段内各个站点的用热量、用电量、补水量进行统计与数据对比分析,能够分析出各个站点的平均单位能耗,为管理人员分析考核各个换热站能耗提供了数据依据;有利于运行人员针对性解决能耗高的换热站问题,实现节能降耗的目的。

2.2.6)预警预警功能:

   报警预警可使操作人员第一时间内获知运行过程中设备故障/保养维护信息和将要产生的生产事故信息。设备故障/保养维护报警:当运行过程中设备一旦发生故障时,或当设备需要保养维护是,相应的区域显示闪烁同时伴随报警语音的提示,提醒维护人员及时到达现场对设备进行维修、保养。生产事故预警:当供回水流量、温度等一旦达到设定的预警值时,就会弹出预警对话框,提醒操作人员及时对生产状况进行调整,预防事故的发生。

   报警预警设有优先级管理,各类报警预警进行精确判断,实现故障自动报警、事故自动预警,并显示所有报警预警列表及详细的报警预警信息。支持多种报警方式,如语音报警、闪烁报警,满足用户的视听需求。


2.2.7)通讯网络检测

   系统能够自动检测网络通讯状态,当某一个站点通讯故障,无法采集数据时,系统会自动报警,提示操作人员进行相应处理;系统同时具备网络自恢复功能,如果不是设备损坏,系统会尝试进行数据恢复,最大限度保持网络通讯畅通。

2.2.8)资料管理:

   系统提供电子资料管理功能,用户可以根据需要,随时查找各个换热站的竣工资料或是设备台账等资料,便于各部门协同合作。

2.2.9)系统安全与管理:

   根据组织结构特点可以设置不同的用户权限,如管理者、工程师、现场值班人员。每个用户可以对应一个角色也可以对应多个角色,用户角色的变化直接影响到其在系统里的操作权限。系统为每个角色定义可访问及操作的内容范围,保证系统信息的安全,尤其是生产运行管理的核心数据安全。

 4.2.2.10)WEB发布功能:

通过Web发布服务器实现系统的网络发布,可通过IE浏览器进行工艺画面的浏览,可随时随地进行工艺画面的监控。实现了对客户信息服务的动态性、实时性和交互性,在Web画面中用户能够对数据进行浏览,包括实时数据、历史数据、报警数据以及事件数据,对于具有操作权限的用户还可以进行相关操作,没有权限的人无法进行数据访问

2.2.11)交接班管理:

   管理人员可为各个部门如何调度中心和执行部门制定班次,分配班组人员,相关人员按照制定的计划进行交接班。

   值班人员的调度记录和值班日志会自动保存在系统中。交接班时,接班人员能够看到上一班的工作记录,让接班人员清楚的获取信息完成交接班工作。值班人员可以随时查看了解当前和历史值班详细资料,便于及时发现问题解决问题。

2.3)换热站控制系统

   换热站是供热工程热能转换的主要场所,换热站单系统典型控制流程图

由于现有的换热站就地控制系统品牌采用ROCKWELL AB800系列,此次50个自控站尽量统一采用标准化配置,为后期的维护和运行打下坚实的基础。对其他方面改造设想如下:

2.3.1、所有自控站的控制器、传感器、变频器、执行机构及通讯模块组成热网监控系统的远程终端站(RTU),RTU通过与其相连的仪表和执行机构完成对混水站和其它现场设备的数据采集和控制功能。控制器能与电气控制柜及工艺配合实现热力站的全自动控制,能够安全启停机组,达到无人值守。所有的RTU通过中国移动无线4G-VPN通道与热力调度中心系统相连,若某一控制器发生故障,热力调度中心系统也可以保持正常的运行。

2.3.2、自控站应采用变频调速技术(预留该接口)和PLC智能控制技术。其控制部分主要由变频器、可编程序逻辑控制器、信号转换单元、交流接触器单元、隔离继电器单元、热继电器保护单元、控制测量仪表等优质产品组成。具有全自动/手动切换功能;电机故障切换功能;过压、过流、过载、过热等保护功能和故障自诊断功能;实现多站点联网控制,全自动转换,全自动无人值守控制。

2.3.3、自控站内主要控制功能

1) 参数测量

主要完成热网现场过程的模拟量(如温度、压力、流量、热量、电量等)、状态量的测量、并完成相应的物理量的上下限比较、PID运算、逻辑运算等功能。

2) 通讯功能

控制器具有通讯功能,并且采用开放的通讯协议( OPC ),具有10BaseT RJ45通讯口,支持TCP/IP协议、Modbus 协议、CJ/T188协议,控制器应带有RS485接口,能与超声波热量表、电量表通讯。

3) 混水泵控制 (预留该接口)

支持混水泵一用一备,可以就地/远程手动切换,也可以自动定期切换,变频器采取一拖二配置

4) 二次供水温度闭环调节

控制器应能以闭环的方式控制调节阀来调节一次水的流量,以保证二次网所需的供水温度。当管网负荷过大或供热不足时,控制器控制调节阀使之起到流量控制器的作用以保证全网的水力平衡。

5)二次网压差闭环调节(预留该接口)

控制器采集二次网供回、水压力信号,与二次网压差预设值比较,控制变频器频率输出,使混水泵转速随之变化,从而使二次网压差跟随设定值。

6) 日历、时钟功能

7) 掉电保护功能

8) 显示操作功能

控制器应具备中文显示和操作界面。

9) 远程控制调节功能

控制器除能在就地进行自动控制和调节外,还能在监控中心的命令下和允许的范围内,对换热子站和其它现场设备进行远程控制和调节。

10) 组态功能

RTU的站名、站号、物理量转换公式、限值均可在监控中心和现场进行组态上装和下载。控制器应使用不依赖于电源的存储器存储组态信息,并将组态信息上传到监控中心。

11) 环境温度曲线补偿功能 

根据室外温度和供水温度设定值,设定供水温度曲线或平移已有曲线。

12)报警控制功能

通过触摸屏可以设置报警体性质和联锁保护之。当参数超过报警值时,PLC发出声光报警信号进行提醒;当参数超过联锁值时,设备自动停止。

12.1报警值包括:

停电报警、二次供水压力高、二次回水压力低、二次供水温度高、循环泵故障报警、补水泵故障报警。

 12.2联锁值包括:

二次供水压力超高、二次回水压力超低、二次供水温度超高。

13) 手动或远端控制

可以通过操作面板实现手动控制,或者通过监控系统进行远端控制。

14)设备联锁:

为防止站内运行时发生异常状况造成管网以及设备受损,必须设置联锁保护。联锁保护大致分为循环泵联锁、温控阀联锁。所有联锁保护必须设置单独的投入和退出按钮。

14.1循环泵联锁:

循环泵设有连锁保护:

14.1.1  循环泵过电流或发生故障,停止运行循环泵并锁死;只有查明原因后,可通过联锁开关解锁(在启停控制上做限制)。

14.1.2  二级网回水压力超低时,防止循环泵抽空,循环泵控制输出为0(注:二级网回水压力超低时停泵,为防止频繁启泵停泵现象产生,影响循环泵寿命,故当二级网回水压力超低停泵后,二级网回水压力需大于停泵值一定回差时,方可解除连锁保护,

14.2 温控阀联锁:

(1)系统断电时自动关闭温控阀。

(2)循环泵在停止状态时自动关闭温控阀。

(3)二次供水温度超高时自动关闭温控阀。

15) 紧急停机:

为应付突发状况,必须触摸屏上醒目位置设置“紧急停机”按钮。当出现紧急情况时,按下“紧急停机”,选择“确认”后,可以瞬间停止换热站的运行。

16) 巡检

为加强对巡检人员的管理,在现场的触摸屏上设置巡检的确认按钮,当巡检人员到达时,按下按钮,系统会自动记录时间信息,加强维修人员的管理。

17)电量计量功能(预留该接口)

需通过通讯接口与控制器进行通讯,使耗电量数据能够上传到控制中心。

18)自动除湿功能

根据环境湿度变化,完成自动除湿功能。要求高效、节能。

换热站主要设备表


序号

设备名称名称信号类型数量单位作用
1

PLC控制柜




1
2

配电柜



1
3

温度传感器

室外温度

PT100

1

测量室外温度

4

温度传感器

二级供水母管温度

PT100

1

测量二次供水温度

5

温度传感器

二级回水母管温度

PT100

1

测量二次回水温度

6

温度传感器

一级回水母管温度


1

测量一次回水温度(取自母管热量表)

7

压力变送器

一级供水压力

0-1.6MPa

1

测量一次供水压力

8

压力变送器

二级供水压力

0-1.0MPa

1

测量二次供水压力

9

压力变送器

二级供水压力

0-1.0MPa

1

测量二次回水压力

10

电动调节阀

含阀体和电动执行器


4-20mA

1

调节一次流量,控制二次供水温度

11

超声波热量表

一级网热量表

modbus

1

测量一次管网流量和热量

12

超声波流量计

二级网流量计

modbus


测量二次管网流量

13

电量表


modbus


测量机组电压、电流和电量

三、  通用设计原则

3.1、本次工程设计主要依据为:

《供热计量技术规程》(JGJ173-2009)

《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)

《城市供热管网工程施工及验收规范》

《城市热力网设计规范》

《城市供热管网工程质量检验评定标准》

《供热工程术语》

3.2、遵循的标准:

    在热网监控系统系统硬件及应用软件的设计、制造、检验、包装、运输均遵循下列主要标准:

GB : 中国国家标准

JB :  国家机械部标准

IEC:国际电工委员会标准

DIN:德国工业标准

IEEE:电气与电子工程师协会

NEMA:国家电气制造厂协会

IES:照明工程师协会