热力监控系统的研究和应用

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【摘 要】本文介绍了一种基于以太网实现对热力站参数控制的远程监控系统。给出了系统结构、工作原理，着重论述了利用以太网实现热力站远程通信的方法，该方法已在实际中得到了广泛的应用。

【关键词】远程监控；热力站；PID控制；以太网

0 前言

随着社会的发展，集中供热已经得到了长足的发展，其自动化程度也越来越高，尤其在无人值守的热力站，可以远程在线实时监控热力站的运行状态、性能参数以及各种故障信息，同时主监控室的工程师也可以通过远程通信修改热力站的保护以及控制参数，并方便的完成对热力站的启动、停机控制，热力参数的修改等功能。

实现热力站远程控制的关键是通信，而随着控制技术、计算机技术和网络技术的发展，以及上述三者之间的相互联系依赖、相互渗透、相互促进使得网络控制技术得到了快速的发展。在网络控制协议、与局域网的无缝隙连接等技术优点，以及在因特网中的广泛应用，得到了开发人员和用户的肯定。

1 系统远程监控功能要求

热力站的远程监控功能要求如下：

1.1 遥测

热力站的一次、二次供回水温度，压力；室外温度；调节阀开度；电机频率；一次、二次流量热量等现场参数。

1.2 遥信

工作状态、工作方式、故障信号、报警信号等。

1.3 遥控

开关系统、工作状态转换等。

1.4 保护及控制参数修改

超压报警值、超温报警值、二次压差值、二次回压定压值等。

2 控制系统设计选型

本系统的设计选型主要是通信方式、本机控制系统（发送端）和远程显示控制系统（接受端）三个方面。

2.1 通信传输方式

本系统应用于热力站远程监控系统的通信传输方式主要是以太网通信。

以太网是一种计算机局域网技术。IEEE制定的IEEE802.3标准给出了以太网的技术标准，规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。工业以太网总线和局域网采用同一的TCP/IP协议，可以直接和局域网的计算机互联而不需要额外的硬件设备，方便数据在局域网的共享，可以和现有的基于局域网的ERP数据库管理系统实现无缝隙连接。

2.2 本机控制系统（发送端）

基于热力站远程遥控功能要求复杂、可靠性高的特点，经过多种技术方案的类比，选用西门子ACX32.000和与之配套的以太网通讯卡（ACX52.22）作为本机的控制通信单元。

2.3 远程显示控制系统（接收端）

选用PC（带有以太网通信卡）作为远程显示控制单元，其基本配置：

1）操作系统：Windows2000 SP3以上，Windows XP等，MSDE Server

2）10GB可用空间，1GB RAM

3）700MHZ以上Pentium

3 热力站硬件设计

3.1 热力站总体结构设计

热力站由循环泵、补水泵、流量计热量计、变频器、现场测量仪表、换热器、控制器ACX32.000、网络等组成。

3.2 热力站控制及采样

热力站的核心单元是控制系统，主要是ACX32.000可编程控制器、模拟量模块，数字量模块、以太网通信器（以太网卡）、压力温度传感器（或变送器）和执行元件等组成。其中控制器ACX32.000与数字量模拟量模块、以太网卡通过电路板连接，以太网卡与远程计算机通过网络完成以太网网络连接。

其基本工作原理是：将热力站的现场参数，例如压力、温度、频率等作为模拟信号输入控制器；电机的启停信号作为数字信号输入控制器。在控制器内部，通过编程设置，各种参数被内置软件比较，运算处理，显示热力站各种设备的工作参数，判断机组的工作状态，并通过工业以太网不断的发送、接受到上位机上。主监控室的工程师实时监控热力站的运行情况，实时做出准确的调整。

3.3 热力站控制策略

3.3.1 控制回路

所有控制回路均为PID控制回路，通过控制面板输入设定值，PID值可有工程师根据实际情况实时修改。

1）二次供水温度控制（调节阀开度控制）

控制调节阀开度的目的是将二次温度恒定在二次供水温度设定值，确保用户对室内温度的要求。温度控制是热力站的主要控制功能，有手动与自动控制两种方式。

（1）手动方式：二次供水温度设定值由工程师通过控制面板手动设定。

（2）自动方式：二次供水温度设定值通过室外温度曲线确定。

过程值：二次供水温度；

设定值：二次供水温度设定值；

输出：调节阀开度。

2）二次压差控制（循环泵控制）

二次压差控制是通过控制循环泵装束来实现最不利端用户提供足够的压力的目的。该项目有两台循环泵，当一台循环泵提供的供水压力达不到供热要求时，备用泵将会自动启动。

过程值：二次供回水压差；

设定值：二次供回水压差设定值；

输出：循环泵启停、转速。

当二次供水压力超过高限时，水泵将由压差控制模式切换为压力控制模式，以防止压力过高，产生危险。

过程值：二次供水压力；

设定值：二次供水设定值；

输出：循环泵启停、转速。

2）二次回水压力控制（补水泵控制）

该功能主要是为循环泵的运行提供的初始压力，功能是控制补水泵运行保证二次回水压力在设定值附近。

过程值：二次回水压力；

设定值：二次回水设定值；

输出：补水泵启停、转速。

3.3.2 安全保护功能

1）调节阀和循环泵互锁

功能：防止换热器在没有二次水循环产生高温而损毁的危险，当循环泵停止运行时，控制器关闭调节阀。

2）二次回压低压和循环泵互锁

功能：当二次回水压力低于二次回水压力低限时，显示报警信息，停止循环泵。

3）水箱液位低和补水泵互锁

功能：当水箱液位低于液位低限时，显示报警信息，停止补水泵。

4）二次供水温度高限和调节阀互锁

功能：当二次供水温度传感器损毁或二次供温超温时，关闭调节阀。

5）二次供压高高限互锁

功能：当二次供水压力超过高高限时，控制器将会停止整个自控系统的运行，并显示报警信息。

6）二次回水压力低低限互锁

功能：当二次回水压力低于高高限时，控制器将会停止整个自控系统的运行，并显示报警信息。

3.3.3 系统运行控制

1）首次启动

当控制器得电以后，控制器内的程序将自动运行。首次启动控制器前，工程师须保证无报警发生且参数设置正常。

2）系统启动与停止

（1）通过“系统重启”启动停止

如果出现重大报警，安全保护功能将停止系统运行。工程师在确认并消除报警后，修改参数以重启系统。

（2）通过“系统启停”启动停止

“系统启停”是系统的启停开关，工程师可以通过该参数控制系统运行与停止。

3.4 热力站故障诊断与排除

3.4.1 控制器的硬件故障信息可有控制器上的指示灯显示。

3.4.2 工程师可以通过控制面板查看故障信息并排除。

4 系统软件设计

本系统软件分为以太网组态、本机控制软件（下位机：PLC编程），用于ACX32.000的PLC的OPC Server（服务器）软件和计算机控制软件四部分。

各部分的主要控制作用如下：

4.1 以太网组态

实现ACX32.000与PC机的以太网通信。

4.2 本机（ACX32.000）控制软件

完成对热力站参数的采集、运算，判断以及控制。

4.3 OPC Server（服务器）软件

向客户端提供热力站数据信息。

4.4 工程师计算机

作为远程监控单元，实现对热力站的遥控。

4.5 保护子程序

对换热机组的压力、温度、频率等信号进行采样；根据采样值和保护设定值的比较判断，发出机组保护信号。例如报警。

5 结束语

本系统的OPC Server，通过工业以太网实现了对热力站的远程监控，以及现场参数的远程修改控制。该技术已在热力站、电站等领域得到了广泛的应用，前景十分广泛。

【参考文献】

[1]胡寿松.自动控制原理[M].科学出版社，2013，3.

[2]白志刚.自动调节系统解析与PID整定[M].化学工业出版社，2012，7.

[3]卢强，等.电力系统非线性分析[M].清华大学出版社，2008，3.