热网智能管控系统在集中供热中的应用

2015-06-05曹沛庆

综合智慧能源 2015年4期

关键词：换热站热网供热

曹沛庆

（华电能源股份有限公司，哈尔滨 150001）

热网智能管控系统在集中供热中的应用

曹沛庆

（华电能源股份有限公司，哈尔滨 150001）

针对目前国内供热管理的现状，提出了智能供热管理系统的理念。介绍了华电能源热网智能管控系统的结构化设计及实现方法，为安全供热、价值供热、智能供热、和谐供热提供一个系统的管理平台。

热网智能管控系统；集中供热；数据库；模块

0 引言

热网智能管控系统是保证集中供热系统可靠供热、节能运行、提高运行效率和降低运行成本的重要手段，是由计算机软件、硬件、网络、数据库、可编程逻辑控制器（PLC）及仪器仪表等组成的集远程监控管理、报表分析、运营管理为一体的智能化管控平台。该系统便于供热企业进行集控管理及对标分析，非常适用于多级供热企业。目前，国外集中供热先进国家在实时监测和控制的设计、施工、安装以及设备质量、技术含量以及设备安装环境等方面取得的成就值得我们学习和借鉴，资料表明，瑞典集中供热的热损比我国少20% ～40%［1］。华电能源是黑龙江省最大的供热公司，总装机容量为6 150MW，供热机组容量为4527MW，占73.61%，供热面积达6170万m2以上。热网智能管控系统的建设，实现了华电能源热网的科学化管理，对全网运行和分析提供监测数据，指标化考核热网和换热站，节能效果显著。因此，建立热网智能管控系统是供热企业降低热耗、降低运行成本、实施精细化管理的有效途径。本文以华电能源热网智能管控系统建设为例，研究了热网智能管控系统在集中供热系统中的应用。

1 国内外集中供热发展概况

国外集中供热发展大致经历了4个阶段：单纯管理阶段→基础建设阶段→综合发展阶段→自动化控制阶段。我国传统的集中供热主要采取热电联产、区域联合供热和小区锅炉房供暖等几种方式。从20世纪40年代至今，大致分为4个阶段：单纯利用阶段→单纯管理阶段→基础建设阶段→综合发展阶段。对于供热智能化控制系统国外已有较长时间的研究和应用，国内供热企业信息化才刚刚起步。

2 系统结构化设计与实现

2.1 设计原则

在系统设计与实现过程中，以符合软件规范、提高工作效率、界面友好、便于软件实现为指导思想，同时遵循下列设计原则。

（1）科学性原则。设计采用新思想和新技术，同时在系统结构和功能设计方面考虑数据质量、数据结构与组织，力求系统的科学性。

（2）实用性原则。系统的开发能满足相关管理决策部门对信息进行查询、统计及分析的要求，同时系统结构简洁，操作方便、灵活，界面友好，便于系统操作人员的管理和使用。

（3）统一性与规范性原则。为确保系统的科学性、实用性以及与国内外其他信息系统的接轨，系统设计遵循统一的信息编码规范。

（4）可扩展性和开放性。考虑到系统的扩展以及与其他系统的兼容，系统功能等方面均设计一定的冗余量，方便系统的扩充或移植。

（5）模块化原则。系统严格按照模块化的结构方式进行开发，以保证系统通用性和可扩展性的要求。

（6）先进性原则。采用与技术发展潮流相吻合的产品与技术，保证工程的可延续性，保证系统的不断深化与发展。

（7）保密性和安全性。符合国家的安全标准和要求，以保护内部信息特别是密级信息不被非法访问。

（8）经济性原则。系统在满足功能要求的基础上，尽可能降低造价。

（9）可维护性原则。对软件开发的全过程要严格遵从软件工程的原则与要求进行管理。需求分析、软件设计、代码编制、测试维护等过程都要建立完善的文档资料，以保证软件开发的正确性、健壮性和可维护性。

2.2 结构设计实现

（1）技术控制层。控制层采用PLC控制器及KingScada工业控制组太系统进行调控，并采用多种通信方式保证远程控制的安全性及可靠性；控制逻辑采用黑龙江龙电电气有限公司研发的控制系统进行闭环控制，实现节能降耗。

（2）数据层。采用逐级数据推送，推送系统采用黑龙江龙电电气有限公司研发的OPC数据采集推送系统及数据接收模块；系统数据库层采用双层数据库——PI及MSSQL SERVER数据库。

（3）应用层。采用模块化、B／S（Browser／Ser ver）结构模式，模块可选安装，系统中心设立数据库服务器及Web应用服务器，热力公司系统平台的所有系统功能将在此应用程序服务器上发布，供用户浏览、分析和决策。

（4）系统中心平台。系统中心设立PI及MS SQL SERVER数据库，各个热力公司的数据将通过数据接口实时上传至系统中心数据库，综合管理系统平台供热板块在此数据库中获取所辖热力公司的生产应用数据，在总公司可以通过网络链接至各个热力公司的系统中心平台，浏览各个热力公司的生产经营状况及实时数据，平台提供有关热智能监控管理系统的全部功能，包括各种数据的存取、查询、分析，可视化表达以及系统维护功能。管理数据能力达到TB级，并能保证定期维护及备份，系统主要用于在内部互联网上发布信息，通过浏览器访问系统，依据各自登录的权限访问授权信息等。

2.3 系统实现

系统平台采用分级式模块化设计，实现以下功能。

2.3.1 基础设施系统

（1）规划多级广域网数据链路，含上级管理公司、电厂的热力公司、热源节点及换热站数据节点的多级供热数据网络；利用2M专用数据链路，全面覆盖各个电厂及热力公司，统一进行链路通道规划、IP地址规划等，在多级互联网分支的基础上保证供热数据及业务数据的畅通（使用VPN实现热网移动办公）。

（2）使用安全连接的单向隔离系统连接生产网与管理网，数据单向推送，保证控制系统的安全性与可靠性。

（3）供热系统监控中心与换热站的连接链路（三级链路）采用通用分组无线服务（GPRS）、有线宽带虚拟专用网路（VPN）、3G无线VPN、5.8 GHz无线传输及多路由动态拓扑等多种技术，实现供热系统基础综合大数据的采集。

（4）建立总供热数据中心硬件支撑系统、分站点供热数据中心及控制中心硬件支撑系统。

2.3.2 数据库系统

（1）建立总供热数据中心、分站点供热数据中心。

（2）使用OPC数据推送系统，配合单向隔离网闸实现数据采集与监视控制（SCADA）系统的跨平台数据交换。

（3）建立首站数据接口，将供热首站数据上传至总供热中心数据库及分控中心并保持一致。

（4）建立供热办数据系统接口及其他系统接口，实现数据的跨平台共享。

2.3.3 智能供热管控系统平台模块

（1）建立综合信息系统平台模块，通过融合其他系统模块进行功能整合，为信息系统的规划、设计、构建、集成、部署、运行、维护和管理等提供高可用性、高合理性的体系架构，真正实现“用户主控，随需而变，全局规划，整体集成”的信息化战略。

（2）建立供热数据采集管控模块，通过建立中心站组态系统，实时采集监控换热站生产数据，并可以远程调控换热站的运行状态，如图1所示。

（3）建立分户抄控模块，通过GPRS无线传输、宽带ADSL网络传输等传输方式，远程读取计量仪表实时数据及运行状态数据，实时掌握居民用热情况，并实现分户热计量表、楼栋热计量表及热网信息采集点数据的采集、上传及下行控制功能。

（4）建立呼叫导航模块，实现热力公司的自动化用户接待，可以24 h接待、处理用户的查询、报修、投诉事件；针对企业客户服务部门的业务特点和流程，将电话、传真、短信、E-mail、Web等不同的沟通渠道进行集成并实现在一个平台和界面进行处理；投诉、报修、咨询等各类业务实现闭环流转服务，处理包括接待、派发、安排、反馈以及回访等各个环节，实现高效的一体化客户服务管理。客户服务用户接待采集单如图2所示。

（5）建立供热收费模块，供热收费微机化、网络化，使繁琐的收费工作变得方便、快捷。系统能满足不同类型用户、不同供热方式、不同结算方式的综合性、多功能的收费要求。实现收费管理、用户管理、综合服务管理等计算机化管理。收费系统的建设将利用计算机网络规范、统一各项业务流程，提升业务运转的效率和质量，完善公司管理体系。实现收费信息集中管理，强化总公司管理和监督职能。经营、生产、财务等各部门信息共享、协同办公，为各级领导提供及时、准确的辅助决策数据。实现智能分析，能够自动完成销售情况、供销差率、用户状况、安全状况等的智能统计、分析，有效地控制成本，实现利润最大化。

图1 换热站系统模拟显示

图2 客户服务用户接待采集单

（6）建立供热地理信息系统（GIS）模块及水力分析模块，在GIS的基础上，对企业的管线、设备进行统计，建立企业管线、设备数据库及设备资料库，企业对管线、设备等有了更加明晰的了解。基于管网图形数据库的管线规划、建设，可对热源、管线、换热站、建筑直接进行专业的水力计算分析，可实现图档资料的数字化、规范化及网络共享。任何一个有权限的操作人员通过该系统都可以方便、快速地查询到所需的图形和数据资料，实现资料的信息共享，提高资料的利用率和人员工作效率，减少管理人员的重复性劳动。

（7）建立远程测温模块，在各个用户的采集点安装终端采集设备，基于GPRS无线网络采集现场温度数据，监控中心实时获取供暖数据，对供暖质量做出及时评估，为现有的供热控制系统提供准确、及时的终端用户信息，保证供热控制系统做出正确判断，修正给定参数。不但满足用户不同时间的供暖需求，使室内温度控制在一个良好的范围，同时可以有效提高供热系统的效率，达到节能减排的目的，降低供热企业的运营成本，具有良好的社会效益及经济效益。用户远程测温实时显示界面如图3所示。

（8）建立远程视频监控模块，通过远程视频监控及报警，实现换热站安全防护和无人值守。

图3 用户远程测温实时显示界面

（9）建立能耗分析模块。热网能耗采集分析系统是以供热管线的温度、压力、流量、热量、耗电量、耗水量等众多的数据采集为基础，实时采集、上传没有自控系统的换热站的运行参数及水、电、热指标，通过能耗分析系统计算出耗热量、耗电量、耗水量、有效热效率、换热器热效率、围护结构的传热系数等数据，并绘制出耗热量、耗电量、耗水量等随室外温度的变化曲线，如图4所示。