无人值班背景下城市集中供热远程监控系统的研究与设计

雷云

（榆林市汇通供热有限公司）

无人值班背景下城市集中供热远程监控系统的研究与设计

雷云

（榆林市汇通供热有限公司）

人工巡检和远程监控是目前城市集中供热管网的两种主要管理方式，前者依靠巡检员来对管网或换热站进行定期巡视和抄表，通过手动方式来实现管网和换热站运行方式的调控；后者依靠计算机网络系统来对管网运行参数进行实时监测、分析和报警，在降低人力物力投入的同时提高管网运行的可靠性。随着近年来城市集中供热管网规模的日益扩大，人工巡检模式的缺陷日益突出，导致管网极易发生参数调整不及时、局部水力失调及能源浪费严重的问题，为此如何在人力有限的情况下，构建无人值班的城市集中供热远程监控系统就具有十分重要的现实意义。

无人值班；集中供热管网；远程监控系统；VPN；信息孤岛

0 引言

自20世纪50年代开始，我国城市集中供热产业迅速发展，供热能力和供热规模急剧增加且控制技术取得了长足的进步，但相较于国外发达国家还存在较大差距，例如系统控制方式粗放而使能耗指标为同纬度欧洲地区的3倍以上。为提高供热效率和供热可靠性，近年来国内不少研究者针对城市集中供热远程监控系统展开了大量研究：李晓红通过构建大地理尺度的虚拟局域网（VPN），在该网络中接入不同地理位置的换热站，确保现场运行数据能够被实时采集并传输到数据共享中心，从而对热能流向进行集中优化分配[1]；袁宁利用智能传感器、物联网及无线传感器网络等技术，构建了包含热力站数据采集、无线通信传输和远程监控中心等几个部分的集中供热监控系统，旨在通过对各换热站运行工况的实施监测和调节，来降低集中供热管网的运行成本并提高整体供热质量[2]。

1 无人值班背景下城市集中供热远程监控系统的架构和功能划分

1.1 城市集中供热远程监控系统的架构

本文所研究的无人值班背景下城市集中供热远程监控系统，其应该遵循如下性能指标：监控中心所监控的各参数值应在30s内进行实时更新，各热力站采集的运行数据应在5s内进行更新，温度、压力及流量的监测误差要控制在0.5%以内，平均节约热能应该在5%以上，各用户室内温度应控制在人体适宜的情况下。

现阶段独立的单元级控制在城市集中供热远程监控系统中已经不再使用，不少监控系统使用站点级控制，但由于此种控制方式下各换热站各自为政，缺乏统一管理而无法实现城市集中供热管网的统一协调，为此迫切地需要进行全网级控制。为了实现中心和本地两级监控和协调调度，本文构建了如图1所示的城市集中供热远程监控系统的架构，其中各本地热力监控站通过无线通讯网络来与监控中心进行数据传输，监控中心各工作站间通过局域网进行通讯。

1.2 城市集中供热远程监控系统的功能划分

无人值班背景下城市集中供热远程监控系统整体可以划分为如下几个部分。

（1）监控中心

图2为监控中心的拓扑图，其功能主要包括以下几个方面：

图1 城市集中供热远程监控系统的架构

图2 监控中心的拓扑图

1）集中供热管网的监控。依靠无线通信网络与各本地热力监控站进行数据的双向传输，对集中供热管网各换热站的运行工况参数（包括回水压力、供水温度、蒸汽阀门开度、变频循环泵的开度、补水泵的开关、室外温度等）进行定时巡检和显示，定期计算十次巡检参数的平均值并存储，从而便于工作人员对集中供热管网的历史运行记录进行分析[3]；

2）运行管理。系统会实时显示各换热站的现场运行参数（如图3所示），一旦发现某个变量超出限值则字体变为红色，并可以实时打印各换热站的统计和运行报表；

3）警报[4]。当发现监控变量（如补水箱液位、蒸汽管压力等）超出设置的报警上下限时，系统会发出警报，此时调度人员根据警报信息进行简单判断后采取必要的处理措施。各警报信息会及时存储到数据库中，当操作人员对警报信息进行确认后就可以对其采取消除处理；

4）参数设置。操作人员可以对各站点的参数（如回水温度、循环泵的开关、切换阀的开关等）进行设置，然后由各换热站子系统执行相关的动作；

5）历史数据查询。操作人员可以对各站点的历史运行数据进行查询，从而便于下一步的供热计划和供热指导；

6）系统管理。系统管理包括数据备份、密码管理、权限管理和数据恢复等功能，根据实际需求，系统用户划分为领导、管理员和工作人员三类，其中领导可以执行远程通讯、信息查询、场景浏览等操作；管理员可以执行远程通讯、用户管理、场景浏览、系统维护等操作；工作人员可以执行参数查询、远程控制、维修记录、远程通讯、场景浏览等操作[5]。

（2）通讯网络

作为城市集中供热远程监控系统的重要组成部分，通讯网络承担着数据实时传输的任务，而本系统通讯主网络采用中国移动GPRS专网，监控中心的GPRS通讯可以根据运行费用采用不限流量包月或移动专线接入的方案。各换热站系统与监控中心间通过移动VPN虚拟GPRS无线专网进行通讯。系统中各换热站与监控中心间的数据传递及参数信息采集都通过GPRS来实现，由于其可以在同一时刻同一通道内被众人使用，并且极少发生丢包现象，因此现场采集数据的实时可靠传递就有了保障，同时系统在出现问题时可以及时反馈并发出警报。

图3 各换热站实时运行参数的显示

（3）换热站系统

循环泵、调节阀、传感器、触摸屏、控制器、变频器及其他智能设备构成的换热站系统，负责对现场各运行参数进行采集并及时传输给监控中心，接受监控中心下发的执行命令并执行相应动作。这里以二次网回水压力的控制为例，来对换热站系统的控制进行说明。系统二次网回水压力的控制可以采取如下两种控制方式：第一种是手动给定频率，即工作人员根据运行需要，通过网络手动设置或改变硬件变频泵的基础参数数据，然后系统会自动将输出频率稳定在设定数值上；第二种是定压力控制，即系统自身可以根据二次网初定值，来对二次网回水压力进行自动调节。

2 无人值班背景下城市集中供热远程监控系统的控制方式

根据运行需求，城市集中供热远程监控系统可以执行室外温度补偿控制、循环泵变频差压控制、补水泵变频定压的睡眠功能设置、热网平衡功能设置及循环泵的节能控制等操作，具体控制方式如表1所示。

表1 城市集中供热远程监控系统的控制方式

3 无人值班背景下城市集中供热远程监控系统的数据库设计

城市集中供热远程监控系统采用SQL Server数据库，在设计时遵循尽量减少主键字段以提高查询速度、数据更新速度及系统运行速度，专人管理数据库表，采用统一命名规则，减少数据库表的数量并将所有表单尽量关联，数据库在实时性和可靠性的基础上进行整合的原则。系统中涉及的数据库表较多，下面列举一些具有代表性的数据库表（如表2和表3所示）。

表2 换热站信息表

表3 设备信息表

4 结束语

相较于传统的分散供热，集中供热在减轻环境污染、降低故障发生率、提高热利用率等方面具有显著的优势，因此近年来在我国城市中的应用日益普及。随着城市集中供热管网向着规模化及复杂化的方向不断发展，如何在确保用户舒适度的同时，通过管理和技术手段来对城市集中供热管网进行智能调控，使城市集中供热管网在较低的运行成本下获得最优的运行状态，就成为一项亟待解决的课题[8]。

依靠本文所构建的城市集中供热远程监控系统，当城市集中供热管网发生故障（例如二次网超温、超压）时，工作人员在办公室通过系统就可以及时获知故障根源并派人抢修，在降低故障影响范围的同时确保供热的稳定进行。此外，远程监控系统可以为“由供热面积收费向供热热量收费的转变”奠定技术基础，避免使偏远住户达到供热热量而造成近距离住户热量过剩的局面，有效降低整个集中供热管网的能耗，因此具有较高的经济效益和社会效益。

[1]李晓红.基于VPN城市集中供热监控系统的设计[D].新疆：新疆大学,2015．

[2]袁宁.基于新型热交换器的集中供热监控系统的设计[D].大连：大连理工大学,2015．

[3]ZHOU Y, PEI M. Application of Monitoring System for Heat-supply Network to Heating Management[J]. Gas & Heat, 2012（5）： 10.

[4]Stennikov V A, Iakimetc E E. Optimal planning of heatsupply systems in urban areas[J]. Energy, 2016（110）：157-165.

[5]吴明永，李菊生，王国伟．基于3G-Internet网络的换热站无线远程监控系统[J]．电气自动化，2016，38（3）：96-98．

[6]FENG J, XIE M, BU W, et al. Research on Secondary Network Backwater Temperature Forecast for Centralized Heat-Supply System Based on Neural Network[J]. Computer Simulation, 2014（3）： 79.

[7]隋修武,余保付,葛辉,田松.基于Kingview的热网远程智能监控策略研究[J]．应用科学学报，2016，34（3）：352-360．

[8]戴倩.远程智能型换热站自动控制系统[J].自动化与仪表，2016，31（6）：46-49．

2017-04-12）