浅析信息技术在供热企业生产中的应用

任秀芳 王 巍 丁国臣

1.海军航空大学青岛校区，山东青岛 266041；2.青岛高科热力有限公司，山东青岛 266041

信息技术（Information Technology，缩写IT），是用于管理和处理信息所采用的各种技术总称。它是应用计算机科学通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。也被称为信息和通信技术（Information and Communications Technology,ICT），主要包括传感、智能、通信和控制技术。

供热企业在生产管理方面的行业特点：供热企业的生产运营宏观上主要分为热源和热网2个部分，热源主要以热水或蒸汽锅炉的运营为主，一般以热水或蒸汽为热媒体通过热力管网一次网向热力站进行热能输送，在换热站进行热交换，经由二次网将热能输送到用户家中。集中供热系统具有大惯性、长时滞、非线性的特点，在运行过程中存在水力失调、冷热不均的现象，远端近端差别也很大，而供热水力平衡会反过来对热源热水锅炉造成影响，各生产环节环环相扣，互相影响。如何做到在安全生产的前提下，保障用户的供热效果，又通过合理的调度，节省能源，降低排放，减少成本，是供热行业生产运行当中面临的重要问题。

本文论述了供热企业生产当中的热源DCS锅炉控制系统、热网SCADA系统的组成及应用，并简单介绍其他为生产服务系统，如生产调度及能源分析系统、地理信息系统、定点测温系统，并讨论如何将各个信息系统有机地结合起来为企业的整体生产运行服务。

1 热源DCS锅炉控制系统

锅炉DCS系统是一个多输入、多输出、多回路、非线性的控制系统，调节参数与被调节参数之间，相互作用相互影响，调节难度较大。根据锅炉控制系统的工艺特点，DCS锅炉控制系统一般将整个锅炉控制系统分解成各个子系统，如给煤系统、送风系统、汽包液位系统，炉膛负压系统等模块，将各个子系统工艺参数采集上来，在工程师站进行组态，构成一个个闭环的子系统，并实现子系统之间的逻辑联锁。锅炉DCS系统以过程控制为目标，一般由工业Ethernet层、上位机信息系统、锅炉控制终端系统组成。

（1）工业Ethernet层采用多种工业通讯协议，具有高可靠的电气性能，通过应用层的软件系统能实现工业以太网与企业信息系统的无缝链接，实现企业级管控一体化。

（2）上位机信息系统由现场组态软件、工程师站和操作员站构成，工程师站具有高于操作员的权限，可根据工艺需要对DCS控制系统组态进行修改，编译并下装程序至现场控制器。其他各操作员站互为冗余，可各自独立完成整个工艺过程的监控，如显示温度、压力等运行状态、工艺流程的动态图表、工艺参数的趋势、历史数据记录。

（3）锅炉控制终端系统主要由主控制器CPU及I/O卡件组成，I/O卡件与现场的检测设备、执行机构联接，将锅炉各检测点的温度、压力、流量、开度等检测值发送给CPU，CPU通过上位机组态软件监控终端将检测值以图文并存的方式直观显示在操作员站上，同时操作人员可实现实时监控工艺参数，并根据需要通过上位机软件下发操作命令，CPU通过计算把操作指令转换成开关量或模拟量，通过I/O卡件下发的执行机构，来实现诸如现场的水泵启停、挡板的开度调节等功能。

为保证整个系统的可靠性，在实际应用当中往往对主控CPU、工程师站等重要组件实施冗余、容错配置。

2 热网SCADA系统

SCADA（英文Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监控系统。可对现场的运行设备进行远程实时监控，实现数据采集、控制、测量、调节以及报警等各项功能。

供热企业热网监控系统的传统工作方式存在以下特点：（1）各换热站大都采用人工监控，一方面浪费人力；另一方面在出现事故隐患时，操作人员很难及时发现，容易造成设备事故的发生；（2）各换热站都独立运行，难以达到供热系统整体最佳状态，单站调节容易造成热力失衡，影响供热效果，造成能源浪费；（3）供热的一、二次网覆盖地域范围大，存在工艺调节需求的实时性与系统长时滞、非线性特点之间的矛盾。

根据热网系统的工况特点，热网监控SCADA系统通过现场总线（一般采用VPN专线）和以太网架构的标准通讯协议（如TCP/IP协议或MODBUS协议等）将各个换热站联系起来，组成一个由主站系统、通讯系统及远程终端控制构成的有机系统。

（1）主站系统由上位机与操作站组成。上位机主要由主服务器、通讯（OPC）服务器、历史数据库器、WEB发布服务器等组成。操作站与服务器相连，安装有人/机交互界面，操作人员可通过操作站对所有换热站的温度、压力、流量、热量等工艺参数进行实时监控，并可远程进行站内水泵的启/停，电动调节阀开度、温度调节曲线等工艺参数的修改。

（2）通信系统是提供主站系统及远程终端控制单元之间的通讯网络，通常可分为有线通讯系统和无线通讯系统。有线方式以光纤、双绞线等为传输载体。无线方式以GPRS 3G或4G无线网络为传输载体。通讯网络一般采用TCP/IP协议或MODBUS协议，通讯网络的通讯质量直接影响整个SCADA系统的调节传输的实时性。

（3）远程终端控制系统（Remote Terminal Unit，简称RTU），在热网SCADA中以可编程逻辑控制器（programmable logic controller，简称PLC）为主，比如西门子智能楼宇POL638系列产品，使用图形化编程，可扩展性好，能适应多种工况，且价格低廉，能够实现现场机组的各控制回路就地自控，并能通过以太网通讯与上位机主站系统进行实时通讯，操作员可以就地通过现场的人机交互界面HMI查看现在供热机组运行的实时工况，并能链接到SCADA系统，从上位机读取相关信息，来显示工艺参数、历史趋势、诊断数据及相关信息。

热网SCADA系统综合了SCADA系统的优点，并结合供热企业的热力输配、工艺等特性进行合理调配，保证了管网安全合理供热，并提高了紧急事件反应速度。

3 供热企业生产中的其他信息系统

（1）能源分析采集管理平台。能源分析采集管理平台以OPC等通用协议与供热企业的DCS、SCADA等信息系统连接，从各生产相关的系统中采集并存储数据，通过预制的数学模型进行筛选形成大数据，能更集中、更鲜明地反映客观实际，评价供热企业的节能潜力，对供热质量、供热安全保障进行动态掌握，对生产供热能耗数据进行精细管理，实现能耗与供给的合理调配和平衡，提前做好能源的供应储备，保证供热生产的连续性。

（2）地理信息系统。地理信息系统是一个综合了计算机科学、地理学、信息科学等学科，可为各领域地提供数据信息的基础平台。地理信息系统对各种信息进行加工、处理并且实现各种信息的数字化。供热地理信息系统就是集换热站设备、供热管网设施以及换热站、管网位置分布等各种信息为一体的计算机管理信息系统，通过地理信息系统，供热企业可方便直观地掌控供热区域管网结构，各换热站、甚至于每个阀门、井室的详细位置和具体型号、生产日期、使用年限等信息，对于生产、建设施工、抢修指挥提供了重要的数据平台。

（3）室温采集系统。以电信运营商的无线通信网络为链路，充分利用电信运营商无线网络覆盖面广的特点，在供热区域的用户家里定点发放无线测温仪，在供热期间实时采集的用户家里的温度，通过划分典型区域进行数据筛选分析，从而实现热网、热源的精细化调节，实现按需供热，按需生产。

4 大数据和智能供热综合管理平台

近年，随着我国的电信行业大规模的迅速发展，通讯链路的带宽越来越高，接入费用越来越低，从而使各个行业能够以更加低廉的价格应用互联网技术。而依托于互联网、局域网所开发的信息平台在各自的领域中也有了越来越广泛，越来越深入的应用。

供热行业中的各种信息系统，都有其特定的功能和区域，并在各自的业务范围内相对独立的运行，通过信息技术可运用互联网、VPN和4G等有线或无线通讯网络，配合统一的通讯协议，可使不管是远在几公里外的换热站，还是几十公里外的中继泵站，都可以在调度中心实现集中管控，且与现场仅有毫秒级的延迟。

通过应用软件平台与标准的通讯协议，可在各个独立的信息平台之间架起桥梁，实现各个平台之间的数据共享，从而解决了各信息系统之间互不相通的“信息孤岛”问题。将各信息平台采集来的数据，存放在综合管理平台的历史数据库当中，将形成非常重的数据档案库。

智能供热综合管理平台可根据每一个热电企业的具体运营方式、生产指标、工艺调节参数等为每个企业量身定制相应的数学模型，将各个信息平台采集来的数据通过数学模型的进行筛选分析，经过一定时间的积累即可形成具有战略意义的大数据。

通过对大数据的分析，不仅仅可以对企业运行中发生的种种问题进行回溯比对，形成各领域的经验；也可对企业的未来的生产发展、资金调配、节能减排、采购预算等提供指导性的数据基础。

5 结语

信息技术改进了传统供热企业生产运作方式，提高了工作效率，节省了人力、物力，同时也降低了能耗，减少了碳排放。以先进的计算机、网络技术为载体，配合强大的应用软件平台，将各个独立的信息系统有机地结合起来，运用物联网、云计算等技术，生成具有战略意义的大数据，在竞争日益激烈且复杂多变的市场环境下，信息技术将帮助供热企业改善管理与决策，并进一步增强企业的核心竞争力。