【摘 要】本文介紹了一種基于以太網(wǎng)實現(xiàn)對熱力站參數(shù)控制的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)結構、工作原理，著重論述了利用以太網(wǎng)實現(xiàn)熱力站遠程通信的方法，該方法已在實際中得到了廣泛的應用。

【關鍵詞】遠程監(jiān)控；熱力站；PID控制；以太網(wǎng)

0 前言

隨著社會的發(fā)展，集中供熱已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，其自動化程度也越來越高，尤其在無人值守的熱力站，可以遠程在線實時監(jiān)控熱力站的運行狀態(tài)、性能參數(shù)以及各種故障信息，同時主監(jiān)控室的工程師也可以通過遠程通信修改熱力站的保護以及控制參數(shù)，并方便的完成對熱力站的啟動、停機控制，熱力參數(shù)的修改等功能。

實現(xiàn)熱力站遠程控制的關鍵是通信，而隨著控制技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，以及上述三者之間的相互聯(lián)系依賴、相互滲透、相互促進使得網(wǎng)絡控制技術得到了快速的發(fā)展。在網(wǎng)絡控制協(xié)議、與局域網(wǎng)的無縫隙連接等技術優(yōu)點，以及在因特網(wǎng)中的廣泛應用，得到了開發(fā)人員和用戶的肯定。

1 系統(tǒng)遠程監(jiān)控功能要求

熱力站的遠程監(jiān)控功能要求如下：

1.1 遙測

熱力站的一次、二次供回水溫度，壓力；室外溫度；調節(jié)閥開度；電機頻率；一次、二次流量熱量等現(xiàn)場參數(shù)。

1.2 遙信

工作狀態(tài)、工作方式、故障信號、報警信號等。

1.3 遙控

開關系統(tǒng)、工作狀態(tài)轉換等。

1.4 保護及控制參數(shù)修改

超壓報警值、超溫報警值、二次壓差值、二次回壓定壓值等。

2 控制系統(tǒng)設計選型

本系統(tǒng)的設計選型主要是通信方式、本機控制系統(tǒng)（發(fā)送端）和遠程顯示控制系統(tǒng)（接受端）三個方面。

2.1 通信傳輸方式

本系統(tǒng)應用于熱力站遠程監(jiān)控系統(tǒng)的通信傳輸方式主要是以太網(wǎng)通信。

以太網(wǎng)是一種計算機局域網(wǎng)技術。IEEE制定的IEEE802.3標準給出了以太網(wǎng)的技術標準，規(guī)定了包括物理層的連線、電信號和介質訪問層協(xié)議的內容。工業(yè)以太網(wǎng)總線和局域網(wǎng)采用同一的TCP/IP協(xié)議，可以直接和局域網(wǎng)的計算機互聯(lián)而不需要額外的硬件設備，方便數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)的共享，可以和現(xiàn)有的基于局域網(wǎng)的ERP數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)無縫隙連接。

2.2 本機控制系統(tǒng)（發(fā)送端）

基于熱力站遠程遙控功能要求復雜、可靠性高的特點，經(jīng)過多種技術方案的類比，選用西門子ACX32.000和與之配套的以太網(wǎng)通訊卡（ACX52.22）作為本機的控制通信單元。

2.3 遠程顯示控制系統(tǒng)（接收端）

選用PC（帶有以太網(wǎng)通信卡）作為遠程顯示控制單元，其基本配置：

1）操作系統(tǒng)：Windows2000 SP3以上，Windows XP等，MSDE Server

2）10GB可用空間，1GB RAM

3）700MHZ以上Pentium

3 熱力站硬件設計

3.1 熱力站總體結構設計

熱力站由循環(huán)泵、補水泵、流量計熱量計、變頻器、現(xiàn)場測量儀表、換熱器、控制器ACX32.000、網(wǎng)絡等組成。

3.2 熱力站控制及采樣

熱力站的核心單元是控制系統(tǒng)，主要是ACX32.000可編程控制器、模擬量模塊，數(shù)字量模塊、以太網(wǎng)通信器（以太網(wǎng)卡）、壓力溫度傳感器（或變送器）和執(zhí)行元件等組成。其中控制器ACX32.000與數(shù)字量模擬量模塊、以太網(wǎng)卡通過電路板連接，以太網(wǎng)卡與遠程計算機通過網(wǎng)絡完成以太網(wǎng)網(wǎng)絡連接。

其基本工作原理是：將熱力站的現(xiàn)場參數(shù)，例如壓力、溫度、頻率等作為模擬信號輸入控制器；電機的啟停信號作為數(shù)字信號輸入控制器。在控制器內部，通過編程設置，各種參數(shù)被內置軟件比較，運算處理，顯示熱力站各種設備的工作參數(shù)，判斷機組的工作狀態(tài)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)不斷的發(fā)送、接受到上位機上。主監(jiān)控室的工程師實時監(jiān)控熱力站的運行情況，實時做出準確的調整。

3.3 熱力站控制策略

3.3.1 控制回路

所有控制回路均為PID控制回路，通過控制面板輸入設定值，PID值可有工程師根據(jù)實際情況實時修改。

1）二次供水溫度控制（調節(jié)閥開度控制）

控制調節(jié)閥開度的目的是將二次溫度恒定在二次供水溫度設定值，確保用戶對室內溫度的要求。溫度控制是熱力站的主要控制功能，有手動與自動控制兩種方式。

（1）手動方式：二次供水溫度設定值由工程師通過控制面板手動設定。

（2）自動方式：二次供水溫度設定值通過室外溫度曲線確定。

過程值：二次供水溫度；

設定值：二次供水溫度設定值；

輸出：調節(jié)閥開度。

2）二次壓差控制（循環(huán)泵控制）

二次壓差控制是通過控制循環(huán)泵裝束來實現(xiàn)最不利端用戶提供足夠的壓力的目的。該項目有兩臺循環(huán)泵，當一臺循環(huán)泵提供的供水壓力達不到供熱要求時，備用泵將會自動啟動。

過程值：二次供回水壓差；

設定值：二次供回水壓差設定值；

輸出：循環(huán)泵啟停、轉速。

當二次供水壓力超過高限時，水泵將由壓差控制模式切換為壓力控制模式，以防止壓力過高，產(chǎn)生危險。

過程值：二次供水壓力；

設定值：二次供水設定值；

輸出：循環(huán)泵啟停、轉速。

2）二次回水壓力控制（補水泵控制）

該功能主要是為循環(huán)泵的運行提供的初始壓力，功能是控制補水泵運行保證二次回水壓力在設定值附近。

過程值：二次回水壓力；

設定值：二次回水設定值；

輸出：補水泵啟停、轉速。

3.3.2 安全保護功能

1）調節(jié)閥和循環(huán)泵互鎖

功能：防止換熱器在沒有二次水循環(huán)產(chǎn)生高溫而損毀的危險，當循環(huán)泵停止運行時，控制器關閉調節(jié)閥。

2）二次回壓低壓和循環(huán)泵互鎖

功能：當二次回水壓力低于二次回水壓力低限時，顯示報警信息，停止循環(huán)泵。

3）水箱液位低和補水泵互鎖

功能：當水箱液位低于液位低限時，顯示報警信息，停止補水泵。

4）二次供水溫度高限和調節(jié)閥互鎖

功能：當二次供水溫度傳感器損毀或二次供溫超溫時，關閉調節(jié)閥。

5）二次供壓高高限互鎖

功能：當二次供水壓力超過高高限時，控制器將會停止整個自控系統(tǒng)的運行，并顯示報警信息。

6）二次回水壓力低低限互鎖

功能：當二次回水壓力低于高高限時，控制器將會停止整個自控系統(tǒng)的運行，并顯示報警信息。

3.3.3 系統(tǒng)運行控制

1）首次啟動

當控制器得電以后，控制器內的程序將自動運行。首次啟動控制器前，工程師須保證無報警發(fā)生且參數(shù)設置正常。

2）系統(tǒng)啟動與停止

（1）通過“系統(tǒng)重啟”啟動停止

如果出現(xiàn)重大報警，安全保護功能將停止系統(tǒng)運行。工程師在確認并消除報警后，修改參數(shù)以重啟系統(tǒng)。

（2）通過“系統(tǒng)啟停”啟動停止

“系統(tǒng)啟?！笔窍到y(tǒng)的啟停開關，工程師可以通過該參數(shù)控制系統(tǒng)運行與停止。

3.4 熱力站故障診斷與排除

3.4.1 控制器的硬件故障信息可有控制器上的指示燈顯示。

3.4.2 工程師可以通過控制面板查看故障信息并排除。

4 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)軟件分為以太網(wǎng)組態(tài)、本機控制軟件（下位機：PLC編程），用于ACX32.000的PLC的OPC Server（服務器）軟件和計算機控制軟件四部分。

各部分的主要控制作用如下：

4.1 以太網(wǎng)組態(tài)

實現(xiàn)ACX32.000與PC機的以太網(wǎng)通信。

4.2 本機（ACX32.000）控制軟件

完成對熱力站參數(shù)的采集、運算，判斷以及控制。

4.3 OPC Server（服務器）軟件

向客戶端提供熱力站數(shù)據(jù)信息。

4.4 工程師計算機

作為遠程監(jiān)控單元，實現(xiàn)對熱力站的遙控。

4.5 保護子程序

對換熱機組的壓力、溫度、頻率等信號進行采樣；根據(jù)采樣值和保護設定值的比較判斷，發(fā)出機組保護信號。例如報警。

5 結束語

本系統(tǒng)的OPC Server，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)了對熱力站的遠程監(jiān)控，以及現(xiàn)場參數(shù)的遠程修改控制。該技術已在熱力站、電站等領域得到了廣泛的應用，前景十分廣泛。

【參考文獻】

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[責任編輯：王迎迎]