西安航天自動(dòng)化股份有限公司　嚴(yán)勇鋒

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淺談智慧熱網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展需求和架構(gòu)

西安航天自動(dòng)化股份有限公司嚴(yán)勇鋒

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和城市公用事業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)方式的城市熱網(wǎng)建設(shè)和管理已難以滿(mǎn)足社會(huì)的需求，需要城市熱網(wǎng)的建設(shè)和管理能夠結(jié)合信息技術(shù)，發(fā)展成為智慧型熱網(wǎng)。本文針對(duì)多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，分析了智慧熱網(wǎng)的需求性，并介紹了智慧熱網(wǎng)的系統(tǒng)和物理架構(gòu)。

1　智慧熱網(wǎng)的需求性分析

1）發(fā)展規(guī)劃專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)需求

依據(jù)采集的熱源、換熱站、熱用戶(hù)的參數(shù)數(shù)據(jù)，以及網(wǎng)損分析結(jié)果，分析變化趨勢(shì)，為科學(xué)制定熱網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃和年度用熱計(jì)劃提供依據(jù)，并依據(jù)實(shí)時(shí)水壓圖、溫度流量分布圖、趨勢(shì)發(fā)展分析為換熱站的拓展及規(guī)劃建設(shè)提供依據(jù)，從而為進(jìn)一步優(yōu)化資源配置，提高熱網(wǎng)輸送能力，平衡管網(wǎng)水力工況，為熱網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

2）財(cái)務(wù)、金融專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)需求

通過(guò)熱計(jì)量表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳集抄系統(tǒng)和營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)獲得熱用戶(hù)用熱信息以及對(duì)熱源參數(shù)及網(wǎng)損等參數(shù)的掌握，從而核算出用熱成本信息，為實(shí)施熱計(jì)量收費(fèi)的熱價(jià)測(cè)算與動(dòng)態(tài)評(píng)估提供支持，為熱計(jì)量收費(fèi)熱價(jià)政策制定及各種熱價(jià)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)加強(qiáng)供熱系統(tǒng)各過(guò)程設(shè)備運(yùn)行規(guī)范化管理，可提高熱電公司資產(chǎn)管理能力。

3）供熱交易專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)需求

供熱交易專(zhuān)業(yè)需要掌握各熱電廠(chǎng)的各自供熱指標(biāo)信息，為熱量結(jié)算提供依據(jù)，系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)提供各熱源供暖期準(zhǔn)確每月、每日熱量及供暖期總熱量，各熱源關(guān)口壓力、溫度、流量、各熱源補(bǔ)水量等因素等信息，實(shí)現(xiàn)熱量及補(bǔ)水量的自動(dòng)結(jié)算。

供熱交易專(zhuān)業(yè)還可根據(jù)熱用戶(hù)的需求預(yù)測(cè)分析，制定科學(xué)合理的月-日-時(shí)熱量、關(guān)口壓力、溫度、流量計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)按需供熱的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。

4）安全監(jiān)察專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)需求

安全監(jiān)察專(zhuān)業(yè)需掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及熱網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以對(duì)事故調(diào)查和溯源提供依據(jù)。該系統(tǒng)的實(shí)施能為安全監(jiān)察專(zhuān)業(yè)提供真實(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，提高事故分析的準(zhǔn)確性。

5）信息化專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)需求

信息化中心和業(yè)務(wù)應(yīng)用需要大量的數(shù)據(jù)支撐，系統(tǒng)“全覆蓋、全采集” 的建設(shè)能為其提供及時(shí)、完整、準(zhǔn)確、唯一的數(shù)據(jù)，加快推進(jìn)信息化工程建設(shè)進(jìn)程，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的集成共享及輔助分析決策奠定基礎(chǔ)。

6）有序用熱精細(xì)化管理需求

通過(guò)智慧熱網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)，可以得到大量的供熱系統(tǒng)各過(guò)程數(shù)據(jù)，從而為生產(chǎn)管理人員進(jìn)行熱用戶(hù)用熱需求分析、熱網(wǎng)供熱能力分析、多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行資源優(yōu)化配置運(yùn)行分析等提供有利的數(shù)據(jù)支撐，從而使有序用熱精細(xì)化管理的實(shí)施成為可能。

7）設(shè)備運(yùn)行管理需求

通過(guò)智慧熱網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)可以根據(jù)各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)判斷設(shè)備的運(yùn)行情況，從而為供熱設(shè)備的檢修、故障處理、預(yù)報(bào)警節(jié)省了時(shí)間，從而可以建立完善的設(shè)備運(yùn)行管理制度，保證了供熱系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

綜上所述，智慧熱網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)是必要的，同時(shí)也是供熱公司的發(fā)展趨勢(shì)。

2　系統(tǒng)架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，熱網(wǎng)需采用質(zhì)量并調(diào)的運(yùn)行模式。變流量運(yùn)行的調(diào)節(jié)技術(shù)比簡(jiǎn)單系統(tǒng)模式和質(zhì)調(diào)節(jié)復(fù)雜，人工操作的調(diào)節(jié)控制難于達(dá)到節(jié)能目的。

作為節(jié)能型集中供熱系統(tǒng)的重要組成部分，智慧熱網(wǎng)平臺(tái)由現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備、采集設(shè)備、通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)軟件等無(wú)縫集成，自動(dòng)化程度高，能夠大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高熱效率，節(jié)約能源，有效降低供熱成本。

智慧熱網(wǎng)平臺(tái)由五部分組成：

1）感知層（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層）

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層由熱源、換熱站、管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)需要采集實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)或進(jìn)行就地控制的設(shè)備組成。供熱公司應(yīng)在熱網(wǎng)總出口、管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)、換熱站內(nèi)、樓棟前等各個(gè)重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝熱量表，這樣就可以得出熱源供熱的綜合效率以及平均管網(wǎng)輸送效率，以便及時(shí)的發(fā)現(xiàn)供熱系統(tǒng)浪費(fèi)能源的地方，及時(shí)的維修和優(yōu)化改進(jìn)，促進(jìn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。

2）采集層

智慧熱網(wǎng)平臺(tái)是分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，即調(diào)度中心與就地采集控制器分工協(xié)作進(jìn)行監(jiān)控，站內(nèi)供熱量的自動(dòng)調(diào)節(jié)決策功能完全“下放”給就地的智能控制器，調(diào)度中心只負(fù)責(zé)全網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)視以及總供熱量、總循環(huán)流量的自動(dòng)調(diào)控。在這種情況下，即使調(diào)度中心和站內(nèi)控制器通信中斷，站內(nèi)控制器依然按照預(yù)先設(shè)定的控制方式和控制參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制（比如一次回溫的溫度曲線(xiàn)、閥門(mén)定值等）。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，控制器會(huì)將斷線(xiàn)期間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)發(fā)送到調(diào)度中心。熱源總出口和管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)采集器的主要任務(wù)是采集就地?zé)岜砗凸艿缐毫?shù)據(jù)，不具備控制功能。

3）網(wǎng)絡(luò)層（通訊信道層）

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層與上位智慧熱網(wǎng)平臺(tái)層通過(guò)通訊信道層進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向交換。汽-水換熱站可配備監(jiān)控?cái)z像頭設(shè)備，視頻數(shù)據(jù)采用ADSL/3G通訊鏈路與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)通訊，汽-水換熱站運(yùn)行數(shù)據(jù)利用ADSL/CDMA/GPRS通訊鏈路與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)通訊；水-水換熱站可不配備監(jiān)控?cái)z像頭，數(shù)據(jù)采用ADSL/CDMA/GPRS通訊鏈路與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)通訊。通訊信道層由公用通訊服務(wù)商提供并維護(hù)，可以確保通訊網(wǎng)絡(luò)的暢通和穩(wěn)定數(shù)據(jù)層（接收、存儲(chǔ)、發(fā)布）。

數(shù)據(jù)層對(duì)接收到的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與驗(yàn)證，對(duì)符合協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)整理，并存儲(chǔ)在安全可靠的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。發(fā)布系統(tǒng)通過(guò)嚴(yán)格的身份認(rèn)證對(duì)使用者開(kāi)放數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。

4）訪(fǎng)問(wèn)層（監(jiān)控分析與經(jīng)營(yíng)決策層）

系統(tǒng)使用者通過(guò)智慧熱網(wǎng)平臺(tái)完成數(shù)據(jù)的收集、控制、統(tǒng)計(jì)、分析、總結(jié)，并根據(jù)分析、總結(jié)的智慧熱網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層各就地設(shè)備的運(yùn)行，從而完成智慧熱網(wǎng)平臺(tái)的各種控制功能。使用者可以通過(guò)工程師站、平板電腦、智能手機(jī)等設(shè)備隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)獲取所需信息或進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，同時(shí)系統(tǒng)也可將關(guān)鍵數(shù)據(jù)和畫(huà)面通過(guò)大屏幕及LED屏幕進(jìn)行顯示。

3　物理架構(gòu)

系統(tǒng)物理架構(gòu)是指智慧熱網(wǎng)平臺(tái)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)成，從物理設(shè)備的部署層次和部署位置上給出形象直觀(guān)的體現(xiàn)。智慧熱網(wǎng)平臺(tái)從物理上可根據(jù)部署位置分為調(diào)度中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、換熱站（管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)和熱源總出口）三部分，其中調(diào)度中心上位系統(tǒng)建議單獨(dú)組網(wǎng)，與客服系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)和其它應(yīng)用系統(tǒng)等采用防火墻進(jìn)行安全隔離。

智慧熱網(wǎng)平臺(tái)物理架構(gòu)如下：

1）調(diào)度中心主要由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、接收服務(wù)器、接口服務(wù)器、WEB服務(wù)器、視頻服務(wù)器、操作員站、工程師站、大屏幕、企業(yè)級(jí)防火墻、智能交換機(jī)以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。

2）通訊網(wǎng)絡(luò)是指調(diào)度中心接收服務(wù)器與控制采集終端之間的遠(yuǎn)程通信信道，主要包括GPRS/CDMA/3G無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)信道，ADSL有線(xiàn)公用信道。

3）換熱站除基礎(chǔ)設(shè)備外，還應(yīng)包括智能控制器、一次網(wǎng)熱量表、二次網(wǎng)分支熱量表、室外溫度傳感器、溫度和壓力測(cè)點(diǎn)、一次側(cè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、二次網(wǎng)循環(huán)水泵以及二次網(wǎng)定壓補(bǔ)水泵、變頻器和視頻攝像頭等設(shè)備組成。

4）管網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)和熱源總出口必須安裝熱量表和壓力測(cè)點(diǎn)。

5）由于二次網(wǎng)的最不利點(diǎn)是動(dòng)態(tài)變化的，對(duì)于變流量的熱計(jì)量系統(tǒng)這個(gè)特點(diǎn)更明顯，所以為了最大程度的消除二次網(wǎng)熱力和水力平衡問(wèn)題，必須在樓前安裝樓棟熱表，在增加樓棟熱表的前提下，再增加自立式壓差閥或者遠(yuǎn)控調(diào)節(jié)閥，不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量還能進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4　結(jié)束語(yǔ)

總之，熱網(wǎng)的智能化是大的發(fā)展趨勢(shì)，供熱企業(yè)應(yīng)當(dāng)著眼于未來(lái)，重視熱網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展新動(dòng)向，盡早建立一套合理、完善的智慧型熱網(wǎng)，提高供熱效能。希望此次理論研究可以起到拋磚引玉的作用。