常世杰 吳桂云

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

0 引言

伴隨著房地產(chǎn)業(yè)的逐步興起和基礎(chǔ)建設(shè)體系的逐步完善，完成了鄉(xiāng)村到城市的跨越，為營造和諧安定的社會氛圍，提高人民幸福指數(shù)，城市熱網(wǎng)也隨之鋪設(shè)開來，成為社會未來發(fā)展?jié)摿Φ臉?biāo)志。

熱網(wǎng)體系隨城市規(guī)模的擴(kuò)大而擴(kuò)展、換熱站的分塊管理與管網(wǎng)設(shè)施的數(shù)據(jù)監(jiān)督使城市熱網(wǎng)的發(fā)展迎來新的挑戰(zhàn)。迫切需要一款熱網(wǎng)監(jiān)督管理平臺，將各個(gè)換熱站、各管網(wǎng)通道以及用戶站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理，可實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程管理，有效實(shí)現(xiàn)對熱網(wǎng)供熱溫度控制。因此，應(yīng)用組態(tài)王KingView軟件設(shè)計(jì)電腦端監(jiān)控界面，硬件采用PLC可編程邏輯控制器，通過流量、溫度傳感器測量各管網(wǎng)底層信息，上傳至PLC完成對供熱系統(tǒng)的控制，連接至組態(tài)王完成對數(shù)據(jù)的采集分析。便于遠(yuǎn)程操作熱網(wǎng)系統(tǒng)與熱網(wǎng)信息采集，降低熱網(wǎng)系統(tǒng)人力投入，對熱網(wǎng)系統(tǒng)檢修提供便捷，保障熱網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 城市熱網(wǎng)系統(tǒng)分析

城市熱網(wǎng)系統(tǒng)以集中供熱為主要形式，以熱電聯(lián)產(chǎn)為主要熱源，呈輻射狀向周邊供熱。城市熱網(wǎng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖如圖1所示。詳細(xì)劃分為集中熱源區(qū)、換熱區(qū)、溫控區(qū)、補(bǔ)水區(qū)與供熱區(qū)五大塊，熱源區(qū)以熱電廠為主，負(fù)責(zé)發(fā)電與供暖聯(lián)合。換熱區(qū)以換熱站為核心，為溫控區(qū)最主要的信息采集機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)一次管網(wǎng)供、回水溫度和流量、二次管網(wǎng)供、回水溫度和流量、補(bǔ)水與泄流的流量檢測等，換熱站中的換熱器是進(jìn)行熱量交換的主要場所。溫控區(qū)完成對整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的監(jiān)控與操作，實(shí)現(xiàn)底層信息采集，電磁閥開度的調(diào)節(jié)與整個(gè)系統(tǒng)的停啟。補(bǔ)水區(qū)負(fù)責(zé)維持管壓平衡與流失水分的補(bǔ)充。供熱區(qū)為用戶層，是熱網(wǎng)系統(tǒng)主要供熱對象。

2 熱網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能規(guī)劃

根據(jù)城市熱網(wǎng)系統(tǒng)分析，城市熱網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下功能：

1)可實(shí)時(shí)采集各站點(diǎn)檢測信息，并進(jìn)行分析記錄，可直觀呈現(xiàn)出城市熱網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對城市熱網(wǎng)設(shè)備及管網(wǎng)維護(hù)提供便捷。

2)可實(shí)現(xiàn)手動到自動的自由切換，自動運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)通過硬件PLC完成PID運(yùn)算，降低預(yù)設(shè)值與測量值之間的偏差，當(dāng)遇到突發(fā)事件時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況切換到手動運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施人工干預(yù)熱網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

3)可實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)處理并繪制出相應(yīng)變化曲線，可直觀觀察到溫度流量的變化趨勢，進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測與參數(shù)計(jì)算。

4)可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，對于超過理想設(shè)定值一定變化范圍時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警并閃爍，同時(shí)系統(tǒng)自動記錄對于時(shí)間節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)反應(yīng)狀態(tài)，并后臺自動生成文件，方便后期系統(tǒng)運(yùn)維檢查。

5)可實(shí)現(xiàn)在超高報(bào)警時(shí)，當(dāng)報(bào)警信息持續(xù)一定時(shí)間，無人響應(yīng)時(shí)實(shí)現(xiàn)自動切斷支路管網(wǎng)，停止該網(wǎng)段運(yùn)行狀態(tài)，提高熱網(wǎng)安全性與穩(wěn)定性。

2.2 建立監(jiān)控系統(tǒng)與硬件連接

系統(tǒng)上位機(jī)為計(jì)算機(jī)，界面展示為應(yīng)用組態(tài)技術(shù)的監(jiān)控管理平臺，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。上位機(jī)外設(shè)連接為打印機(jī)與聲光音響等設(shè)備，便于對組態(tài)采集到的數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行打印，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的聲光報(bào)警，具有較強(qiáng)警示作用。下位機(jī)采用PLC可編程邏輯控制器來控制流量電磁閥，通信模塊與溫度傳感器與流量傳感器相結(jié)合，完成系統(tǒng)底層的數(shù)據(jù)采集。

2.3 主界面

基于組態(tài)軟件的電腦端城市熱網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過與硬件建立連接協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與操作管理，頁面信息與按鍵匯聚在主監(jiān)控界面中，其他界面通過彈窗的形式展現(xiàn)。進(jìn)行主界面監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)系統(tǒng)功能規(guī)劃，初步確定整個(gè)監(jiān)控過程中所需變量，所需變量分配表如表1所示。

表1 組態(tài)系統(tǒng)變量表

熱網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)主界面如圖3所示。涉及手動操作到自動操作方式的切換、溫度變化曲線以及報(bào)警數(shù)據(jù)等按鍵功能，右上角時(shí)鐘可實(shí)時(shí)同步電腦端日期，將所有反應(yīng)數(shù)據(jù)及變量的變化展現(xiàn)在該界面中，每個(gè)數(shù)據(jù)均來自于位于熱網(wǎng)系統(tǒng)底層的檢測元件，準(zhǔn)確的記錄一次管網(wǎng)與二次管網(wǎng)的供、回水溫度和流量，流量的精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)保證了系統(tǒng)對熱量控制的準(zhǔn)確度。

在總熱量一定的前提下，通過PLC對一次管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)閥的控制進(jìn)而控制一次管網(wǎng)溫度，間接改變二次管網(wǎng)的溫度，在二次側(cè)溫度過高時(shí)，直接減小二次管網(wǎng)流量的開度，可實(shí)現(xiàn)對二次管網(wǎng)溫度的直接控制。界面上的四個(gè)指示燈反映出各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，綠色代表達(dá)到系統(tǒng)反應(yīng)要求，紅色表示系統(tǒng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)用戶層供熱不足，即熱負(fù)荷增大時(shí)，可開啟第二臺增壓泵，提高二次管網(wǎng)壓力，滿足供熱用戶的熱需求。

2.4 手動操作窗口

手動操作窗口具有相應(yīng)調(diào)節(jié)閥開度設(shè)置，手動操作彈窗界面如圖4所示。在自動操作被打斷后，通過手動操作實(shí)現(xiàn)各個(gè)站點(diǎn)之間的調(diào)節(jié)，此時(shí)PLC的PID調(diào)節(jié)不起作用，運(yùn)行狀態(tài)跟隨人工干預(yù)。通過操作員滑動實(shí)現(xiàn)對應(yīng)調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)，手動模式下需要人工實(shí)時(shí)監(jiān)督操作，能夠及時(shí)有效地對異常網(wǎng)段進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低熱網(wǎng)維護(hù)難度，提升熱網(wǎng)系統(tǒng)安全性與快速性。

2.5 溫度變化曲線

熱網(wǎng)運(yùn)行中，操作員如需了解用戶層溫度情況變化，可通過點(diǎn)擊主界面中“溫度變化曲線”，彈出溫度變化曲線窗口，室內(nèi)溫度變化曲線如圖5所示。溫度變化曲線反映出當(dāng)前熱網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，用戶室內(nèi)溫度的變化，直接關(guān)乎到用戶層體驗(yàn)，縱坐標(biāo)為溫度幅值，橫坐標(biāo)為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，為方便工作人員對數(shù)值讀取，在屏幕右側(cè)顯示當(dāng)前溫度具體數(shù)值。

2.6 報(bào)警數(shù)據(jù)

根據(jù)熱網(wǎng)工藝分析，確定熱網(wǎng)系統(tǒng)各個(gè)管網(wǎng)中溫度變化正常范圍，將熱網(wǎng)運(yùn)行控制在臨界變化范圍內(nèi)。在組態(tài)中對被限制變量設(shè)定變化范圍，當(dāng)被限制變量變化超出范圍將產(chǎn)生報(bào)警信息，提示工作人員對運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整或檢修。外設(shè)更高一級變化范圍，使得該范圍大于前一次設(shè)定范圍，但仍在臨界變化范圍以內(nèi)，目的是當(dāng)溫度變化超過初次給定范圍，持續(xù)一段時(shí)間后仍舊沒有操作人員處理時(shí)，根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)閥的自動關(guān)斷，代替人工人員候補(bǔ)操作，對產(chǎn)品安全具有雙重保障，避免安全事故的發(fā)生。報(bào)警窗口如圖6所示。對報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并在電腦后臺指定位置生成數(shù)據(jù)文件，該文件可作為日后系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)參考依據(jù)，數(shù)據(jù)中包含系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間與狀態(tài)，報(bào)警數(shù)據(jù)與報(bào)警類型，發(fā)生異常的變量前后數(shù)值變化。正常運(yùn)行時(shí)不顯示，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，恢復(fù)值無數(shù)據(jù)；系統(tǒng)正在恢復(fù)時(shí)，恢復(fù)值中對應(yīng)當(dāng)前調(diào)整的數(shù)據(jù)，以紅綠交替的形式展現(xiàn)，可及時(shí)顯示異常狀況的發(fā)生并預(yù)警系統(tǒng)異常變化，提高熱網(wǎng)系統(tǒng)安全性。

3 結(jié)語

通過應(yīng)用組態(tài)王軟件完成電腦端監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將硬件PLC與組態(tài)畫面建立連接，實(shí)時(shí)傳輸基層數(shù)據(jù)至電腦端實(shí)現(xiàn)基層數(shù)據(jù)采集，可直觀反映出熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)在組態(tài)中通過相應(yīng)算法進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)分析，使操作員對用戶溫度變化趨勢了如指掌，可根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)變化產(chǎn)生不同階級的報(bào)警信息，并在后臺將系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)保存。該平臺的設(shè)計(jì)，便于對熱網(wǎng)運(yùn)行狀況的監(jiān)督與統(tǒng)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域操作熱網(wǎng)不同網(wǎng)段運(yùn)行，對熱網(wǎng)后期運(yùn)行維護(hù)提供極大便利，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升用戶體驗(yàn)感，降低熱網(wǎng)系統(tǒng)的人力投入，具有較高的社會效益與推廣價(jià)值。