A dispatching monitor and control system for use with the weihuling heating-net
J IANG Feng1 ,YUAN Jun1 ,YANGJian-yu2
(1.Urumchi Heating Power Company , Urumchi 830002 , China ;2.XY2TZ Autocontrol Engineering Co. Ltd. , Xipan 710068 , China)
Abstract :This paper presents a monitor and control system used in the Weihuliang heating-net that includes computer workstations and programmable computer controllers. The exit-temperature and cycle flow dispatched by stages from a heat source factory on the basis of outdoor temperature to control the whole heating-net system. The function F and smart PID can control the temperature and the cycle flows of the quadratic water ,thus keeping the quadratic heating2net supplying properly under control .
Key words :Heating-net ;PPC;Dispatching monitor and control system;Dispatched by stages ;F function ;Smart-PID

　　葦湖梁發電廠為我國第一個五年計劃期間蘇聯援建的中溫中壓發電廠, 1994 年改建為熱電廠。2000 年擴建供熱網,總計劃建設43 個熱力站,一期共建設13 個熱力站,供熱網熱源由電廠及調峰鍋爐共同承擔完成,采用由PCC 可編程計算機控制系統及HP 工作站組成SCADA 計算機調度監控系統。

1 　微機監控調度系統的組成
　　葦湖梁熱網微機監視調度系統如圖1 —1 所示,由SCC 監控中心及43 個LCM熱力站本地控制站組成。SCC 包括HP 網絡服務器、操作員站、工程師站、通訊前端機,用以太網構成局域網。各熱力站采用奧地利B&R PCC 可編程計算機控制器進行就地控制,通過市公用電話網絡構成地域分散的局域網。
設計系統時充分考慮了開放性(采用標準化總線、實時多任務系統及高級語言) 、易擴展性(硬、軟件模塊化結構) 、易維護性(帶電插拔硬件、在線更新調試程序) 。

圖1 —1 　葦湖梁熱網監控系統圖

2 　微機監控系統的功能
2.1 　分控中心SCC
       SCC 監控中心依據各熱力站的壓差及溫度信號,控制主循環泵;并依據室外溫度的高低對各熱力站的換熱器進行溫度設定,從而保證熱力網用戶的室內溫度達到規定要求。SCC 的計算機網絡基于“客戶機———服務器”的結構,服務器連續運行,主要完成數據接收、處理及指令發布工作,并及時響應來自客戶機的服務請求。
      監控中心工作站用于數據管理、存儲和計算,并對計算機系統進行管理。操作員站用于監視和管理整個熱網系統,為操作員提供人機界面。工程師站主要用于系統的仿真,工況計算,控制參數的計算,故障分析和診斷及管道的堵、漏分析,并將分析和計算結果報告給操作員站,提示操作員進行正確的操作和判斷。投影儀用于顯示運行參數和畫面,使熱網工藝流程和參數顯示更加直觀。
     在使用微機監控調度系統后,各熱換站實現無人執守,監控中心設有專人24 小時值班,監視各熱力站的運行狀況,監控中心通過調制解調器(MODEM) 與各熱力站進行數據交換,及時收集各熱力站的運行數據,并對數據進行存儲、分析、打印等,監控中心根據運行工礦進行優化調度。在一段時間內,當主熱源不能滿足用戶需求的情況下,由監控中心分配各熱力站所需熱量并確定運行方式,平衡全網供熱需求,保證區域內供熱系統的安全、合理、經濟地運行,操作站是人機對話的關鍵環節,它以其高可靠的硬件及優良的軟件為優化過程操作和避免誤操作提供了可能。
具體實現下列功能:
* 　數據采集:按照操作員指定或系統默認巡檢方式,對各監測點進行數據采集。
*　系統組態:對系統中LCM的測控參數的種類、數量、參數名稱、限值等內容進行設置。
* 　顯示:系統總體顯示、主要測點參數動態顯示、指定測點詳細工藝流程及狀態參數顯示。
* 　打印: 各站指定或全部參數的日、月、年及一時間段報表,系統運行狀況表。
* 　數據管理:各種數據按種類存入各數據庫,對數據進行查詢、檢索、統計、制表和繪圖。
* 　報警及故障處理:對報警信號顯示、標示、打印、參數超限時,記錄于數據庫。
*　 數據通訊:發送數據及發送控制指令、接收數據及接受控制指令、糾錯、檢錯。
2.2 　就地監控站LCM
      由可編程控制器PCC 構成的LCM 就地監控站如圖2—1 所示,它負責獨立完成該供熱小區運行參數的采集、監測及自動控制,通過自動調節來滿足該小區供熱需求,同時接受SCC 指令,向上傳送有關數據,在正常運行狀態下,各熱力站自成系統,即使監控中心或通訊發生故障,各熱力站的PCC 仍可正常運行,并按照SCC 站預設的參數進行自動調節,當主熱源不足時,SCC 向各熱力站發出限
制熱量的比例參數,各熱力站通過該參數自動調節,從而達到整個管網的熱力平衡,當室外溫度小于-10 ℃時,主熱源嚴重不足的情況下,入戶水溫已不能達到設計要求,此時監控中心將通知啟動調峰鍋爐聯網運行。具體完成以下控制:
* 　一次水進/ 出口監控:差壓控制、流量控制、回水溫度限制、能量計量、監測顯示及超限報警。
* 　采暖系統監控:
根據計算的設定點完成溫度控制。

其中； tn —室內設計溫度； t′g —二次供水溫度給定計算值；tg —設計二次供水溫度； th —設計二次回水溫；t′h —二次回水溫度給定計算值； th —設計二次回水溫度；tw —冬季室外計算溫度； t′w —冬季室外平均溫度; B —放散系數。
———根據固定的溫度設定完成溫度控制。
———根據供、回水溫度曲線完成溫度控制。
———完成控制參數的設定計算,完成固定的設定點,完成曲線方式設置設定點。
———采暖二次系統變頻調速調壓控制。
———監測顯示一次回水溫度,二次供水溫度,二次回水溫度,采暖系統循環泵吸入壓力,變頻泵狀態(起/ 停,泵速,故障報警) 。

2.3 　通訊機管理SCC 和LCM的有線通訊
      中央監控室配置B&R2005 可編程計算機控制器,具備高速以一個以太網接口和3 個RS232 接口作為前端通訊機。前端通訊機掛接在中央監控室的局域網上,通過以太網與網絡服務器及監控中心的其它設備交換信息,3 個RS232 接口配備3 個調制解調器,分別3 路連接市話網絡。各就地控制站LCM配備2 個RS232 接口,其中一路通過調制解調器接市話網絡。前端通訊機對系統全部就地控制站分3 組進行輪詢,發送操作員站和工程師站的命令,接收各站的運行參數。必要時,各就地控制站LCM也可以向前端通訊機發送通訊請求,傳送信息。

3 　微機監控系統的方案實施
　　目前國外流行的是根據二次網的供水溫度調節一次網流量,進而控制二次網供熱量。然而二次網的供熱量主要與循環流量和二次供水溫度相關,是兩參量的調控系統。
3.1 　熱網調度控制方案:
       采用電廠出口溫度分段調度控制方案。一次管網采用不同溫度下的流量調節,調度控制考慮3 個條件:電廠循環泵最大調節能力,保證熱力公司提供的管網最不利點的最小壓差,管網允許的最大供水壓力和回水壓力。電廠出口處的工況為一路DN900的供水及回水管線,輸送介質為熱水,供水最高溫度為130 ℃, 工作壓力為2.5 MPa , 回水最高溫度為70 ℃。SCC 監控中心接收LCM 的工況信息,協調中央控制系統,調節電廠出口溫度和回水溫度。
3.2 　熱換站控制方案:
      室外溫度采集及計算暫按12 小時滾動平均值和室外溫度預測編制軟件, 二次水溫度給定按
100 %的定流量的質調節和分段改變流量的質調節兩種方法調節,并可切換使用。
*  一次水的調節
     熱力站基于對一次水的流量控制,調節二次水的水溫,熱力站一次入口處安裝自力式差壓調節閥PCV001 ,控制熱力站的入口差壓,以保證熱力站各一次分支系統的穩定運行。
同樣,熱力站基于對一次水的流量控制,調節二次水的水溫。在一次水出口安裝自力式流量限制FCV001 ,使熱力站的流量運行在規定的范圍內,以提高整個管網平穩運行。特別是對管網近端用戶的流量限制,使后端熱用戶流量得到提高。
自力式流量限制FCV001 同時具有溫度限制功能,當回水超限時,將回水溫度控制在規定的范圍
內。這樣帶來的效果是節約了能源,提高了負荷開發能力。
*  二次水的調節
    二次網的供熱量主要與循環流量和二次供水溫度相關,首先計算出根據室外溫度分區段的階梯流量給定值,控制循環泵在各區段內恒速。為此建立一個綜合函數F( t , f , p) ,根據室外溫度、一次供水溫度、一次回水溫度、一次供水壓力、一次回水壓力、二次供水溫度、二次回水溫度等參數計算二次水溫給定值和二次水循環泵階梯恒速<