發布日期:2022-04-27 點擊率:135
一、監控系統組成
SCADS監控系統由三部分組成:
——監控中心(MCC)
——遠程終端站(RTU)
——通信系統(包含熱網MCC與熱源控制中心之間的通信。)
該系統的實施,可將現場的運行數據、報警信號實時的傳送到監控中心,監控中心下達控制指令指導熱力站運行并將預測熱負荷經通信網絡傳至熱源控制中心,指揮生產滿足按需供熱的要求,從而達到全網的優化運行、節能降耗的目的,并且實現熱力站運行的無人值守。
二、監控系統結構
1、北區的監控系統,由監控中心(MCC)和27個遠程終端站(RTU)以及無線通信網絡組成。
2、監控系統為B/S(瀏覽器/服務器)結構。采用工業標準以太網(Ethernet)將3臺操作員站、1臺工程師站、2臺服務器和系統外設等經網絡設備交換機(Switch)連接起來構成一個廠級局域網(LAN)。局域網通過無線通信方式的網絡設備(如Router)與廣域網(WAN)聯接,實現監控中心MCC與現場級的遠程終端站RTU的數據通信。
3、遠程終端(RTU)通過無線公共通信網與監控中心(MCC)實現實時通信、數據傳輸。監控中心采集過程數據,并提供操作指導、控制、管網分析、故障診斷、報警、報告、歷史數據處理,趨勢顯示等主要功能。
4、監控中心(MCC)與熱源控制中心,經通信網絡與相關通信設備(Modem)相連。將全熱網的熱負荷變化情況,由熱網監控中心MCC傳給熱源的控制中心,以此作為熱源負荷調節的依據。
三、監控系統配置
1、 SCADA系統必須采用可靠的、成熟的工業級組態軟件,采用32位技術和工業控制標準Windows NT/2000 Ethernet標準通信協議,該系統和其他系統可兼容并具有擴展性。
2、SCADA系統的監控中心包括:2個冗余服務器、1個工程師站和3個操作員站,服務器通過GPRS無線網絡與現場RTU實現通信。
3、服務器包括數據庫、趨勢、日志圖形和熱源運行的主要信息。
4、服務器通過Ethernet LAN和工程師站、操作員站相連。采用服務器上的數據更新顯示。
5、服務器冗余配置,一臺故障時,備份服務器自動替代,備份服務器用最近數據更新。
四、監控系統功能
1、監控中心功能
a)實時監測熱網運行狀態,運行參數的設定,負荷預測,運行分析以及調度熱源實現全網的供熱均衡;
b)可通過網絡瀏覽器在所需地點實現所有監控管理功能,遠程訪問與參數瀏覽;
c)提供對運行分析和參數預測所需的各種溫度、壓力和流量分配的圖表以及生成標準的水壓圖,對同類參數進行分析比較;
d)監控中心統一發送室外溫度指導各熱力站的優化運行;
e)實時接收各熱力站的報警信息,提示操作人員進行報警處理。記錄報警信息,形成報警日誌;
f)顯示工藝流程圖畫面及動態運行參數,根據用戶權限管理的不同,可對現場進行遠程控制和參數設定調整;
g)熱力站數據監測和企業的信息管理系統相融合;
h)形成日、周、月等多種報表格式,并對所有熱力站的重要參數匯總報表;
i)收集數據信息建立歷史數據庫和管理數據庫。
★本期工程每個網的監控中心(MCC)分別管理27個遠程終端站(RTU),每個系統應按50 座熱力站的擴展能力設計,即系統應能支持不少于50個熱力站的連接。
2、遠程終端站組成和功能
a)遠程終端站(RTU)組成
——遠程終端站(RTU)由具有測控功能的控制器和通信系統組成。它通過與其相連接的現場儀表和執行機構完成對熱力站的數據采集、控制和調節等任務。
b)主要監控功能
——控制器(或RTU)具有調節和采集過程參數的功能,如一、二級網供回水溫度、壓力和一級網的熱量/流量、二級網的流量、補水流量以及室外溫度等。將監測結果傳送至熱網監控中心MCC。
——應能根據室外溫度制訂向用戶提供熱負荷目標值。
——人機界面,操作單元屏幕顯示。
——備用電源(UPS),控制器帶有備用電源,在主電源掉電后,它能夠維持控制器運行,同時控制器向監控中心發出掉電報警信息。
c)節能功能和優化控制
——一級網的最大流量限制
——一級網的最大熱量限制
——一級網的回水溫度限制
——一、二級網回水溫差限制
——根據室外溫度——熱負荷曲線,調節二級網供熱負荷
——根據二級網回水壓力,控制補水泵轉速
——根據二級網供回水壓差,控制循環水泵轉速,以保證熱網的水力、熱力平衡,達到節能、高效最優化運行。
——二級網供水溫度超高報警、聯鎖功能。
——二級網回水壓力過低,自動開放補水功能以及補水箱液位的監測等。
五、通信系統
1、監控中心服務器通過寬帶ADSL專線Internet公網接入,中心提供固定的IP地址;
2、各站點(RTU)通過各自的F2103 GPRS DTU連接到監控中心服務器,DTU通過軟件配置監控中心的IP及端口后自動工作。
F2103 GPRS DTU技術特點
F2103 GPRS DTU采用高性能嵌入式處理器,以實時操作系統為軟件支撐平臺,內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧。為用戶提供高速,穩定可靠,數據終端永遠在線,多種協議轉換的虛擬專用網絡。針對網絡流量控制的用戶,產品支持語音,短信,數據觸發上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數據中心備份,以及多數據中心同步接收數據等功能。公司產品已廣泛應用于金融,水利,環保,電力,郵政,氣象等行業。
無線參數
l 支持EGSM900/GSM1800無線網絡
l GPRS multi-slot class 10
l 編碼方案:CS1~CS4
l 符合SMG31bis技術規范
l Compliant to GSM phase 2/2+
l 支持數據和短信功能
硬件系統
l 高性能RISC 嵌入式處理器,主頻100M,512K FLASH。
l 接口:
同時支持RS232/RS485串口。串口速率110~230400bits/s。
指示燈:具有電源、通信及在線指示燈。
天線接口:標準SMA陰頭天線接口,特性阻抗50歐。
SIM卡接口:3V/1.8V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口:標準的3芯火車頭電源插座。
l 供電:
外接電源:DC 12V 500mA
寬電壓供電:DC 5-35V
通信電流:<250mA (12V)
l 無線模塊
采用高性能工業級GPRS無線模塊
l 尺寸
外形尺寸:91x58.5x22 mm(不包括天線及固定件)
l 其他參數:
工作環境溫度-25~+65oC
儲存溫度-40~+85oC
相對濕度 95%(無凝結)
軟件功能
l 智能防掉線,支持在線檢測,在線維持,掉線自動重撥,確保設備永遠在線。
l 支持RSA,RC4加密算法
l 支持虛擬數據專用網(APN)
l 透明數據傳輸與協議轉換,支持多種工作模式
l 支持數據中心動態域名和IP地址訪問
l 支持雙數據中心備份
l 支持多數據中心
l 支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接。
l 支持短消息備份及告警。
l 多重軟硬件看門狗
l 數據包傳輸狀態報告。
l 標準的AT命令界面
l 可以用做普通撥號MODEM
l 支持telnet功能。
l 支持遠程配置,遠程控制
l 通過串口軟件升級
l 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統
3、只有當進行數據傳輸時, DTU才自動連接到網上(DTU數據觸發功能)。
4、RTU可以根據實際情況靈活設置采集和傳輸時間。
5、系統具有精確的時鐘校對功能。
6、提供通信軟件。
7、應能提供遠程系統診斷和修復功能。
六、SCADA系統軟件
系統軟件組成:
監控系統軟件、熱網水力平衡分析軟件、模擬仿真系統和熱網地理信息系統以及通訊管理軟件等。
1、監控系統軟件:
——時實在線的“監控與管理”、“診斷與報警”、“采集與報表”、“用戶管理”、“系統查詢”和“網絡發布與通訊”軟件等。
——系統軟件本身必須是真正的32位應用程序,不得采用運行在32位平臺上的16位系統軟件。
——系統的操作員站應為Windows NT或最新版本平臺上運行,具有中文界面。
2、熱網水力平衡分析軟件
包括熱負荷的“預測與規劃”、“分析與診斷”、“調節方案制定”、“技術方案優化”、“改造方案制定”和“熱網規劃和設計”等。專用計算分析監控系統熱網軟件是監控系統的核心,用于對熱網的平衡分析管理和控制,用科學管理方法解決熱網的水力失調和熱力均衡問題。
3、地理信息系統軟件
——供熱設施數據管理
——供熱設施的規劃設計
——供熱設施的檢修和管理
——公司固定資產的管理
——熱用戶的管理、負荷統計
——供熱事故分析處理
4、通訊管理軟件
——支持多種通信方式
——對系統通信的監測與任何數據采集掃描相獨立
——對采集來的數據進行校驗,一旦接收無效數據或通信時間溢出信號,系統將產生該次通信錯誤的記錄
——通信監測表,保持、顯示通信軟件的統計數字
——給出報警信號,通知操作員有故障的設備或通道
——通信統計情況可用畫面顯示和在報表中或用戶定義的顯示畫面中輸出
5、熱網水力平衡分析軟件的要求(離線)
5.1技術成熟先進,在國內外熱力行業應用廣泛
5.2采用線型理論技術和大型稀疏矩陣技術,計算分析功能強大
5.3功能全面,可用于熱網規劃設計,也可用于熱網運行調節
5.4可視化圖形界面,菜單操作簡單方便
5.5多種圖形、數據類型導入方式,熱網圖形建立方便快捷
5.6可根據熱網系統的實際情況,修改管道、閥門、水泵屬性庫等
6、熱網水力平衡分析軟件的功能(離線)
6.1新建熱網的規劃與設計
——系統可以進行區域獨立熱網參數設計及管道計算,同時也可以選擇新系統與老管網系統接口計算,分析新增管網對整個熱網運行影響,從而可以利用軟件進行新的管網規劃及設計工作。
——在管網設計計算過程中可以計算新增管網對舊有管網的影響,可以通過優化計算,在滿足管網運行的前提下,減小管徑,節約管網建設費用。
——當進行新的熱網的設計與規劃的時候,軟件可以結合熱源的參數,輸出能力與用戶的采暖負荷要求來優化全網管道的管徑,并可以模擬熱網系統投運后的工況。
——根據用戶設計負荷、設計溫差的參數,確定全網設計流量;
——根據系統設計流量、設計比摩阻等初步確定一級網及二級網的管徑;
——根據系統的壓力需求、確定熱源循環泵的參數、串聯或者并聯方式等;
——模擬投運后熱網的運行工況,對設計方案進行模擬優化;
——確定環網的水力交匯點;
——確定最不利環路;
——確定各個熱源的供熱范圍;
——用戶能方便的選擇需要繪制水壓圖的管段。可以選擇任意兩點之間所標定連續路徑,進行繪制設計水壓圖。
6.2熱網運行工況的診斷與分析
——根據熱網實際運行參數,分析出全網中的不熱用戶和問題管段,通過改變熱源或用戶參數等,模擬各種調節方案,并通過對運行參數的分析,找到改善運行工況的方法,進而改善供暖狀態,提高服務質量;
——根據各個時期熱源和熱力站、用戶的參數,計算出管網流量;
——確定全網比摩阻比較大的管段;
——確定環網的水力平衡點;
——通過改變熱源或者熱力站的參數,確定用戶的工況變化;
——通過各個運行工況的水壓圖、全網參數分布圖、計算結果報告,分析出熱網問題所在;
——關鍵點對相關區域供熱的影響。
6.3管網技術改造的計算分析
——軟件可以經濟比摩阻、新增采暖負荷、流量等參數,對管網各段進行計算,技術人員可以參考管徑的計算結果,指導熱網的改造。
——軟件還可以對管網改造方案進行模擬分析,技術人員可以通過各種方案的對比,確定經濟、合理的管網改造方案。指導熱力公司以最小投資,解決管網問題,降低技改成本;
——系統增大或減少負荷時,對熱源、管道等參數輸出的評估與分析;
——根據系統流量確定改造后循環水泵參數(流量、揚程);
——根據系統的熱量、流量等參數的需求,確定管道的保溫、管徑、長度等參數;
——根據系統的熱量、流量等參數的需求,確定改造換熱站需要的參數;
6.4
——可以根據室外溫度的變化計算出不同環境條件下熱網系統對熱源輸出流量、壓力、熱水溫差等參數的要求,如果是多熱源聯網運行,還可以根據各熱源的運行成本,制定出熱網的運行方案。
——對下一采暖季熱源投運進行經濟技術比較;
——采暖初期、中期、后期系統的壓力、流量、溫差等參數的需求;
——每個熱源在各時期的參數輸出;
——多熱源熱網并聯;
——熱負荷增加,熱源參數、管網輸送能力是否滿足;
——某個熱用戶參數變化時對其他用戶參數的影響;
——調節閥門狀態變化時,熱網運行參數的變化
6.5計算、分析結果多種輸出方式
——網絡拓撲結構:節點號(名稱)、管道號(名稱)、管道長度、局部阻力、管徑(校核計算)、分段閥門布置位置、地形標高;
——熱源供熱量;
——循環水泵參數(流量、揚程);
——各熱力站供熱面積(用戶節點流量和熱量);
——中繼泵揚程;
——統計數據輸出;
——數目不等的最大流速;
——數目不等的最大阻力管段;
——數目不等的最不利回路;
——各種管徑的管道長度。
“離線運行軟件”與“在線運行軟件”有機結合,實現全熱網的優化控制和經濟運行。
七、監控系統軟件主要功能
1、工廠瀏覽器
——工廠瀏覽器實現工程資源集中管理,基于圖形化操作,數據點參數可以通過彩色圖形動態顯示,可以直接通過圖形操作設備,不同類型的圖形可以同時顯示。
——每個熱力站至少有兩個圖形,MCC有數個系統總體圖形,邏輯結構允許在圖形間自由航行,同時有圖形顯示熱源的主要工藝參數(如熱源出口的熱量、溫度、壓力和機泵運行狀態室外溫度等),這些數據參數通過ODBC或DCOM標準界面進行交換。
——一些圖形用來顯示整個熱網的運行狀況,有助于操作者對熱網溫度分布和壓力分布(可繪制水壓圖)和用戶熱負荷做出判斷。
2、趨勢瀏覽
——所有被測量的數據被做成日志,并以趨勢方式顯示,以便分析、控制熱網運行和供熱情況,趨勢可在線設置。
3、報警瀏覽
——報警瀏覽在所有時間提供系統發生的報警信息,并連續更新。有多種選項歸類和顯示。報警可以被重置或確認。
——把工廠瀏覽的圖形和報警相連,使得在進行其他程序時,可以快速進入發生報警的畫面。
——報警可以按照3個優先級分組,便于操作者對不正常的熱力站的多項報警參數(例如壓力損失、供熱不足,系統的起停)有總的了解。具有最高優先級的報警會在自動彈出的報警窗口中顯示,以防操作者忽略。
4、報警傳送
——報警可以直接傳送到外圍設備,如打印機、手機、傳真機和短消息。這一功能使熱網維護人員直接得到通知,以減少停機時間提高整個熱網的可靠性。
5、時間安排
——時間程序可以使熱網取得很大的節能效果,時間程序可以在無人或熱需求較少的時候(例如公用或商業建筑在夜間和周末,住宅在深夜)自動將溫度設置成體溫。這種功能也可以用于供熱不足的場合,在這種情況下,熱量在一定的時間內限定供給某一特定用戶。
——時間程序可以按照星期來設定,表明考慮到在周末有不同的熱量消費。
——時間程序被儲存在控制器中。
6、趨勢功能
——測量數據的趨勢可以在線或離線分析,在一個窗口中可以顯示最多10個參數的趨勢;
——趨勢數據可以很容易地被導出到第三方程序。
7、日志瀏覽
——顯示時間和用戶操作行為,該記錄對分析操作者行為非常重要,對操作者不在的班次或在MCC上操作時,有特別重要的意義。
——日志瀏覽始終將某一特定工作站形成日志,瀏覽日志由四部分構成:
1)報警日志:某一被監控的熱力站按時間排序的報警信息
2)系統日志:顯示和系統相連的設備,例如打印機,光交換機或通信中斷的信息
3)用戶日志:某一操作員在某一工作站的行為
4)狀態日志:機泵狀態信息
——日志可以被過濾,過濾的標準可以被定義和保存(例如時間、日期、機組)
8、與第三方數據交換
——采用標準界面和協議,可通過ODBC、OPC、DDE和第三方系統交換數據非常容易。
9、報告
——報告為用戶提供某一特定時期(如:某一用戶的月熱消耗)或當某一事件發生時的信息。報告可以自動生成,當報警發生,獲取重要的信息以供分析。報告可以自動或手動被打印或儲存。
總之,系統組態應做到軟件模塊化,實時數據庫、HMI、服務器等主要部分可分別獨立運行的組件。系統結構可以讓用戶靈活配置系統,合理分配服務器的負荷。
八、控制策略
1、熱負荷的預測與規劃
根據系統運行參數及氣象預報,進行采暖日熱負荷預測,給出熱源對熱力站的過程控制進行參數優化設定,使系統處于最佳經濟運行狀態。
2、參數的數據采集
對運行中的關鍵參數,進行系統水力工況的監測。顯示熱網監控參數、實時數據、動態畫面,定時生成報表并存儲。
3、控制分析和建議
熱網熱力平衡的分析和控制策略的實施,對全網關鍵工藝參數(流量、溫度和壓力等)的分布情況進行特定分析,并提出有針對性的指導性的控制建議,以此解決全熱網的水力失調和熱力失調問題。
4、控制理論
監控中心(MCC)所提供的SCADA監控系統的控制策略,應有完整的先進的控制理論為基礎,應有國家一級刊物上發表的論文以佐證和工程運行的實例和驗收證明,以保證項目的可靠性。
5、節能措施。
監控系統控制策略,具備限制一次側的流量、熱量和回水溫度的節能措施。
6、輸出定時
對公共建筑物的熱用戶的供熱系統,可根據作息時間的要求設置不同的輸出,控制電動調節的開度以便節約能源。
7、初步平衡
首先按水壓圖進行全網的水力分配,在靠近熱源的熱力站加裝自力式差壓控制器。熱網通過自力式差壓控制器進行初步調節,初步做到水力平衡消除系統工況的水力失調;
8、熱量平衡
監測各熱力站的一級網和二級網環路的熱量/流量和供回水溫度,采用熱量平衡分配的原則進行熱網的進一步熱量分配;
9、優化控制
監控中心根據用戶熱需求協調供熱量,使供熱與熱需求相適應。熱力站一級網電動調節閥(要求雙閥并聯配置)根據熱負荷的要求進行細調,實現優化控制、經濟運行。
綜上所述,系統控制策略總體要求是:既要達到全網熱量平衡又要滿足經濟運行的最佳效果。
監控系統軟件是實施熱網控制策略的核心,用于對熱網的平衡分析管理和控制,用科學管理方法,解決熱網的水力失調和熱力均衡問題,達到全網的熱力平衡。投標商應詳細描述,所采用的控制策略。
九、監控中心配置
1、系統服務器(2臺冗余配置)
處理器: petium—IV 雙核 3.0G
內存: 最低1GB
驅動器DVD-ROM: 50X
★硬盤: SCSI 160GB
轉速10000rpm
傳輸速率(內部)≥30MB/S
平均尋道時間:5ms
Cache——緩存≥4.0MB
配置RAID系統、SMART技術,7×24小時不間斷連續運行
支持熱插拔
功能鍵盤+MOUSE
顯示器: 21″ 液晶顯示器
以太網卡: PCI 10/100M
冗余軟件
2、操作員站(3臺)
處理器: petium—IV 雙核 3.0G
內存: 最低1GB DDR
驅動器DVD-ROM:50X
硬盤: 120GB
緩存≥2M
功能鍵盤+MOUSE
顯示器:液晶顯示器
彩顯卡: 21″Trinitor
監視器: 21″液晶顯示器
操作系統: Windows NT
以太網卡: PCI 10/100M
多媒體: 聲卡+音響系統
3、工程師站(1臺)
處理器: petium—IV 雙核 3.0G
內存: 1GB DDR
驅動器DVD-ROM:50X
硬盤: 120GB/7200轉
緩存≥2M
光電鼠標
顯卡: GFM×400 128M DDR
顯示器: 21″液晶顯示器
操作系統: Windows NT或2000
以太網卡: PCI 10/100M
多媒體: 聲卡+音響系統
4、附屬設備
——DLP投影儀
帶有與計算機系統進行數據傳輸的通訊接口,用以接收計算機系統輸出的信號,顯示熱網及熱力站的流程圖及其主要運行參數及狀態。技術要求
a. 亮度:≥700流明,不受外界光線干擾;
b. 亮度均勻,圖像無明顯暗角;
c 清晰度,圖像清晰度細膩;
d. 對比度:370:1 圖像有層次感;
e. 功率低、易散熱、穩定性高;
——文件打印機 24針
——激光打印機 600×600,A3
——UPS電源 30分鐘,6kVA
——交換機 RJ 45/16端口
——路由器
——控制中心操作臺
——室外溫度傳感器
5、控制器
5.1技術要求
——★控制器32位處理器,CPU主頻≥100MHZ,DRAM≥64MB,SRAM≥32KB,RS232接口。
——控制器結構緊湊,要求采用高質量的產品(提供原產地證明,并在國內熱網有成熟的應用業績),適用于供熱系統熱力站。
——應用程序可以用編程軟件和熱力站專用功能塊開發,程序可以通過以太網通信口和有線、無線通信下載到控制器。
——調試工具可用于調試,它使控制器的操作、監控和設置文檔變得容易。
——控制器宜采用模塊化設計,在面板上具有通信卡插槽,實現GPRS無線通信。
——控制器和SCADA監控中心的通信,采用國際控制領域通行的標準OPC,OPC服務器許可在控制器通信卡上,SCADA是客戶端。
——控制器可以通過人機界面現場操作,屏幕顯示,數據上傳,熱力站為完全無人值守;
——具有遠程維護能力
——控制器宜為模塊化結構,即插即用和預接線;
——★MTBF≥10萬小時;
——★現場控制器監控點配置如下:
AI:23 DI:12
AO:6 DO:12
5.2功能要求
——模塊化結構:支持擴展模塊,自由配置I/O模塊;
——采集功能:采集工藝參數具有數據過濾,數采周期可進行設定;
——存儲功能:數據可按時間保存,掉電不丟失,具有足夠的存儲空間;
——顯示功能:控制器有畫面顯示、參數組態、設定參數、人機交互功能等;
——控制功能:實現電動閥和水泵的變頻調節等功能;
——通訊功能:控制器應支持多種通訊,如RJ45以太網、ADSL寬帶以及無線通訊的連接(如GPRS、CDMA等);
——在線診斷自檢功能:可自動檢查主板、外設及I/O設備是否正常,若有異常給出報警;
——故障報警:控制器可通過相關的通訊方式向上位機報警直至收到確認信息。內容包括:超溫、超壓、液位高低以及停電等信息;
——Web訪問遠程維護功能:可授權用戶可以在任何地方通過有線或無線等方式登陸網頁,了解控制器運行情況。
——控制器的各種I/O點,考慮20%的余量。
——控制器應具有人—機操作界面,并具有適當數量的操作鍵,以便操作人員的調試和運行。
——平均無故障時間(MTBF)≥10萬小時;
5.3控制器的環境要求:
運行:0~50℃
儲存:-40~70℃
濕度:5~95% R.H無凝露。
6、單座熱力站的監控點
1)一級網供回/水溫度
2)一級網供/回水壓力
3)一級網熱量(超聲波流量計)
4)二級網流量(彎管流量計)
5)一級網除污器差壓,二次網除污器差壓
6)二級網供/回水溫度
7)二級網供回/水壓力
8)補水流量(彎管流量計)
9)室外溫度
10)水箱液位和聯鎖(電磁閥網" href="http://51spec.com/category.asp?categoryid=415" target="_blank">電磁閥)
11)循環水泵變頻調節反饋
12)循環水泵變頻調節
13) 一級網電動調節閥調節(雙閥并聯)
14) 補水定壓調節(與補水設備配套提供,自成系統)
15) 2臺循環水泵運行狀態及開停
16) 2臺循環水泵故障
17) 補水泵運行狀態及開停
18) 補水泵故障
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