乌鲁木齐市某换热站监控系统的设计研究

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(1.西安科利尔能源装备研发有限公司，西安 710089; 2.新疆大学电气工程学院，乌鲁木齐 830047)

乌鲁木齐市某换热站监控系统的设计研究

黄戈1，樊小朝2，王杨2，郑印2，龚文杰2，尹文俊2

(1.西安科利尔能源装备研发有限公司，西安 710089; 2.新疆大学电气工程学院，乌鲁木齐 830047)

由于供热系统中用户换热站没有有效的调节装置和根据热负荷的变化进行实时调节的自控系统，影响了乌鲁木齐市的集中供热系统整体效果。根据控制策略分级执行的原则将换热站系统分为：就地监控系统、通信系统以及中心控制系统。对换热站整体结构以及监控系统方案进行了设计，并应用于实际，运行情况良好。

换热站；监控系统；MCGS

0 引 言

集中供热系统由热源、换热站、热用户以及连接它们的供热管网组成，如图1所示。

一般大型城市集中供热网多为间联式的，热电厂提供的高温过热蒸汽经电厂换热站汽-水换热器形成高温热水，然后通过一次网送至各换热站，高温热水再经换热站水-水换热器降温到供暖热水，由二次管网送至热用户[1-2]。乌鲁木齐市有40多个区域供热网，每个区域供热网有几十到上百个换热站，因此，换热站作为热源厂与热用户之间的一个中间必要环节，对改善热网热力工况，提高供热质量起着重要的作用。

图1 集中供热系统示意图

在欧洲发达国家如法国、德国、丹麦、芬兰以及瑞典等国，集中供热技术发展已经很成熟。在我国，现行的换热站运行管理手段大多处于手工操作阶段，对换热站的管理大都采用人工方式，存在一些弊端：①浪费人力，增加成本；②由于人观察的局限性，难以发现事故隐患，易造成事故；③影响了集中供热的效果[3]。

当前乌鲁木齐市的一些列“蓝天工程”正在实施，其中供热的锅炉煤改气工程已经完成，大大改善了乌鲁木齐市冬季的环境。但是，还有一些问题影响乌鲁木齐市的集中供热，主要是由于供热系统中换热站没有有效的调节装置和根据热负荷的变化进行实时调节的自控系统[9]，从而造成：①不能及时监测系统的热量供需是否相匹配；②系统中各个部位的供热参数是否运行正常；③供热管网水平失调；④供热整体效果不好、浪费热量。因此，要实现节能效果，必须对现有的供热系统，尤其是换热站的仪表、通信、控制等方面进行科学化、自动化的管理[4]。

总之，乌鲁木齐市冬季采暖的能耗巨大，在集中供热系统中要实现节能减排，换热站是最重要的关键环节，其工作的安全性、可靠性直接影响整个供热系统的质量。因此我们做好换热站的自动监控研究工作，对实现乌鲁木齐的“蓝天工程”有重要现实意义。

1 换热站监控系统的整体结构

根据控制策略分级执行的原则[5]，该换热站的监控系统分成以下几部分：

(1) 换热站的就地监控系统

现场仪表包括压力、温度、流量、热量、液位等，执行机构包括变频器、传感器和阀门等。整个换热站以就地控制器(MCGS触摸屏)为核心，通过安装的数据采集卡将现场的压力、温度、流量、热量、阀门开度、泵的工作状态以及液位等信息进行采集，然后将数据信息传输到MCGS触摸屏，最后对其进行现场就地控制操作。

(2) 中心控制室监控系统

中心控制监控室是整个供热系统运行的调度枢纽，其主要功能是：完成处理所有的数据，对阀门的执行机构进行控制。该部分主要是编写软件、界面以及程序的调试。

整体系统图如图2所示。

(3) 通讯系统

通讯系统的传输介质是远程数据网络，通过此网络来实现换热站就地监控系统与中心控制室的通讯联系；并且使用RS485通信协议，以双绞线为传输介质，从而实现了现场采集装置与MCGS触摸屏的通讯联系[6]。

图2 换热站监控系统的整体结构示意图

2 换热站就地监控系统

换热站系统中，热源锅炉通过燃烧燃料，给水吸热后，加热到一定高温高压的热水，然后由一次管网送至各热力站，热水再经体积换热器，将热能传递给二次管网的循环水，再将热能输送到各用户，最后，释放热量后的回水返回二次热网的回水管网。为了保证整个供热系统循环的正常运行，二次管网中的循环水需要由水泵提供动力，从而有了一定的压头，实现循环流动[7]。

换热站就地监控系统参数见表1。

表1 换热站就地监控系统参数

续表1 换热站就地监控系统参数

换热站是热源与用户的衔接点，站内安装有与用户连接的一些有关的设备，比如管道、仪表、阀门和一些温度、流量以及压力的控制装置。根据不同热网工况和条件，我们要采用不同的连接方式，将热网输送的热水热量加以调节、转换，从而满足热用户的不同需求；同时还要根据不同的需要，进行集中检测以及计量供热系统中的不同参数设备的数量。因此，我们考虑二级换热站的功能，以及主要控制系统的功能需求，初步设计了换热站系统的结构设计方案图，如图3所示。

图3 换热站监控系统方案图

3 换热站监控系统

我们研究的换热站是新疆广汇某小区的换热站，它主要是由一台汽水换热器组成的换热系统，循环水系统由两台循环水泵组成，并且补水系统有一台补水泵。根据生产工艺设计方面的要求，换热站的自控系统采用典型的两级监控方式。面向操作人员，人机界面(HMI) 主要由上位机以标准的工业控制计算(IPC)，完成对下位机的监控，实现生产操作管理；面向生产过程，下位机由现场的采集卡完成生产现场的数据采集，MCGS嵌入式触摸屏实现整个供热系统的过程控制。检测数据通过现场安装的数据传输单元(DTU)，将现场运行参数(温度、流量、压力等)传回上位机，到达数据中心，进行处理，从而实现数据的实时传输[8-9]。

整个系统主要功能如下：

(1) 数据采集及处理

整个供热过程中，存在大量的物理参数，比如压力、温度、流量等一些模拟信号量参数，通过现场采集卡对这些参数进行实时采集并处理成数字信号。

(2) GPRS数据传输

GPRS无线数据传输单元安装在供热现场，将采集到的数据信号传回数据处理中心，进行必要的存储、以及分析，根据编程进行一系列的处理。

(3) 换热站的运行监测

实现整个供热过程的数据采集，并且实时对现场分析，进行故障诊断，并在监控画面上显示各工况参数，从而及时的控制设备的运行状态。

(4) 现场设备的自动控制

通过安装在现场的MCGS嵌入式触摸屏及采集卡，实现现场就地的自动/手动控制，达到人机互补，从而大大提高了整个系统的安全性和稳定性。

4 结 论

文中对新疆乌鲁木齐市某换热站的监控系统进行了研究，根据控制策略分级执行的原则，将系统分为：换热站就地监控系统、通信系统以及中心控制室监控系统。根据实际要求，对换热站整体结构以及监控系统方案进行了设计，并对系统功能进行了介绍。

新疆孚德节能工程有限公司在2012年将此换热站监控系统应用于“新疆广汇100万平方米既有建筑热计量及节能改造工程”，实际运行情况良好。

致谢：

国家自然科学基金项目 (51106132)，新疆教育厅项目 (XJEDU2012S05)，新疆大学创新项目(XJU-SRT-13128)的资助，特表示感谢。

[1] 李志刚，孙丽萍，刘嘉新.热网监控系统的设计与实现[J]森林工程，2013，29(4)：90-95.

[2] 崔维涛.换热站监控系统开发与智能控制的研究[D].辽宁:大连理工大学，2007:10-15.

[3] 史维增,龙小菊. 浅析集中供热系统换热站节能措施[J].应用能源技，2012(3):30-34.

[4] 马爱龙.具有远程监控功能的换热站自动控制系统的研究和应用[D].天津:河北工业大学,2007:14-26.

[5] 曾 凯.无人值守换热站系统的研究与设计[D].大连:大连理工大学,2006:6-20.

[6] 王建成，石征锦，刘志民，等.换热站节能控制系统的设计与应用[J].应用能源技，2012(3):27-29.

[7] 李冬玲，马爱龙.换热站自动控制和GPRS远程数据传输系统的设计与开发[J].低压电器，2007(24):13-17.

[8] 张明光，吴明永，杨素娟.基于GPRS—Internet的换热站无线远程监控系统[J].自动化仪表，2009,30(9) :46-48.

[9] 王 宇.太原市某集中供热换热站的节能运行[J].山西建筑,2012 ,38(18) :134-136.

DesignandResearchofMonitorandControlSystemforaHeatTransferStationinUrumqiCity

HUANG Ge, FAN Xiao-chao, WANG Yang, ZHENG Yin, GONG Wen-jie, YIN Wen-Jun

(1.Xi'anCollierEnergyEquipmentDevelopmentCo.Ltd.,Xi'an710089,China；2.CollegeofElectricalEngineering,XinjiangUniversity,Urumqi830047,China)

The heating system of heat exchange station without user adjustment device for automatic control system of effective and real-time adjustment according to the change of the heat load, the quality of the central heating system in Urumqi city. According to the strategy of classification the implementation of the principle of control system is divided into: in situ monitoring system, communication system and central control system. The overall structure and the heat exchange station monitoring system was designed, and applied to the actual, running in good condition.

Turbine cascades; Steam flow; Numerical simulation

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.003.003

2014-01 27

：2014-02-10

国家自然科学基金项目 (51106132)；新疆教育厅项目 (XJEDU2012S05)；新疆大学创新项目(XJU-SRT-13128)。

黄 戈，乌鲁木齐人，工程师，主要从事能源开发利用，节能减排。

TK11+4

：A

：1009-3230(2014)03-0010-06