热网监控系统在高校集中供热系统中的应用

王宪辉

（北京大学动力中心，北京　100871）



热网监控系统在高校集中供热系统中的应用

王宪辉

（北京大学动力中心，北京100871）

摘要：简述了热网监控系统的建设背景，从监控中心、通信网络系统、现场监控单元等方面，介绍了热网监控系统的功能及组成要素，并分析了其在实际工程中的应用效果，指出热网监控系统具有高效、可靠、节能等优点，值得在供热单位推广应用。

关键词：集中供热，热网监控系统，换热站，节能

根据中国建筑能耗基本现状调查，2013年北方城镇供暖能耗占全国建筑能耗的24%，北方城镇地区多采用集中供热方式，供热系统的能耗组成包括终端的建筑耗热量、热源端的热损失、换热站热损失、管网热损失和输配能耗等。集中供热系统的各个环节都具备一定的节能潜力，其中因热网不平衡引起的能源损失占较大比例。因此，当我们开展建筑节能工作时，热网的监控可作为一个主要方向，尽可能挖掘其节能潜力。

集中供热系统的热网和换热站目前存在自动化程度低、运行人员水平参差不齐和站点多调节难等特点，仅依靠传统办法难以解决由此带来的问题。热网监控系统能够实现热网的数字化管理，通过采集供热系统的温度、压力、热量（流量）和阀门开度等信息，实现对供热状态的测量和记录，并对供热过程进行控制。本文结合北京大学集中供暖锅炉房的实际案例，对热网监控系统的应用进行探讨。

1　热网监控系统建设的背景

近年来，国家对高等教育非常重视，投入大量资金帮助高校发展，校园基础设施建设的进程加快，新的教学楼、学生宿舍和试验楼等陆续投入使用，学校的集中供热系统也随之得到快速发展。

2006年—2015年，北京大学校内陆续新建了公共教室、成府园区、中关新园和物理西楼等大量建筑，接管了勺园和太平洋大厦等现有建筑，并正在对学生宿舍楼等进行滚动改造，集中供暖锅炉房的总供热面积从108万m2增加到170万m2，新增换热站13座。北京大学集中供暖锅炉房在完成增容改造和清洁能源改造后，供热能力达到158 MW，换热站总共有20座，由学校统一管理的换热站17座，用热单位自管站3座。

北京大学集中供暖系统于2014年开始建设热网监控系统，作为集中供暖锅炉房清洁能源改造的后续和完善工程，在集中供暖锅炉房锅炉控制室安装了监控中心，在校园内16座换热站安装了现场监控单元，将学校局域网敷设进换热站。换热站内安装的是西门子S7-200可编程控制器、电动调节阀等设备。监控中心集中显示所有换热站的一二次管网温度、压力、流量等参数，操作人员根据采集的室外温度和供热曲线，不用亲自到现场即可完成对换热站流量等参数的调节和控制。本次改造安装站内控制系统共16套，投运后取得了一定的效果，接下来学校计划继续完善监控系统，将监控对象延伸到供暖主要干线和末端典型热用户，以便更全面地采集热网数据，更科学合理地进行热网调控。

2　系统结构

集中供热的热网监控系统分为两级监控，一级监控是监控中心，上位系统采用GE公司生产的iFIX工控系统。二级监控为现场监控单元，下位系统采用西门子公司生产的S7-200可编程控制器，系统以校园局域网的光缆通信为主。热网监控系统的结构比较复杂，包括监控中心，数据通信网络和现场监控单元三个方面。监控中心采用组态软件作开发软件，实现运行参数信息交换和运行状态远程控制；数据通信网络通过建立监控中心与各换热站之间的通信连接，帮助热网监控系统实现数据传输。现场控制单元，以可编程控制器系统为核心，通过现场传感器实现站内过程参数的采集，并将数据传送至监控中心，同时还接受监控中心下达的调节指令。

2.1监控中心

监控中心是热网监控系统的控制和指挥中心，采集到的信息在这里集合并进行交换，监控中心采用功能强大的iFIX工控系统，该系统提供优秀的SCADA引擎、丰富的连接选项和开放式架构，还具有高度扩展性和分布式特点的联网模式。iFIX工控系统能很好地完成数据采集储存、画面组态、运行状态显示、控制操作和报警管理等。工作人员通过监控中心调节与现场调解相结合的方式，对热网各部分的工作状态参数进行监控。

监控中心软件要求具备友好的人机界面，软件主要实现的功能包括：1）对换热站的温度、压力和流量等数据实时更新；2）设定现场参数和控制回路的参数；3）重要数据的存储和备份，可供随时查询；4）设备故障的实时诊断和报警，报警记录可存储、查询和打印；5）运行参数形成日报表、月报表和年报表。软件系统监测到的管网参数进行实时更新，操作人员通过人机界面对相应设备运行参数进行调整，做到供热量和用热量的匹配。

2.2通信网络系统

热网监控系统通信网络需具有实时性，灵活性，可扩展性，安全可靠和经济性的特征。通信网络分为有线数据通信与无线数据通信，起着数据终端与计算机之间的连接桥梁作用。通过对常用网络通讯方式的比较，考虑到热网系统的控制需要和本工程的实际情况，换热站的数据通信网络采用学校局域网传输数据，在实际操作时，如果学校现有的网络控制室距离换热站较近则采用双绞线连接，距离超过100 m则采用光缆连接。用户端的温度数据采集选用GPRS无线网。以上方式既能满足热网监控系统对数据通信网络的要求，还能适当地降低网络建设和维护成本。

2.3现场监控单元

现场监控单元设置在换热站内，通过对运行参数的调节和控制，达到供给侧和需求侧之间的平衡。其主要设备包括可编程控制器、流量计、热量表、温度传感器、压力传感器、变频器和电动控制阀，具备采集、储存、显示、通信、自检、控制、故障报警等功能。监控对象为一二次管网供回水温度、压力、室外温度、一次管网电动调节阀开度、流量等。可编程控制器采用西门子S7-200，它是实现换热站自动化控制的核心部件。S7-200可编程序控制器具有可靠性高，扩展模块丰富和结构紧凑的特点，还有强大的指令功能和通讯能力，适用于各种场合中的检测、监测及控制的自动化。换热站现场监控单元通过校园局域网使用TCP/IP协议与iFIX工控系统连接，向上位机传递数据，并同时接受上位机下达的参数调整指令。通常情况下，现场监控单元自动控制换热站的运行，可无须监控中心或换热站值班人员参与，若出现与上位系统的通信故障，现场监控单元仍然可以正常运行。

3　实际应用效果

3.1改善供热效果、经济节能运行

热网监控系统有效地消除了热网运行失调现象，改善了位于系统末端换热站的供热效果，热网存在的不平衡问题可得到解决，换热站的热损失大大减少。热网监控系统帮助供热单位在经济性和舒适性之间找到平衡点，既能满足整体用户室温达标，提高用热舒适性，还能有效节约能源。在初寒期、严寒期和末寒期也可更有针对性地进行热网调整，达到节约燃料、减少排放的目的。

3.2保证供热安全、提高管理水平

热网监控系统高度自动化，集中供热系统设备和管网的安全性和稳定性都得到了明显提高。如果热网出现运行参数异常情况，监控中心可以第一时间发现问题，并且马上通过远程控制系统采取处理措施，降低故障对热网造成的影响。热网监控系统具备数据储存和分析功能，供热单位在进行有关决策时，不再只是凭经验做出判断，可以更多地依靠客观数据说话，帮助供热单位提升了管理水平。

3.3劳动强度降低、社会效益明显

热网监控系统的自动化设备可帮助供热单位提高管理效率，工作人员劳动强度降低且人员数量减少。热网流量处于一个动态变化的过程，改造之前进行一次管网的流量调整时，需要重复测量和调整参数才能达到理想状态，改造后工作人员可依靠热网监控系统，收集运行数据，分析运行状况，及时调整参数。热网监控系统还为供热单位走上低能耗、低污染的道路指出了一个方向，具有明显的社会效益。

4　结语

热网监控系统具有直观、高效和高可靠性的特点，分散的换热站被连接成为一个整体，便于换热站监控管理，易于实现热网平衡运行，可达到节能降耗的目的。热网监控系统一方面提高了集中供热系统的安全性，另一方面也大大改善了整体供热效果。与传统供热管理方式相比，有劳动强度低，人员数量少，效率高的优点，既节能又环保，值得在供热单位进行推广。

参考文献：

［1］清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告［R］. 2015.

［2］周燕青，裴明哲.热网监控系统在供热管理的应用［J］.煤气与热力，2012（5）：15-17.

［3］牛广军，王春鸣，程步军.信息网络管理系统在城市供热中的应用［J］.自动化与仪表，2006（4）：42-44.

［4］郝维来，金磊.城镇智能热网的监控系统［J］.机械制造与自动化，2012（3）：174-177.

The application of heat network monitoring system in central heating system of colleges and universities

Wang Xianhui
（Power Center，Peking University，Beijing 100871，China）

Abstract：This paper elaborated the construction background of heat network monitoring system，from the monitoring center，communication network system，site monitoring unit and other aspects，introduced the function and components of heat network monitoring system，and analyzed its application effect in practical engineering，pointed out that the heat network monitoring system had high efficient，reliable，energy saving advantages，worth popularization and application in heating unit.

Key words：central heating，heat network monitoring system，heat exchange station，energy saving

中图分类号：TU995

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0122-02

收稿日期：2016-01-15

作者简介：王宪辉（1981-），男，工程师