城市区域燃气供热站自动化控制系统研究

崔建平 崔伟

摘要：结合自动化技术，对区域内的燃气需求进行任务分解，通过网络信息技术将这些信息互联，进而控制锅炉房以及换热站。这种方式能够有效的监控热源运行状况，节约了运行成本，解决了供热企业的管理问题。

关键词：燃气供热，自动化，控制，网络

城市区域燃气供热是一种以清洁能源燃料的供热方式，具有清洁、节能、环保、安全、高效等特点。近年来，随着国家相关政策的出台，对于环保城市建筑的采暖方式越来越多的采用区域燃气供热的方式解决。由于城市规模的不断扩大，城市区域燃气供热网覆盖的范围越来越大，热源站及换热站的数量越来越多，供热面积越来越大。热源站、换热站的数量从十来个到上百个不等，供热面积从几十万平方米到上千万平方米不等。因此建立一套科学有效、自动化水平较高的控制系统系统对于区域燃气供热企业势在必行。

一、结合供热工艺的系统自控结构分析

城市区域供热网的自控系统分为硬件部分和软件部分，相比较其它行业的自控系统而言，城市区域供热网的自控系统具有其自身的一些显著特点，其主要为如下几点：

（一）热惯性大，滞后大。热网系统是一个大滞后的系统，采用常规的控制方法很难保证系统的正常稳定运行。系统的自动调节不仅与当前的数据有关，而且与历史的数据有关。

（二）热力站之间的耦合性强。热网系统是一闭式系统，系统各个部分是相互关联的，某一热力站运行参数的变化，会引起相邻热力站的运行状况，甚至会引起整个系统的运行状态。

（三）城市区域供热网涉及的区域广，分散性大。

（四）系统的扰动因素多。如热源运行状态的变化、外界环境的变化（室外温度、风力等）等。

二、供热自动化控制系统

区域热源站及换热站作为区域供热调度与控制的神经枢纽，其自动化控制系统是借助先进成熟的网络技术，建设成集先进的自动化技术、计算机技术、多媒体技术和高速网络及通信技术于一体的信息化网络监控系统。对于现代供热企业，具有节约人力资源的特点，是凸现企业现代化管理的一项标志。

（一）系统方案

区域热源站及换热站的自动化控制系统是一项重要工程，系统的建设和完善有效地对区域热源站及换热站点进行监视、控制，实时掌握站点内的运行数据，根据企业及用户需求合理调配供热量等供热资源，而且能够及时处理操作现场各类应急报警和事故，实施控制水泵及阀门的紧急制动，保证安全、经济合理科学供热，利用网络信息技术实施现场安全防范。

1.系统组成及功能

区域热源站及换热站主要由数据监控计算机、视频监控计算机系统以及现场操作员站自控装置（或仪表自控系统控制柜）、现场安全防范装置（安防控制柜）、配电及变频控制柜和仪表通信控制系统等部分组成。

2.现场自控及安防装置

现场操作员站自控装置根据自动控制系统预先编制的逻辑控制程序进行热源（或换热装置）运行阶段及状况进行通断切换判断。当需要进行切换及切断时，自动控制系统将向调度中心提交切换请求，在调度中心值班人员确认该请求后，自动控制系统根据逻辑控制程序进行一步化切换操作。调度中心值班人员也可根据需要对远控站点的热源（或换热装置）进行手动启/停操作。现场安全防范装置在区域热源及换热站内可加装数字摄像机，将调压站内情况以视频信号的方式通过专线传送至调度中心，以保证供热站安全生产运行及防止非授权人员的侵入。

3.系统设计目标

系统实施的目标为在满足系统功能需求的前提下，将系统运行的可靠性、可扩展性放在首要位置，一方面使系统后期运行维护工作量降到最低，将系统维护所需的专业技术要求降到最低;另一方面系统既可以当前只满足采集监测功能的最小配置最经济的构成系统运行，同时留有充分的扩展余地为系统扩容做好准备。同时应充分考虑系统整体的先进性，为系统选用满足国际主流技术标准的相关产品，保护用户投资的长期有效性，体现系统整体的功能水平，为企业树立良好的市场形象。

（二）系统设计原则

可靠性及可用性：在系统设计上，重要部位利用冗余技术来达到系统的可靠且在工业环境下能够长期稳定运行，并具有抗各种干扰的能力，满足电磁兼容性和安全性的要求。系统平均无故障间隔时间满足MTBF≥8760小时的要求;系统可用率满足≥99.8%的要求。数据的正确性：数据完整率>98%，满足系统运行数据在原位置与目标位置的一致性的技术要求。易用性：系统的管理界面友善，管理手段丰富，易于理解和操作，便于管理维护，这样可降低对管理人员的要求，同时也为系统的良好运行建立了一个扎实的基础。先进性：所采用的技术遵循开放式标准，采用开放式的设计结构，支持信息網和数据网等的相关标准协议，硬件设备选和系统软件选型上均选择当前具有最先进性的，能都容易扩展、升级的产品。可维护性：所提供系统及系统产品维护简易、快捷，I/O模块及服务器硬盘应具有热插拔能力，接线方便可靠。调度系统满足平均恢复时间<12小时的技术要求，且系统局部的故障不会影响系统整体的运行。系统的其他指标：

1.调度系统综合误差≤1.0%;

2.具备远程事件报警功能，报警响应时间≤3秒;

3.实时数据更新时间≤3分钟;

4.热备系统的切换时间≤30秒。

5.计算机响应时间（确定性）≤50ms

6.以太网通讯协议：IPX、TCP/IP（符合IEC-61850标准）

7.数据通讯速率：100Mbps

（四）系统通信与视频监视系统

系统通过在其站点内部安装有一套高可靠性的自动控制装置和无线网络图像监控装置。各站点的数据是通过其站内的监控主机和调度中心的前置机之间通过ADSL方式进行数据交换，通过GPRS作为其数据传输的备用通道。图像监控系统通过ADSL专线网络连接方式和调度中心进行连接。在调度中心操作员终端调度人员即可根据授权简单直观的对现场站点进行远程监控。同时将采集到的数据存储到调度系统数据库中心。通过调度中心图像采集监控软件来实现现场安全防范监控。

三、结语

自动化技术对于改善现有的区域燃气供热模式，能够使得企业节约成本，为企业创造更多的经济效益。这种方式下，为环境的保护作出了贡献，同时也为企业实现可持续发展奠定了基础。

参考文献：

[1]张路杰. 换热站自动化控制供热系统的研究[J]. 现代工业经济和信息化， 2018， 8（16）：89-90.

[2]任志敏. 城市燃气输配系统中SCADA系统的设计与应用[J]. 环球市场信息导报， 2017（31）：70-70.

[3]赵志平. 基于物联网技术的城市燃气监控系统研究设计[J]. 数字通信世界， 2017（4）.

（作者单位：呼和浩特中燃城市燃气发展有限公司）