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GCS-1系统在供热系统改造工程中的应用
作 者：浙江中控技术股份有限公司&nbsp&nbsp李&nbsp岗&nbsp&nbsp赵&nbsp旦&nbsp&nbsp龙克垒&nbsp&nbsp洪春跃[]
<font color=#& 引言
&&& 淮河以北地区冬季气候寒冷，供热系统是北方城市保障建设的一个重要组成部分。在过去采用以小区为单位建设相互独立的供热小锅炉向居民区和工矿企业供暖。由于缺少集中协调，这种方式造成能源浪费且环境污染情况严重。在新建与改造的城市供热网络方面，均依托于大型的热电厂或集中供热站提供热源， 采用蒸汽一次换热，到住户二次换热的集中协调网络，已经成为新建与改造的主流方案。其在使用上可相互协调，提高热能的利用率，节能效果明显，另换热蒸汽一般采用发电所产生的蒸汽尾气，更提高了能源的使用效果。摒弃了众多的小型锅炉，环保上也具有很高的效益。&&& 在此背景下，抚顺某一供暖网络利用发电厂所产生的蒸汽尾气做为一次供水，在整个热网平衡监控环节上采用浙大中控的gcs-1控制系统，并利用该公司内部电话网络将所有数十个换热分站系统连接入中心调度站，使之真正达到了集中监视、分散控制的目的。
<font color=#& 系统整体介绍
&&& 该热网监控系统采用分布式计算机系统结构，即中央与就地分工协作监控方法，其供热量的自动调节决策功能完全“下放”给就地的热力站机组，中央控制室只负责全网参数的监视以及总供热量、总循环流量的调控。本系统由调度监控中心、各换热分站、通讯网络和与监测控制有关的仪表等部分组成。调度监控中心起着调度中枢的作用，可以察看全网的供热参数，同时进行热力和水力工况的分析来指导全网的运行。各换热分站由具有测控功能的控制装置和通讯网络组成，该站通过与其相连的自控系统、仪器仪表和执行机构等完成对该换热站内现场设备的数据采集和控制功能。图1为该项目整体架构，可由管理层、监控层、控制层与通讯网络四部分组成，以下将详细介绍各部分。
图1& 整体框图
2.1& 管理层&&& 上位机软件采用b/s(browse/system)模式，管理层领导可通过企业内部局域网或internet网，点击ie浏览器，便可以上网的形式浏览数据、打印报表、实时分析，方便管理层观察所有的生产数据与曲线图表，及时有效的了解到现场情况。
2.2& 监控层&&& 监控层即为中心控制站，如图2所示。其重要作用是通过上位机监控软件监测全网控制、运行参数以及总供热量、总循环流量的调控。同时也将全网参数信息上传管理层，即管理层所浏览到的画面及各类图表均由中心控制站内上位机监控软件采用web发布的形式，管理层只要输入相关ip地址，即可浏览到中心控制站内上位机各个监控画面。
图2&&&& 监控系统
&&& 结合该gcs-1热网工程，中心调度站安放一操作站与一控制站。操作站由一台安装浙大中控pims过程信息管理软件的工控机及操作台组成，控制站由一包含gcs-1控制系统及工业级modem的控制柜组成。首先根据modbus主从协议，gcs-1控制系统通过mlnk10主模块向modem发送拨号指令、拨号参数、远程分站地址参数、数据读写参数等一个数据包，modem再根据该数据包内命令参数选择各个换热分站进行拨号，拨通分站内连接hlink10(从模块)的modem，从而获得该换热分站cpu内的各项数据;另一方面，操作站工控机通过电缆与控制站内的gcs-1控制器cpu相连，从而获得各换热分站数据。
2.3& 控制层&&&& 控制层包含各一级、二级换热站。一级换热站考虑到控制的需要以及能源计量的重要性，除控制器外再增设一台安装pims 3.0的计算机用于管理和历史数据的记录与分析。二级换热站按照无人职守运行原则，配置控制器加触摸屏的方式，巡检人员可以通过触摸屏画面进行调节以及各参数设置等操作。
&&& 一般各换热站主要实现以下三方面自动控制:(1)根据低温水供水温度自动控制高温水进入换热器入口调节阀的开度;(2)根据定压点压力自动控制补水泵转速，若回水压力低于设定值时自动报警;(3)自动检测循环泵运行状态，并根据天气变化、供回水温度、压力自动控制主循环泵的转速，即控制系统根据天气变化、供回水温度、压力的计算值作为变频器的给定值，由控制系统pid进行控制实现，从而控制整个热网的供热平衡。
&&& (1) 控制层工艺状况&&& 结合热网工艺与该工程实际状况，控制层供热网络以两级供热的方式实现。如图3所示。一级换热站(首站)利用蒸汽换热向所有热网中的二级换热站(各换热分站)提供高热水。二级换热站再换热向用户提供适宜温度的热水。该工程一级换热站采用塔式换热器，冷凝水控制回路主要控制换热器中的冷凝水液面高度，控制其排放量保障换热面积，从而确定在一定温度范围内最大换热能力;蒸汽供给控制回路主要控制与微调换热器出口高热水的温度，从而控制蒸汽进量调整出口温度偏差。二级换热站采用板式换热器，调节一次网热水进口阀门，控制二次网出口温度，调节二次循环水流速(循环泵变频转速)调节住户供热总量。
图3&&& 供热工艺流程
&&& (2) 控制层控制特点&&& 在整个热网控制环节中，保证热网平衡，使热用户获得良好的供热效果是关键。而这方面的要求需要依靠各二级换热站在热负荷减少与增加的时候能够自动的调节供热的负荷，同时整个供热网络也应依据负荷的变化调节总负荷。因此要最终保证整个热网平衡，就要求整个网络在控制上实现集中调度，各站依据室外温度的变化自动调整负荷。
二次供水温度回路控制与循环变频回路控制&&& 当一级网经过换热器与二级网进行热交换时，调节换热器前一次供水的流量，即可获得所需求的二次供热量。各二级换热站普遍使用板式换热器，其主要由质调与量调两部分组成。质调调节二次供水出口温度，其一般的调节手段为控制一次供水调节阀;量调通过调节二次循环水的流速来改变换热能力，其一般的调节手段为控制二次供水循环变频转速，也就是说在二级网换热控制中，量调是调节主回路，质调是跟随回路。然而对于主回路控制来说，其关心的因素主要有用户的数量、环境温度情况、以及压力控制束缚关系等。
&&& 该工程中，在控制上首先保障运行安全，使出口压力不大于管线压力安全限，也不能低于循环流动的最小要求;其次以判断回水温度来判断循环量是否满足。在拥有大范围的供暖面积情况下，管线回水温度的变化会有30分钟到1小时的滞后，直接采集此信号控制非常困难，因此采用检测温度高低与温度变换率作为控制依据，将回水温度控制在一定的区间内即可。对于循环变频的控制采用调节供回水差压为主控制方案，即在保障流速的情况下(保障换热效率)，根据由于用户增减及管网失水等情况引起的二级网供回水压差变化来调解循环变频转速。另外，还以供水压力作控制保护，以回水温度区间作微调参数，将二次供水温度控制与循环变频控制两回路进行连锁控制，调节二次供水温度即一次供水调解阀开度，作为整体管网的跟随保护控制。
根据室外温度设置温度曲线自动控制&&& 对于热网平衡来说，当出现局部停站或升负荷的情况下，就需要协调控制。此种控制中，一级换热站与二级换热站的温度变化控制曲线设定是关键。工程中依据热量平衡情况，gcs-1系统首先根据该站温控曲线协调一级换热站的负荷，通过预调整蒸汽供给的设定目标起到协调整个网络平衡的目的;其次二级换热站中，gcs-1系统根据在触摸屏界面上温度控制曲线再进行调控。如图4所示。
图4&&& 触摸屏两回路控制界面
&&& 现场设置中，一般一级换热站随温度曲线变化的控制区间需要比二级换热站小，且在控制的角度上考虑一级换热站负荷应比二级换热站提前半个循环周期，大约30分钟时间，降负荷也应慢于二级换热站半个循环周期的时间。各二级换热站的温度曲线变化控制区域一般需大于一级换热站(热源)，且考虑到平衡问题，在升负荷与降负荷的投入时间上也应考虑各个站有相应的时间差，保障在负荷变化时对整个一次网络不会造成冲击。
&&&& 图5温控曲线各点的数值，一般均为经长时间运行后所得经验值，并可接合通过对调度中心各热力参数分析，再考虑到各个站在同一时间情况下的室外温度偏差，最后进行修订即可。各区间的设置，经过长时间观测，推荐一级换热站(热源)一般每一个温度区间为3℃左右，二级换热站每个温度区间为5℃，其中在低温段(-25℃～-15℃)区间，应考虑温度区间设置的密集一些，一般为二级换热站3℃左右，一级换热站2℃左右。
图5&&& 触摸屏温度曲线设置界面图
2.4& 通讯网络&&& 目前适合热网集中监控的通讯网络有很多种，gprs技术、cdma技术、gsm短信技术、超短波无线电台技术、电话线拨号技术等均在gcs-1系列工程中得到成功运用。而该工程在通讯网络上，是充分利用了抚顺石化公司内部的小号电话，建立一个投资成本较低的通讯网络系统。
&&& 该工程中，在用户为中心调度站只申请到两条专用数据传输电话线而需要监视数十个换热站数据的条件下，gcs-1控制系统采用modem轮巡拨号的方式与各换热分站节点轮训通讯。如图6所示:
图6&&& 通信系统示意图
&&& 此种通讯方式仍遵循modbus主从协议，gcs-1系统mlnk10主模块通过网络向各分站的hlnk10从模块发送读写命令并及时取回该站各运行数据;当两模块数据交换成功之后，nlnk10向中心站cpu返回一成功标志位，当该cpu读到该标志位后即刻要求mlnk10挂断该线路，并同时将下一线路所需拨号的参数送入该模块特定寄存区，为mlnk10下一步的拨号做准备。如遇某种情况而在规定时间内仍无法拨通某换热分站时，cpu也将自动为mlnk10提供下一分站的系列拨号参数。
&&& 该通讯网络方式其优点在于投入成本较低，相对无线通讯来说不会受天气因素影响，较稳定，且对于实时性要求不高的热网监控来说，的确是物美价廉的通讯方式。而其缺点也在于此种轮训方式实时性不高，按照所带分站数量的多少大致需3～8分钟才能轮训一圈，此时中心调度站数据得不到及时更新，对力争做到无人职守的各换热分站来说存在着隐患。面对此种情况，增加专用拨号电话线或减少一个轮训单元中的节点以致于达到或趋向于点对点通讯;或将一条做为主轮训通道同时增加数条报警上传通道，时刻为各换热分站的突发情况做好准备;另外，如中心调度站与一级换热站相隔较远，从而也可建立中心调度站与一级换热站间的点对点通讯，将中心调度站经过计算与归纳后的数据及重要的二次站参数，通过该通道与一级换热站进行协调，达到突发过程快速反映的控制目的。
<font color=#& 上位机软件介绍
&&& 采用浙大中控的pims3.0(process information management system)过程信息管理系统的浏览器/服务器(简称b/s，即browser/server)体系结构。此过程信息管理系统应用到了dna(分布式网络应用)、web、compile(编译)、hmi(人机界面)等软件技术，能有效集成全部生产运行信息，形成安全可靠的实时数据库。正是这些技术使得pims具备了多种通讯方式、web发布功能、灵活的脚本功能、友善的界面等特点，填补企业经营管理系统和控制系统之间的信息鸿沟，使管理层能够及时准确地了解生产情况、发现生产中的问题，并为先进控制软件提供应用平台，实现了办公室和生产现场的信息沟通。
&&& 在工程项目，正利用pims强大web发布功能及灵活的脚本功能，完成各种各样上位机监控画面的制作及确保与数据中心及时有效的数据交换。如图7所示。其系统结构可分为:
图7& 某换热战pims监控软件示意图
&&& (1) 各热力站流程图:显示各站换热网的工艺管道、仪表流程图，且包含所有的仪表、阀门等各类执行机构，并实时显示执行机构的各种数据、状态。&&& (2) 回路控制界面:可针对一次供水调节阀、循环变频等控制回路进行手自动控制操作。 &&& (3) 参数设置界面:可针对各类回路的控制参数进行人为设置。&&& (4) 数据一览画面:将该站的所有运行参数及实施数据在该画面中显示出来。&&& (5) 各类流量、温度、压力趋势图:能将各历史数据或实时数据以曲线形式表现出来，便于分析运行情况。&&& (6) 报警画面:对各热力站的报警以图标形式显示，便于分析。&&& (7) 数据存档和生产报表。系统按设置自动存储数据;系统自动生成日报表、月报表和统计报表，通过报表打印机打印输出，形成生产记录文件。
&&& 此整套系统投运后，包括硬件设备、软件设备、控制方案、通讯方案均得到了成功的验证，很好完成了节省能源、运行可靠的目标，特别是自动检测各回路运行状态，并根据天气变化、供回水温度、压力等较好的完成整个供热网络的换热平衡。其中全套gcs-1控制系统凭借强大的功能、良好的人机界面，使得文化层次不高的操作工均能熟练读取各数据并操作控制各回路运行;同时又利用其上位机软件强大的数据库技术，给管理人员提供了很好的数据分析环境，提高了管理效益，得到用户的一致好评。
　|　本文来自：2005年第5期“石化行业应用”上 ,已经被阅读过1423次
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电池没电了，存储器不能保存数据
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看懂你问的意思，需要的话再复制到其他地方？试试保存到默认路径里。前阵子刚导过，没问题，是说保存不了
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