我國北方地區(qū)冬季目前普遍采用集中供暖方式進(jìn)行供熱。熱電廠通過城市高溫供熱管道將熱水送至各居民小區(qū)、企業(yè)中的換熱站。在換熱站,高溫管道(以下簡稱一次網(wǎng))中的熱水與進(jìn)居室暖氣片(以下簡稱二次網(wǎng))的熱水通過換熱器交換熱量。經(jīng)過換熱后,二次網(wǎng)中熱水流入各居室中。
在以上過程中,供熱調(diào)度部門需要對分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)集中實(shí)時(shí)監(jiān)視,控制換熱站中各設(shè)備的運(yùn)行。同時(shí),根據(jù)從現(xiàn)場監(jiān)測到的各換熱站運(yùn)行參數(shù),調(diào)節(jié)熱電廠運(yùn)行工況,保證冬季整個(gè)供暖的穩(wěn)定運(yùn)行。
我國現(xiàn)行的熱力站運(yùn)行管理仍處于手工操作階段,影響了集中供熱優(yōu)越性的充分發(fā)揮。主要反映在:缺少全面的參數(shù)測量手段,無法對運(yùn)行工況進(jìn)行系統(tǒng)的分析判斷;系統(tǒng)運(yùn)行工況失調(diào)難以消除,造成用戶冷熱不均;供熱參數(shù)未能在最佳工況下運(yùn)行,供熱量與需熱量不匹配;運(yùn)行數(shù)據(jù)不全,難以實(shí)現(xiàn)量化管理。 搞好城市集中供熱工程,必須要全面提高供熱技術(shù)水平。因此,建立基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的自動監(jiān)控系統(tǒng),來實(shí)現(xiàn)各換熱站現(xiàn)場參數(shù)的采集、調(diào)度室與各換熱站的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊控制,可以很好的解決上述缺點(diǎn),可以有效提高供熱系統(tǒng)的自動化控制水平,并且能很大程度上提高供熱行業(yè)的管理水平。供熱工程中的自動控制對于保證供熱系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)供熱、安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、環(huán)境保護(hù)具有十分重要的作用。
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱,是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù),目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu),這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此,現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù),而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸,也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s,實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40~100Kbit/s,在此信道上提供TCP/IP連接,可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS是一種新的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接,給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù),每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道,同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享,資源被有效的利用,數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)160Kbps。使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收,用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi),迅速降低了服務(wù)成本。
基于GPRS網(wǎng)絡(luò)組建的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有如下特點(diǎn):
永遠(yuǎn)在線 GPRS DTU一開機(jī)就能自動附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上,并與數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路,隨時(shí)收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù),具有很高的實(shí)時(shí)性;
按流量計(jì)費(fèi) GPRS DTU一直在線,按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用,沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)不收費(fèi)用;
高速傳輸 GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快將達(dá)到160Kbps,速率的高低取決于移動運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置,根據(jù)China移動的網(wǎng)絡(luò)情況,目前可提供20~40Kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸;
組網(wǎng)簡單、迅速、靈活 GPRS無線DDN系統(tǒng)可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地的構(gòu)建覆蓋全China的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò),為廣大中小用戶提供接入便利,節(jié)省接入投資;
通信鏈路由專業(yè)運(yùn)營商維護(hù) 由于采用China移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),因此鏈路維護(hù)也由China移動負(fù)責(zé),免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂;
防雷擊 由于采用China移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),所以在不影響上網(wǎng)的前提下,GPRS DTU的發(fā)射功率非常小,天線非常短,而且無需高架,克服了有線傳輸和無線電臺傳輸容易引雷擊壞設(shè)備的缺點(diǎn)。
二、系統(tǒng)方案
整個(gè)熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如圖所示由三部分組成:現(xiàn)場換熱站控制部分、GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分、調(diào)度室數(shù)據(jù)中心。通過控制模塊完成與SARO GPRS DTU的數(shù)據(jù)交互。PLC定時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送給SARO GPRS DTU,同時(shí)PLC實(shí)時(shí)接收DTU發(fā)來的數(shù)據(jù)完成相應(yīng)控制功能。SARO GPRS DTU在收到PLC發(fā)來的數(shù)據(jù)會立即轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心。
(1) 現(xiàn)場換熱站PLC將各工藝參數(shù)實(shí)時(shí)采集后通過RS-232串口通信模塊將數(shù)據(jù)送往SARO GPRS DTU通信模塊;同時(shí),還可通過該通信模塊接收調(diào)度中心的指令。
(2) GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分 在對SARO GPRS DTU通信模塊進(jìn)行配置時(shí)預(yù)先輸入數(shù)據(jù)中心的固定IP地址。SARO GPRS DTU通信模塊收到PLC發(fā)來的數(shù)據(jù)后,把這些數(shù)據(jù)送到前面設(shè)置的IP地址網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中,通過端口映射轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。SARO GPRS DTU發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為:數(shù)據(jù)送到China移動GPRS網(wǎng)絡(luò)中,然后再經(jīng)過Internet,最后在數(shù)據(jù)中心通過ADSL進(jìn)行接收。
(3) 調(diào)度室數(shù)據(jù)中心 由ADSL MODEM、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、防火墻、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、工作站。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過ADSL Modem接收來自各換熱站的數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、歷史趨勢分析、報(bào)表打印等,其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還傳送到全廠MIS系統(tǒng)。
三、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
該系統(tǒng)主要是通過SARO GPRS DTU和移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò)來完成。DTU主要完成PLC與調(diào)度中心數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù),同時(shí)也是與移動GPRS網(wǎng)絡(luò)的工作接口。主要設(shè)置的參數(shù)如下:
(1) 本方案是通過Internet(CMNET)實(shí)現(xiàn)的,這樣用戶的實(shí)現(xiàn)成本比較低。如需要高可靠性數(shù)據(jù)傳輸。China移動為這種應(yīng)用提供了直接接入GPRS網(wǎng)絡(luò)的方式。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過專線方式直接接入GPRS移動基站,并獲得一個(gè)固定的IP地址。各熱交換站點(diǎn)數(shù)據(jù)無需路由到Internet網(wǎng)絡(luò),監(jiān)測點(diǎn)DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用這種方式組成點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性好、安全性高的特點(diǎn),但接入費(fèi)用相對較高。
(2) 數(shù)據(jù)發(fā)送目的地,即數(shù)據(jù)中心服務(wù)器或者路由器的IP地址或者域名。
(3) 與PLC的接口參數(shù),包括波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、流控制。
(4) SARO GPRS DTU對于不同地區(qū)GPRS網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的一些參數(shù)配置。
數(shù)據(jù)經(jīng) DTU發(fā)送到移動GPRS網(wǎng)絡(luò)上的CGSN后,移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet有通道接口,因此,移動CGSN服務(wù)器可將數(shù)據(jù)經(jīng)Internet再轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。
移動GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸送來的各換熱站數(shù)據(jù)經(jīng)Internet,通過ADSL Modem信號解調(diào)經(jīng)防火墻檢測后送達(dá)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,再將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到指定的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)接收處理,與此同時(shí)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器擔(dān)負(fù)著向各換熱站發(fā)送相應(yīng)控制指令數(shù)據(jù)的任務(wù)。各工作站從數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上取得數(shù)據(jù)在各自的人機(jī)界面軟件上完成對各換熱站的監(jiān)視控制、報(bào)警、歷史曲線等功能。
此外,在調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與全廠MIS網(wǎng)絡(luò)連接,負(fù)責(zé)把熱網(wǎng)的各種運(yùn)行參數(shù)送到MIS網(wǎng)上,供上一級相應(yīng)MIS軟件完成數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等功能,大大提高熱網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在這里,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與MIS網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)接口選用OPC,該接口使用方便、調(diào)試配置十分簡單。
四、系統(tǒng)工藝控制描述
該方案中,所采用PLC在各換熱站完成以下功能:現(xiàn)場溫度、壓力、流量、液位信號的采集;現(xiàn)場各調(diào)節(jié)閥的控制;現(xiàn)場電機(jī)、變頻器的控制及運(yùn)行監(jiān)視。在換熱站中,通過觸摸屏簡單易行的完成人機(jī)交互,控制各種設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。對于現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥及各種電機(jī)的控制,設(shè)計(jì)了就地控制、觸摸屏控制、遠(yuǎn)程調(diào)度中心控制三種方式。
(1) 根據(jù)室外氣象溫度和二次網(wǎng)的供回水平均溫度調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水或回水管道上電動調(diào)節(jié)閥,從而改變一次網(wǎng)進(jìn)換熱器的流量,保證二次網(wǎng)的供熱量。
(2) 根據(jù)室外氣象溫度、二次網(wǎng)的供回水溫度、供回水壓力共五個(gè)參數(shù),來通過變頻器調(diào)整循環(huán)水泵的運(yùn)行頻率,從而改變二次網(wǎng)的運(yùn)行流量。(對于目前換熱站中循環(huán)水泵為變頻控制的采用該方案)。
(3) 根據(jù)恒壓點(diǎn)的實(shí)測壓力值與設(shè)定壓力值的比較偏差,來通過變頻器改變補(bǔ)水泵的運(yùn)行頻率,保證恒壓點(diǎn)的壓力恒定。
(4) 其中,室外氣象溫度數(shù)據(jù)采用各新機(jī)組室外溫度加權(quán)平均后經(jīng)中心站處理后送往各改造機(jī)組進(jìn)行自動控制。
五、系統(tǒng)功能與特點(diǎn)
5.1 功能
該供暖監(jiān)控系統(tǒng)(GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控)主要完成對工藝流程的監(jiān)測、控制以及數(shù)據(jù)的處理、存儲、分析以及報(bào)表打印等任務(wù)。
工藝流程顯示 顯示各換熱站工藝流程,包括溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)、所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及各控制回路的詳細(xì)參數(shù)等;
調(diào)節(jié)回路顯示 包括所有調(diào)節(jié)回路,可修改設(shè)定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)等,并有實(shí)時(shí)趨勢圖便于進(jìn)行PID回路整定;
設(shè)定值顯示 包括所有必需參數(shù)的設(shè)定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)以及其它聯(lián)鎖值、報(bào)警值等;
報(bào)表顯示和打印 采用了DDE技術(shù),從而使用戶能夠直接使用Excel編制報(bào)表,借助Excel的強(qiáng)大功能,用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報(bào)表;
歷史數(shù)據(jù)的存儲與檢索 對重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲,數(shù)據(jù)的存儲時(shí)間最長為10年。可以通過歷史報(bào)表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數(shù)據(jù);
控制
在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上可以進(jìn)行遠(yuǎn)程手動控制,使用鼠標(biāo)、鍵盤控制PLC來啟動和停止現(xiàn)場的設(shè)備;
安全管理
對重要設(shè)備的操作、重要參數(shù)的修改均會自動記錄,包括登錄的操作員、對設(shè)備進(jìn)行的操作、時(shí)間以及修改前的參數(shù)值、修改后的參數(shù)等,以利于進(jìn)行管理及事故分析;
5.2 特點(diǎn)
(1) 先進(jìn)性
本方案設(shè)計(jì)中不僅采用了先進(jìn)的軟、硬件,而且著眼于企業(yè)“管控一體化”的需求,貫徹了數(shù)字化、信息化環(huán)保的先進(jìn)思想,使企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步智能應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。該方案使控制系統(tǒng)有機(jī)地成為企業(yè)整個(gè)IT架構(gòu)的一部分。
本系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),主要用于城市熱網(wǎng)的生產(chǎn)控制、運(yùn)行操作、監(jiān)視管理。控制系統(tǒng)配有可靠的硬件設(shè)備和功能強(qiáng)大、運(yùn)行可靠、界面友好的系統(tǒng)軟件、編程軟件、控制軟件。
(2) 高可靠性
① 與傳統(tǒng)的無線電臺傳輸相比,GPRS網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力更強(qiáng),且通訊覆蓋范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于前者;
② 現(xiàn)場控制站PLC對工藝過程的控制不會因監(jiān)控計(jì)算機(jī)的癱瘓而受影響;
③ 現(xiàn)場控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠運(yùn)行,并且易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、抗腐蝕、適應(yīng)較寬的溫度變化范圍,平均無故障間隔時(shí)間(MTBF)15年。
(3) 強(qiáng)大的功能
① PLC的編程語言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn),易學(xué)、易懂、易用;
② CPU內(nèi)置軟PID,并提供了豐富的指令集及函數(shù)庫,用戶直接調(diào)用;
③ 組態(tài)軟件圖庫豐富,網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大,報(bào)警、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)以及二次開發(fā)功能完善而易用。
(4) 優(yōu)良的開放性
① TCP/IP協(xié)議是目前開放性最好的協(xié)議,可以輕松進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展;
② 組態(tài)軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL,且提供豐富的API編程接口,方便接入全廠MIS系統(tǒng);
③ 同時(shí)也為世界各大廠商,如Modicon、Siemens、AB、GE、Omron等的設(shè)備提供了完善的驅(qū)動程序庫,從而可以將其它系統(tǒng)輕松接入本系統(tǒng)。
六、結(jié)束語
該方案實(shí)現(xiàn)了對換熱站運(yùn)行參數(shù)的集中監(jiān)視、控制,與老系統(tǒng)相比,可以大量的減少維護(hù)人員,部分換熱站還實(shí)現(xiàn)了無人值守,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。與使用傳統(tǒng)無線電臺相比,該方案具備更好的抗干擾性(尤其是在城市中)、數(shù)據(jù)傳輸安全性。相信這種遠(yuǎn)程監(jiān)控方案將在城市管網(wǎng)、熱網(wǎng)、石油、地震檢測、電力等一些無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控中得到更大范圍應(yīng)用。
-
GPRS
+關(guān)注
關(guān)注
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