PDF《热网全负荷预测与锅炉联动控制系统》

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chuandong.com 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM 文章编号:160305 摘要:本文主要阐述供热公司热网与热源(高温水锅炉)联动控制系 统,该系统能全面的预测供热负荷,并将预测到的负荷通过通讯网络传 送到锅炉控制中心与调度监控中心,锅炉控制中心根据所预测的负荷及 气象数据自动的调节锅炉的燃烧表与锅炉投入的台数,从而实现全网自 动化节能运行控制.本文以本人对当地滨海新区永利供热公司的实地考 察、学习为依据,以该厂的6台80T高温热水锅炉为例进行详细介绍. 天津开发区建设工程监理公司? 刘铁征 热网全负荷预测与锅炉联动控制系统 Heat net'

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1 概述 随着我国加入世界贸易组织,国外先进的技 术和设备如雨后春笋在我国各行各业中得到大力 应用,整体工业和制造水平都朝着自动化控制、 节能降耗、提高产量方向发展,我国整个工业进 入了自动化控制时代. 我国是一个冬季采暖大国,供热所需的能 耗(电力、煤炭)巨大,如何能在居民所能接受 的室温范围内,减少供热公司运行成本、节省耗 能是各供热公司努力的方向.目前每个供热公司 根据自己的实际硬件配置都有不同的对策,而对 于有大型热源又有直接热用户的供热企业来说, 热网全负荷预测与锅炉联动控制系统将是最为先 进、科学、节能显著的运行方式. 热网全负荷预测与锅炉联动控制系统是指通 过热网负荷预测程序预测到整个热网的总负荷, 由控制程序自动的调节热源锅炉的燃烧比、锅炉 投入的台数以满足热网的所需,各级无人值守换 热站将根据所处的区域特性自动测量室外温度和 用户温度进行优化供热,并将运行状态和各种测 控数据传输到远控中心和锅炉控制中心,整个系 统通过GPRS、互联网、工业以太网、Profibus总 线构成,实现了全网自动化集成控制.

2 本系统组成 本系统属于一个大型企业级SCADA监控系 统,分别由外网访问层、供热公司监控层、锅炉 房控制层、无人值守换热站点等组成,各部分分 别实现以下功能. 2.1 外网访问层 由10M光纤专线接入,固定IP,负责接收和 发送数据,本层实现三个功能. 2.1.1 传输GPRS数据 接受来自各个无人值守换热站的监控数据, 并将运行决策和设定数据下载到换热站. 2.1.2 接收气象数据 接受来自气象局的实时气象信息,系统将气 象数据传输给负荷预测程序. 2.1.3 外网监控发布 将本系统运行站点发布到全球互联网上,只 要是供热公司授权的用户,可以在全球任何地方 查看本系统,并支持手机浏览. 2.2 供热公司监控层 本层设置在供热公司办公大楼,分别由运行 保障部、调度运行管理中心、经理监控室三部分 组成,供热公司监控层为一级监控中心. 2.2.1 运行保障部 由两台计算机组成,在该部门运行技术人员 能实时同步的监控锅炉房、无人值守站的运行情 况,能查看打印曲线、报表,能阅读本系统的故

60 61 kzcd.chuandong.com 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM 障信息,并能提供指导性的维护计划,帮助维修 工程师对本系统进行维护. 2.2.2 调度运行管理中心 由6台计算机和一台大屏幕电视墙组成,调度 运行管理中心是本SCADA监控系统最核心层,拥 有最高的操作权限:一号计算机负责web数据发 布,二号计算机为监控层服务器主机,三号计算 机为大屏幕控制服务器主机,四号计算机为锅炉 监控直连监控主机,五号计算机为无人值守换热 站监控主机,六号计算机为综合监控主机,能分 别监控和实现1-5号计算机的功能,也属于热备 机.大屏幕电视墙由三号计算机实时控制,可以 滚动切换各监控画面,包括(三维仿真图像、曲线、棒图、数据分析表、运行报表、负荷预测数 据、无人值守站远传数据、锅炉运行数据). 2.2.3 经理监控室 本站由一台计算机组成,在本站可以看到 与监控中心相同的界面和数据,但不支持控制, 在本站可以查看包括(三维仿真图像、曲线、棒图、数据分析表、运行报表、负荷预测数据、无 人值守站远传数据、锅炉数据),并能打印. 2.3 锅炉房控制层 本层设置在供热公司热源动力处(锅炉房),分别由锅炉房主管监控室、锅炉监控总服 务器、一至六号锅炉监控客户端、全网负荷预测 主机等组成.锅炉房监控中心为本系统二级监控 中心. 2.3.1 锅炉房主管监控室 由两台计算机组成,设置在锅炉房经理室 和司炉主管办公室,本工作站只能阅读无人值守 换热站数据,无控制权限,但是具有一号至六号 锅炉监控的所有权限,在本站,锅炉房主管可以 直接设定运行数据、参与锅炉运行参数调整、锅 炉启动控制、负荷调整等功能,在本站进行调整 后,数据将在10ms内同步到锅炉房监控主平台, 100ms内同步更新到一级监控中心(供热公司监 控层)监控层. 2.3.2 锅炉监控总服务器 负责与六台S7300控制器进行通讯,上位机 监控软件采用wincc6.0,本站是直接与锅炉控制 器S7300唯一连接的站点, 所有发送给锅炉的控 制指令都要汇聚到本站由wincc发送给各锅炉控制 器, 本站是锅炉控制最为核心的主机. 2.3.3 锅炉监控客户端 客户端由六台计算机组成,分别实现每台锅 炉对应一个计算机操作站点,操作查看方便、安全,所有监控画面、数据都来自锅炉监控总服务 器,这六台客户端在服务器关闭的情况下是不能 工作,只是无盘工作站,这样的设计减少了系统 维护量,并提高了系统的安全等级. 2.3.4 全网负荷预测主机 本主机接受各换热站数据、接受来自气象台 的气象数据、并测量各点的室外温度、检测计算 锅炉总发热量,预测未来5-24小时本热网所需的 最大热量. 热网全负荷预测与锅炉联动控制系统图,如图1所示.

3 多级别多层次网络通讯系统 供热全网负荷预测与锅炉联动控制系统是一 个大型且实时性要求极高的控制系统,通讯网络 也较为复杂,本系统由无人值守站点(第一层无 线网络)、现场控制层(第二层Profibus-DP网络)、锅炉房监控层(第三层工业以太网)、供 热公司监控层(第四层千兆以太网)共分四层网 络组成. 3.1 第一层无线网络 由100台宏电GPRS工业无线数据通讯模块组 成,GPRS通讯串行口与PLC建立起通讯连接,通 讯协议为标准Modbus RTU格式,无人值守换热站 属于最低级别从站,数据的请求发送、设定都是 由监控中心多任务调度程序进行巡检呼叫完成, 在主站不呼叫从站时,不占用通讯资源,这样可 以减少运行时GPRS无线流量费用,GPRS无线信 号由移动数据中心处理并转发至一级监控中心5号 计算机(无人值守换热站专用计算机),由5号计 算机负责建立通讯转发和命令下达,完成100台换 热站的统一调度和管理. 3.2 第二层Profibus-DP网络 第二层网络为热源及锅炉控制的核心低层网 络,此网络的实时性和可靠性是最高的,此网络 采用西门子公司最为先进的Profibus-DP网络, 全套设备全部由西门子提供,锅炉控制器为6台S7300-315DP PLC,每台锅炉都有一台独立的 控制器和相应的配电、传感器、驱动系统,彼此 之间相互独立,这6台PLC通过Profibus-DP网络 以12M的速度与锅炉控制总服务器通过CP5611 卡连接,锅炉控制总服务器上运行着512K西门子 wincc组态软件. 3.3 第三层工业以太网网络 工业以太网是指具有10/100M自适应传输速 率,冗余24VDC供电,最大网络重构时间为0.3 秒,具有通讯故障诊断和断线诊断功能,能实时 断网重构的高实时型网络,本段网络设备采用西 门子公司ProfiNET网络、网络交换机、专业网线. 第三层网络主要实现了6台客户端操作员站与锅炉 控制总服务器之间的通讯,同步监控,锅炉房管 理层监控、同步监控等使用. 3.4 第四层千兆以太网 千兆以太网是整个供热公司办公大楼中的主 干网络,分别由二级千兆DLINK交换机、企业级 路由器、硬件防火墙组成,二级网络交换机(供 热公司办公楼)与第三层工业以太网交换机(热 源动力锅炉房)之间采用光纤连接,第四层网络 数据交换量最大,除监控中心内部使用外,本网 段负责web发布,支持手机远程监控,接收移动中 心CPRS无人值守换热站数据. 本系统网络结构图,如图2所示

4 全网负荷预测的方法 供热全网热负荷预测是指对供热公司所供 热的面积耗热量进行科学的统计、归档,并以科 学经济的曲线绘制出所供热辖区内对总热量的需 求,以预测到热网总需热量数据,合理调配热源 动力锅炉所生产的热量,锅炉DCS控制系统能 调整锅炉负荷和台数,达到整个系统的协调、节能、经济运行. 4.1 总热量统计 各换热站每天统计本站点24小时内的供热总 量,并在当日零时将本站总热量通过GPRS信号 传送到供热公司调度中心,由调度中心5号计算机 中的热量需求统计软件统一汇总,并绘制出各站 点的24小时热量走向图,汇制出总体换热站总热 量走向图,计算出24小时内所有换热站的耗热总 量,并同步将计算数据传输至二级网络负荷预测 主机. 4.2 接收气象局气象信息 热网调度管理中心5号计算机能实时获取国家 气象局当前和未来10日的本地气象数据,由5号计 图1 系统流程图 图3 温度曲线调节方式 图4 分时段恒温曲线 图2 系统通讯网络架构 炉膛温度 省煤器进口烟气压力 省煤器进口温度 空气预热器进口烟气压力 空气预热器进口温度 除尘器进口烟气压力 除尘器进口温度 引风机吸入口压力 除尘器出口烟温 鼓风机出口压力 空气预热器出口空气温度 省煤器进口水压力 省煤器进口水温 省煤器出口水压力 省煤器出口水温 锅筒出口热水压力指示并报警 锅筒出口热水温度指示并报警 锅筒出口热水流量指示并累计 室外大气温度 烟通气剩氧 炉膛压力指示并报警 锅炉出水流量 锅炉房总出水温度、压力 锅炉房总回水温度、压力 表1

62 63 kzcd.chuandong.com 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM 算机将气象温度进行存储,绘制成气象实时曲线 和未来温度变化曲线报表,并同步传输至二级网 络负荷预测主机. 4.3 采集当前室外温度 热网调度管理中心获取三个分别安装在热源 动力锅炉房处、供热公司办公楼2米和40米位置处 的三个室外温度传感器,并将这三个室外温度传 感器所测量的值存储,绘制成历史曲线和实时曲 线,并同步传输至二级网络负荷预测主机. 4.4 确认未来5-24小时热网所需的总热量 由二级网络负荷预测计算机计算未来5-24小 时内本供热企业所需的总热量,计算软件在数据 库中提取前一天的热网总负荷数据、提取所对应 的气象数据、提取平均室外温度,通过取温算法 确定基本热量需求,计算程序提取未来24小时气 象数据所对应热量补偿表,提取当前室外温度所 对应的热量补偿表,由预测程序进行优化计算, 最终确认出未来5-24小时内热量的总需求量,并 将此量下发到热源动力锅炉控制中心和传送到一 级监控中心热网调度中心.

5 无人值守换热站的运行与管理 无人值守换热站是........