一、前言
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VPN網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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。
VPN(Virtual PrivateNetwork)虛擬專用網(wǎng)，是指利用公用電信網(wǎng)絡(luò)為用戶提供專用網(wǎng)的所有各種功能。
由于采用了“虛擬專用網(wǎng)”技術(shù)，即用戶實(shí)際上并不存在一個(gè)獨(dú)立專用的網(wǎng)絡(luò)，用戶既不需要建設(shè)或租用專線，也不需要裝備專用的設(shè)備，就能組成一個(gè)屬于用戶自己專用的電信網(wǎng)絡(luò)。
虛擬專用網(wǎng)是利用公用電信網(wǎng)組建起來的功能性網(wǎng)絡(luò)。不同類型的公用網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的軟件控制就可以組建不同種類的虛擬專用網(wǎng)。例如：利用公用電話網(wǎng)可以構(gòu)建“虛擬專用電話網(wǎng)”。
基于VPN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;
通信鏈路由專業(yè)運(yùn)營商維護(hù)，免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂;
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、VPN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸部分、調(diào)度室數(shù)據(jù)中心。通過VPN網(wǎng)絡(luò)WAGO以太網(wǎng)控制器把現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)會(huì)立即轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心。
(1) 現(xiàn)場換熱站W(wǎng)AGO以太網(wǎng)控制器PFC(750-841/750-842)將各工藝參數(shù)實(shí)時(shí)采集后通過本地以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)送往SYSLINK路由器;同時(shí)，還可通過SYSLINK路由器接收調(diào)度中心的指令。
(2) VPN數(shù)據(jù)傳輸部分在對VPN通信設(shè)備進(jìn)行配置時(shí)預(yù)先輸入數(shù)據(jù)中心的固定IP地址。SYSLINK路由器收到PFC發(fā)來的數(shù)據(jù)后，通過虛擬的局域網(wǎng)發(fā)數(shù)據(jù)到中心服務(wù)器(SYSLINK路由器)。最后在監(jiān)控中心顯示。
(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(chǔ)、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SYSLINK路由器兩臺(tái)和ADSL Modem兩臺(tái)以及電信部門的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來完成數(shù)據(jù)傳遞的。SYSLINK路由器主要完成WAGO PFC與調(diào)度中心數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)。主要設(shè)置的參數(shù)如下：
(1) 本方案是通過SYSLINK路由器的VPN功能實(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。電信部門為這種應(yīng)用提供了直接接入專線網(wǎng)絡(luò)的方式。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過專線方式直接接入internet，并獲得一個(gè)固定的IP地址。各熱交換站點(diǎn)數(shù)據(jù)路由到Internet網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測點(diǎn)WAGO PFC也采用內(nèi)網(wǎng)固定IP地址。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。
數(shù)據(jù)經(jīng)SYSLINK路由器虛擬的局域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降綌?shù)據(jù)中心服務(wù)器。
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(hào)解調(diào)經(jīng)防火墻和SYSLINK路由器后送達(dá)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(jí)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WAGO PFC在各換熱站完成以下功能：現(xiàn)場溫度、壓力、流量、液位信號(hào)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(dòng)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(dòng)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)(VPN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(chǔ)、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(chǔ)與檢索 對重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間最長為10年?？梢酝ㄟ^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(dòng)控制，使用鼠標(biāo)、鍵盤控制WAGO PFC來啟動(dòng)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(huì)自動(dòng)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(tái)傳輸相比，VPN網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力更強(qiáng);
?、?現(xiàn)場控制站W(wǎng)AGO PFC對工藝過程的控制不會(huì)因監(jiān)控計(jì)算機(jī)的癱瘓而受影響;
?、?現(xiàn)場控制站的WAGO PFC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
?、?WAGO PFC的編程語言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)、易懂、易用;
?、?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;
?、?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
?、?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;
?、?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);
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(tái)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。
（轉(zhuǎn)載）
