济宁东郊热电厂热网监控SCADA系统成功案例.doc

北京亚控科技发展有限公司
Wellintech Co., Ltd.

济宁市东郊热电厂热网监控SCADA系统成功案例
摘要：冬季采暖是我国北方地区城镇居民的基本生活需求。城市集中供热系统作为关系到人民生活水平的民生工程，他的发展对改善人民生活水平和改善环境发挥着重要作用。目前我国北方绝大部分城镇都已经实现了市政集中供热，但是有很多地区供热系统老化、能耗高、浪费大、环境污染严重问题也日趋显著。本文主要以济宁市东郊热电厂为例阐述如何实现对新建和改造的集中供热项目实现自动化软件监控管理以及实现自动化监控在城市集中供热系统中起到的重要作用。
一、 项目背景
济宁市东郊热电厂是1989年国家节能投资公司中标、山东省计委批复的小型节能热电联产项目，是济宁市城区规划中的主要热源点之一。隶属于济宁市国资委。现拥有在岗职工838人，厂区占地178亩。
 目前，全厂总装机容量为57MW，安装有15MW抽凝式供热机组3台，12MW背压式供电机组1台，配套安装130t/h煤粉炉2台，75t/h煤粉炉1台，130t/h循环流化床锅炉2台。年发电量2.5亿kwh，年供热量210万GJ。主要承担着济宁东部城区700万平方米城市居民冬季采暖和40余家工业企业的用汽任务。
东郊热电厂在济宁市委、市政府的领导下，以发展城市集中供热事业、改善城市大气环境质量为己任，在如何解决户暖热不均、能源消耗大、设备故障发现不及时、故障处理周期长等问题上做了深入的调查研究，借鉴同行业的成功经验，在2010年供热系统改造的同时建设了供热监控中心，实现对整个供热网络的自动化监控。该热网监控系统采用倍福PLC作为现场控制器，在厂级调度室建设以北京亚控的KingSCADA软件和工业数据库软件为核心的SCADA监控系统。
二、 SCADA系统结构
1. 系统架构图
根据系统网络层次和功能不同，将整个系统划分为四个层次，从下到上依次为：现场控制层、网络传输层、中心数据采集存储层、中心监控层。系统结构如图1所示：

图1：系统结构图
2. 主要软、硬件产品
Ø 软件产品：
首站监控软件—北京亚控组态王KingView软件
中心监控软件—北京亚控KingSCADA软件
中心数据库软件—北京亚控工业数据库KingHistorian软件
Ø 硬件产品：
首站控制器—西门子S7400PLC
分站控制器—倍福CX系列PLC
分站触摸屏—MCGS触摸屏
3. 软、硬件通讯方式
Ø 首站PLC与首站监控软件KingView—西门子S7400以太网通讯方式（局域网）
Ø 首站PLC与中心监控软件KingSCADA—西门子S7400以太网通讯方式（局域网）
Ø 分站PLC与中心监控软件KingSCADA—MODBUS以太网通讯方式（基于Internet的VPN网络）
Ø 分站PLC与分站触摸屏—MODBUS以太网通讯方式（局域网）
三、 SCADA系统介绍
1. 现场控制层
现场控制层根据供热网络结构分为首站和分站两种类型。
首站主要由西门子S7400PLC、路由器和上位监控组态软件KingView组成。首站监控包括现场PLC数据采集与控制和上位监控组态软件KingView的数据监视、控制、报警、报表、曲线等功能。
分站主要由倍福CX系列PLC、触摸屏和路由器组成。通过PLC与触摸屏的组合实现现场级的监视与设备控制。

2. 网络传输层
本系统基于网络运营商中国电信提供的Internet网络服务，在控制中心与各换热站之间搭建了VPN虚拟局域网络。用于实现各个换热站倍福PLC与中心监控系统组态软件KingSCADA之间的Modbus协议以太网方式通讯，从而实现将各个换热站PLC采集到的数据传输到监控中心软件系统，并把监控中心软件系统的控制命令或参数设置下发到各个换热站的PLC。
3. 中心数据采集存储层
中心数据采集存储层由两台数据采集存储服务器和一台Web发布服务器组成。两台数据采集存储服务器均安装北京亚控KingSCADA软件和工业数据库软件KingHistorian，两台服务器实现IO采集冗余、SCADA监控冗余、工业数据库镜像备份。
a) 数据采集存储服务器上安装的IOServer软件，用于从首站西门子S7400PLC和各分站倍福CX系列PLC采集供热管网数据、设备运行参数及状态等，然后将采集到的数据上发给KingSCADA软件和工业数据库软件。
b) KingSCADA软件实现首站与各分站工艺流程图实时数据显示、实时报警显示、数据报表、曲线查询显示、现场设备远程控制并读取控制反馈数据、全网平衡调节等功能。在数据采集服务器上安装此软件的目的主要是为工程开发调试与维护的专业人员使用。
c) 工业数据库软件KingHistorian通过其IOServer采集器功能组件获取IOServer的实时数据，并将数据进行压缩存储。该软件是专用于处理具有时序性、数据采集速度快、数据点数庞大特征的工业数据的专业数据库软件，具有存储、查询响应速度快，存储数据占用磁盘空间小等特征。
d) KingSCADA软件具有Web发布功能，将开发完成的工程画面发布到Web发布服务器，用户通过在IE浏览器输入Web服务器IP地址与工程发布访问路径即可看到与SCADA监控软件界面相同效果的监视数据。Web发布服务器与SCADA系统服务器通过硬件防火墙隔离，防止SCADA系统受外界干扰，保证SCADA系统安全运行。
e) IO采集、SCADA监控采用冗余配置，当其中一台服务器出现故障，备用机可以实现1s中内切换为主机，承担起主机所负责的工作，保证数据的实时性与完整性。
4. 中心监控层
中心监控层由两台KingSCADA客户端站及客户端站连接的两台大屏幕显示器组成，位于热电厂调度室，主要供热电厂工作人员与领导日常监视各站数据与设备运行状态，查询运行记录，操作人员输入正确的用户名和密码后可以实现对设备的远程控制与参数设定。
中心监控层KingSCADA客户端站具有和数据采集存储服务器KingSCADA软件完全相同的界面效果与功能。
四、 SCADA系统作用
1. 自动化监控
通过该SCADA系统实现了在调度室即可直观的看到热电厂所辖范围内的整体供热情况和各换热站供热参数、设备运转情况。操作人员登陆后可直接对设备进行远程控制和参数设置。全网监控界面如图2所示,从全网监控界面可以看到东郊热电厂所辖供热管网、供热站分部情况，并且可以看到各站点关键数据与故障报警。

图2：全网监控界面
a) SCADA系统监视的首站数据包括：
Ø 首站蒸汽、水的温度、压力、瞬时流量、累计流量数据监视
Ø 各进出汽、进出水阀门的开关状态、开度、调节反馈数据监视
Ø 疏水泵、循环泵、补水泵、凝水泵的启停状态、电气参数数据监视
Ø 换热器、补水箱液位数据监视
Ø 各水泵启停控制、各阀门开度调节
Ø 室外温度数据监视
b) 首站监视界面如图3所示：

图3：首站监视界面
c) SCADA系统监控的分站数据包括：
Ø 一次网供、回水温度、压力、瞬时流量、累计流量、热量、累计热量数据监视
Ø 二次网供、回水温度、压力、瞬时流量、累计、热量、累计热量流量数据监视
Ø 补水箱液位、补水瞬时流量、累计流量监视
Ø 二次网回水压力高高、高、低、低低限参数设定，补水箱液位高高、高、低、低低限参数设定
Ø 一次回水调节阀PID调节参数设定
Ø 补水泵、循环泵变频器频率设定与频率反馈
Ø 调节阀开度、流量设定与反馈
d) 分站监视界面如图4所示：

图4：分站监控界面
e) 分站设备远程控制界面如图5所示：

图5：分站设备远程控制界面
f) SCADA系统实时报表界面如图6所示：

图6：SCADA系统实时报表界面
g) SCADA系统历史曲线界面如图7所示：

图7：SCADA系统历史曲线界面
2. 全网平衡调节
通过KingSCADA软件内嵌全网平衡调节控件，实现了根据一次管网总流量、温度、各换热站所服务的面积、机组状态、实时进出水流量、温度、修正参数等数据自动按照设定时间周期调节各换热站阀门开度，并根据调节后的反馈数据修正调节算法，最终达到全网热量均衡分配的效果。
全网平衡调节界面如图8所示：

图8：SCADA全网平衡控制界面
3. 向能源管理系统提供原始数据
供热行业属于能源消耗大户，从根本上降低供热成本、有效的利用宝贵的能源，只有通过对大量原始数据的精确分析，才是找出减少能源消耗的有效途径。本系统通过工业数据库对全网供热过程数据的详细记录，并向能源访问管理提供了丰富的原始数据访问接口，为实现“节能减排”奠定了坚实的数据基础。
五、 总结
在东郊热电厂供热控制室，从流程图上能清晰的看出各个换热站的情况和所有机组显示的运行参数，工作人员可以根据室外气温变化发出操作指令实现各热站供热参数的自动反馈调整，并首次实现了各供热站的无人值守。
2010年11月16日上午，济宁市张市长率领市区有关部门领导到东郊热电厂视察供热工作时对该系统给予了高度的评价和赞许，如图9是济宁市东郊热电厂王厂长在SCADA系统大屏幕前向张市长介绍全网供热情况的照片。

图9：市长视察供热监控系统

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