无人值守换热站监控系统软、硬件建设的探讨

单位：北京华远意通热力科技股份有限公司

作者：王欢  杜红波  万英华  张建华  张广耀

伴随人力成本的不断攀升，降低人工成本成为摆在劳动密集型产业面前的难题。供热企业亦是如此。无论是传统的集中供暖还是分布式供暖，换热站的巡视、监控、节能是一个历久弥新的问题。伴随着互联网、云计算应用越来越广泛，换热站的无人值守、远程监控成为了现实。对换热站的监控不再受空间距离的限制，降低了巡视的频率。异地监控、自动控制更加节能、便捷。

本文仅以我公司五矿铭品无人值守换热站项目为例进行阐述。换热站工艺设备及工艺流程在此不再赘述。

为什么要建无人值守换热站？那么要先了解这个项目的整体情况。该项目由1个锅炉房，3个换热站组成。其中2个换热站与锅炉房的距离较远，监控上无法采用传统的有线连接方式。需要巡站人员不停的在换热站进行巡视，增加了生产成本和劳动强度。为解决频繁巡站的问题，构建了这个监控系统。

在满足运行管理的需要基础上，综合安全、技术、成本等要素，采用了以下下方法进行系统建设。在下面对该系统的监测部位、控制原理、硬件配置、应用软件、硬件连接、网络通讯设置进行详细描述。

(一)监测部位：

监测部位包括：板式换热器一、二次侧供回水温度、压力；二次侧母管供、回水温度、压力；二次侧流量、热量；二次侧回水母管ph值；循环水泵入口压力；循环水泵变频器运行参数；补水泵水泵变频器运行参数；水箱液位。

(二)控制原理：

①压差控制：二次侧循环水泵采用定压差PID控制。利用供回水母管压差值控制

变频器频率输出，确保压差恒定；

②补水泵采用压力控制：利用循环泵入口压力控制补水泵变频器，压力值低于设定值进行补水，达到目标值停止补水，超过设定压力值上限进行泄水；

③气候补偿：在二次侧供回水温度的基础上引入室外温度测点， 按照拟定好的曲线，对板式换热器一次侧供水电动调节阀进行调节。

(三)硬件配置：

①就地传感器：压力变送器、热电阻、ph计、液位计；

②电动调节阀；

③ABB-ACS510系列变频器；

④PLC控制器：Siemens-S7-200、扩展模块（电源模块、通讯模块等）；

⑤触摸屏；

⑥通讯装置：PLC程序远程下载和监控模块（配合OPC云服务器使用）、通讯协议转换器。

(四)应用软件：

组态软件、PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN V4.0以及相关设备驱动软件等 。

(五)硬件连接：

①传感器：压力变送器、ph计、液位计、采用型号为ZR-KVVP-3X1.0的电缆与PLC扩展的模拟量模输入块进行连接。热电阻采用型号为ZR-KVVP-4X1.0的电缆与温度模块进行连接。通过以上方式实现对相关数据的采集；

②电动调节阀：通过UPS电源为其提供220V电源，通过ZR-KVVP-5X1.0电缆与PLC模拟量输入、输出端子连接。通过气候补偿功曲线实现对阀门开度的控制；

③热量表：该表的数据采集采用总线模式。通讯协议为M-BUS。为保证通讯协议与变频器一致，通过协议转换器将M-BUS转换为MOUDBUS协议。最后将转换模块与变频器的通讯接口进行串联后与PLC进行连接；

④变频器：运行参数采集上通过总线模式进行采集。控制上采用ZR-KVVP-3X1，0电缆与PLC模拟量输出端子连接，利用PLC中设定好的供回水压差值进行PID控制。

在硬件连接上，着重介绍一下采用总线通讯模式的优势：①.进行数据传输，提高了数据传输的稳定性，减少因干扰造成的波动或错误；②.提高了数据采集的便利性，通过编程即可选择所需的数据，更便于调整所需参数；③.减少了电缆的使用量，设备连接更加清晰、简洁；④从成本上看，减少了PLC扩展模块的数量。 

(六)网络通讯设置：

在介绍网络设置前先介绍一下OPC服务器,以便更方便的了解数据远传的方式。所谓的OPC是一种通讯规范，OPC基金会组织规定的一套规范，按照这个规范去把程序写出来，包括一个OPC服务器程序和一个OPC客户端程序，只要按照规范编写，就能保证OPC服务器能被OPC客户端访问。OPC服务器向下可以读取设备的数据，比如PLC、DCS等等。然后OPC服务器程序把这些读到的数据按规范要求开放在网络上，其他任意OPC客户端程序，可以远程浏览这些数据，并选择读取这些数据中需要的。

PLC程序远程下载和监控模块支持3G、4G、wifi、有线上网模式，不同通讯模式之间可以灵活切换。

PLC程序远程下载和监控模块通过串口（485或232）或以太网接口与PLC编程接口进行连接。若现场有多个带以太网口的设备，可以与该模块接入同一交换机。通过OPC服务器与该模块配套使用，只需电脑能够上网，便可实现以下功能：①.远程上传、下载、监视梯形图；②.使用组态软件远程监控PLC。

通过此模式可以对分散在各个锅炉房、换热站的PLC进行监控。可以实现对换热站的集中管理、监控。 

  基于以上系统的建设完成后，可以降低人工成本、提高运行效率、使系统更节能。随着运行工艺不断改进，可以对PLC硬件进行扩展、对程序不断优化。通过这种方式对监控系统进行构架，可以减少后期系统升级的投入。

单位：北京华远意通热力科技股份有限公司

作者：王欢  杜红波  万英华  张建华  张广耀

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