城市热网监控管理系统设计★

常世杰 吴桂云

(佳木斯大学信息电子技术学院,黑龙江 佳木斯 154007)

0 引言

伴随着房地产业的逐步兴起和基础建设体系的逐步完善，完成了乡村到城市的跨越，为营造和谐安定的社会氛围，提高人民幸福指数，城市热网也随之铺设开来，成为社会未来发展潜力的标志。

热网体系随城市规模的扩大而扩展、换热站的分块管理与管网设施的数据监督使城市热网的发展迎来新的挑战。迫切需要一款热网监督管理平台，将各个换热站、各管网通道以及用户站点数据进行综合分析处理，可实现热网系统运行的远程管理，有效实现对热网供热温度控制。因此，应用组态王KingView软件设计电脑端监控界面，硬件采用PLC可编程逻辑控制器，通过流量、温度传感器测量各管网底层信息，上传至PLC完成对供热系统的控制，连接至组态王完成对数据的采集分析。便于远程操作热网系统与热网信息采集，降低热网系统人力投入，对热网系统检修提供便捷，保障热网系统安全稳定运行。

1 城市热网系统分析

城市热网系统以集中供热为主要形式，以热电联产为主要热源，呈辐射状向周边供热。城市热网系统机构图如图1所示。详细划分为集中热源区、换热区、温控区、补水区与供热区五大块，热源区以热电厂为主，负责发电与供暖联合。换热区以换热站为核心，为温控区最主要的信息采集机构，负责一次管网供、回水温度和流量、二次管网供、回水温度和流量、补水与泄流的流量检测等，换热站中的换热器是进行热量交换的主要场所。温控区完成对整个运行系统的监控与操作，实现底层信息采集，电磁阀开度的调节与整个系统的停启。补水区负责维持管压平衡与流失水分的补充。供热区为用户层，是热网系统主要供热对象。

2 热网监控管理系统设计

2.1 系统功能规划

根据城市热网系统分析，城市热网监控管理系统应当具有以下功能：

1)可实时采集各站点检测信息，并进行分析记录，可直观呈现出城市热网系统的运行状态，对城市热网设备及管网维护提供便捷。

2)可实现手动到自动的自由切换，自动运行状态时，系统通过硬件PLC完成PID运算，降低预设值与测量值之间的偏差，当遇到突发事件时可根据实际情况切换到手动运行状态，实施人工干预热网运行状态。

3)可实现信息数据处理并绘制出相应变化曲线，可直观观察到温度流量的变化趋势，进行运行状态的预测与参数计算。

4)可实现声光报警，对于超过理想设定值一定变化范围时，进行声光报警并闪烁，同时系统自动记录对于时间节点系统反应状态，并后台自动生成文件，方便后期系统运维检查。

5)可实现在超高报警时，当报警信息持续一定时间，无人响应时实现自动切断支路管网，停止该网段运行状态，提高热网安全性与稳定性。

2.2 建立监控系统与硬件连接

系统上位机为计算机，界面展示为应用组态技术的监控管理平台，系统结构图如图2所示。上位机外设连接为打印机与声光音响等设备，便于对组态采集到的数据报表进行打印，当故障发生时实现对应的声光报警，具有较强警示作用。下位机采用PLC可编程逻辑控制器来控制流量电磁阀，通信模块与温度传感器与流量传感器相结合，完成系统底层的数据采集。

2.3 主界面

基于组态软件的电脑端城市热网监控管理系统设计，通过与硬件建立连接协同工作，实现远程数据采集与操作管理，页面信息与按键汇聚在主监控界面中，其他界面通过弹窗的形式展现。进行主界面监控管理系统设计时，需根据系统功能规划，初步确定整个监控过程中所需变量，所需变量分配表如表1所示。

表1 组态系统变量表

热网监控管理系统主界面如图3所示。涉及手动操作到自动操作方式的切换、温度变化曲线以及报警数据等按键功能，右上角时钟可实时同步电脑端日期，将所有反应数据及变量的变化展现在该界面中，每个数据均来自于位于热网系统底层的检测元件，准确的记录一次管网与二次管网的供、回水温度和流量，流量的精准统计保证了系统对热量控制的准确度。

在总热量一定的前提下，通过PLC对一次管网流量调节阀的控制进而控制一次管网温度，间接改变二次管网的温度，在二次侧温度过高时，直接减小二次管网流量的开度，可实现对二次管网温度的直接控制。界面上的四个指示灯反映出各节点的运行状态，绿色代表达到系统反应要求，红色表示系统进入标准运行状态。当用户层供热不足，即热负荷增大时，可开启第二台增压泵，提高二次管网压力，满足供热用户的热需求。

2.4 手动操作窗口

手动操作窗口具有相应调节阀开度设置，手动操作弹窗界面如图4所示。在自动操作被打断后，通过手动操作实现各个站点之间的调节，此时PLC的PID调节不起作用，运行状态跟随人工干预。通过操作员滑动实现对应调节阀开度调节，手动模式下需要人工实时监督操作，能够及时有效地对异常网段进行调节，降低热网维护难度，提升热网系统安全性与快速性。

2.5 温度变化曲线

热网运行中，操作员如需了解用户层温度情况变化，可通过点击主界面中“温度变化曲线”，弹出温度变化曲线窗口，室内温度变化曲线如图5所示。温度变化曲线反映出当前热网运行状态下，用户室内温度的变化，直接关乎到用户层体验，纵坐标为温度幅值，横坐标为时间节点，为方便工作人员对数值读取，在屏幕右侧显示当前温度具体数值。

2.6 报警数据

根据热网工艺分析，确定热网系统各个管网中温度变化正常范围，将热网运行控制在临界变化范围内。在组态中对被限制变量设定变化范围，当被限制变量变化超出范围将产生报警信息，提示工作人员对运行状态进行调整或检修。外设更高一级变化范围，使得该范围大于前一次设定范围，但仍在临界变化范围以内，目的是当温度变化超过初次给定范围，持续一段时间后仍旧没有操作人员处理时，根据程序实现调节阀的自动关断，代替人工人员候补操作，对产品安全具有双重保障，避免安全事故的发生。报警窗口如图6所示。对报警数据进行实时记录，并在电脑后台指定位置生成数据文件，该文件可作为日后系统运行维护参考依据，数据中包含系统运行时间与状态，报警数据与报警类型，发生异常的变量前后数值变化。正常运行时不显示，当发生异常时，恢复值无数据；系统正在恢复时，恢复值中对应当前调整的数据，以红绿交替的形式展现，可及时显示异常状况的发生并预警系统异常变化，提高热网系统安全性。

3 结语

通过应用组态王软件完成电脑端监控管理系统设计，将硬件PLC与组态画面建立连接，实时传输基层数据至电脑端实现基层数据采集，可直观反映出热网系统运行状态。同时在组态中通过相应算法进行必要的数据分析，使操作员对用户温度变化趋势了如指掌，可根据关键参数变化产生不同阶级的报警信息，并在后台将系统运行的历史数据保存。该平台的设计，便于对热网运行状况的监督与统计，可实现跨区域操作热网不同网段运行，对热网后期运行维护提供极大便利，保障系统安全稳定运行，提升用户体验感，降低热网系统的人力投入，具有较高的社会效益与推广价值。