1引言

　　城市熱網(wǎng)是將大量熱力用戶通過熱力管網(wǎng)連接起來，采用集中熱源提供熱量的一種供熱系統(tǒng)。我國北方地區(qū)冬季寒冷，供暖期較長，人口相對(duì)密集的地區(qū)供熱需求量大，城市熱網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛。

　　城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的作用是提高供熱系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平，為供熱系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供一個(gè)良好的支持環(huán)境[1]。gcs控制系統(tǒng)是一種新型的、集成了多種控制功能、可視化、網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)。以gcs控制系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用4c(computer，control，communication，crt)技術(shù)構(gòu)建出先進(jìn)的城市熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可使城市熱網(wǎng)具有自動(dòng)、高效、安全的運(yùn)行特征，對(duì)于節(jié)約能源、減少污染、降低運(yùn)營成本、提高人民生活水平等方面具有重要的意義。本文將針對(duì)熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建問題展開討論。

　　2城市熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)難點(diǎn)

　　2.1復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)

　　在一個(gè)城市的熱網(wǎng)系統(tǒng)中，換熱站的數(shù)量可多至上百個(gè)，地理分布非常分散;熱網(wǎng)也需要不斷進(jìn)行改擴(kuò)建、擴(kuò)容。這對(duì)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通信架構(gòu)的靈活性和可擴(kuò)展性提出了很高的要求。站控系統(tǒng)需對(duì)監(jiān)控中心提供豐富的通信方式，重要換熱站還需同時(shí)具備有線、無線的冗余通信方案。站控系統(tǒng)內(nèi)部也需提供各類常用通信接口，以方便地連接觸摸屏、專用控制器和變頻器等智能儀表。

　　2.2復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

　　由氣候條件和工藝特點(diǎn)決定，換熱站站控系統(tǒng)的模塊經(jīng)常安放在沒有環(huán)境控制的現(xiàn)場(chǎng)。因此站控系統(tǒng)必須具備較寬的環(huán)境適應(yīng)能力：

　　工作環(huán)境溫度范圍：(-35~ +70)℃;

　　工作環(huán)境濕度范圍：相對(duì)濕度5%～95%;

　　機(jī)柜(箱)ip防護(hù)等級(jí)：ip54;

　　系統(tǒng)部件ip防護(hù)等級(jí)：ip20。

　　換熱站中普遍使用的大功率變頻設(shè)備容易對(duì)站控系統(tǒng)產(chǎn)生較強(qiáng)的傳導(dǎo)性干擾，雷擊等干擾源容易通過通信線纜或供電線纜對(duì)站控系統(tǒng)造成干擾，換熱站常用的無線通信設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生空間電磁輻射騷擾，這就要求站控系統(tǒng)具備良好的emc性能。

　　2.3無人值守的站控系統(tǒng)

　　當(dāng)換熱站與監(jiān)控中心之間的通信中斷時(shí)，站控系統(tǒng)可以獨(dú)立地完成就地控制，并在本地保存工藝過程數(shù)據(jù)，當(dāng)通信恢復(fù)后將緩存數(shù)據(jù)續(xù)傳至監(jiān)控中心。換熱站站控系統(tǒng)的控制規(guī)模不大，但是信號(hào)類型豐富、控制類型復(fù)雜，既要保證回路控制的平穩(wěn)運(yùn)行，又要保證順序控制和連鎖保護(hù)的快速可靠。

　　換熱站控系統(tǒng)在供電中斷狀態(tài)下，站控系統(tǒng)的模塊不應(yīng)丟失程序，供電恢復(fù)后，站控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)、快速進(jìn)入正常工作狀態(tài)，不需要人為干預(yù)。通過滿足上述需求，使換熱站真正實(shí)現(xiàn)無人值守。

　　3基于gcs的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案

　　3.1gcs系統(tǒng)概述

　　由中控研發(fā)的gcs系統(tǒng)是一種具備通用性的工業(yè)自動(dòng)化控制平臺(tái)，在應(yīng)用領(lǐng)域上分為g3和g5兩個(gè)系列，兩系列之間可無縫連接。gcs控制平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 gcs控制平臺(tái)結(jié)構(gòu)

　　(1)g3是分布式rtu控制系統(tǒng)，產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

　　一體化設(shè)計(jì)、型號(hào)豐富，便捷地實(shí)現(xiàn)就地控制;

　　系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，支持各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);

　　支持多種通訊協(xié)議，可方便地鏈接第三方設(shè)備;

　　防爆，防腐，工作溫度范圍(-40~ 80)℃。

　　(2)g5是大型混合控制系統(tǒng)，產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

　　復(fù)雜模擬量控制和快速邏輯控制并重;

　　通信和i/o接口emc性能達(dá)到工業(yè)三級(jí)a等;

　　提供多種協(xié)議接口、支持多種操作平臺(tái);

　　支持全系統(tǒng)冗余配置，高可靠性。

　　g3與g5模塊都有大容量flash存儲(chǔ)器，用于數(shù)據(jù)的掉電保持和斷線緩存，使換熱站站控系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)無人值守。

　　3.2熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案

　　熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的整體拓?fù)湟妶D2。

　　圖2 基于gcs平臺(tái)的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　管理層所瀏覽到的畫面及各類圖表均由監(jiān)控中心上位機(jī)監(jiān)控軟件采用web發(fā)布，管理層可通過企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)或internet瀏覽各個(gè)監(jiān)控畫面、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，打印報(bào)表和實(shí)時(shí)分析，及時(shí)有效地掌控現(xiàn)場(chǎng)情況，實(shí)現(xiàn)換熱站無人值守。

　　換熱站中根據(jù)信號(hào)點(diǎn)的類型和數(shù)量確定rtu模塊的型號(hào)和數(shù)量，完成本地控制，并將換熱站的溫度、壓力、流量等運(yùn)行參數(shù)通過各類通信方式上送至監(jiān)控中心，接受監(jiān)控中心下達(dá)的指令。換熱站一般需配置觸摸屏或一體化電腦作為就地操作站。

　　監(jiān)控中心中每個(gè)操作員站安裝一套監(jiān)控軟件vxscada，它可以通過opc或dde實(shí)現(xiàn)與管理層工作站或第三方設(shè)備間數(shù)據(jù)共享，它還提供104規(guī)約、modbus和用戶自定義i/o驅(qū)動(dòng)用于異構(gòu)通信。過程控制網(wǎng)與管理層網(wǎng)絡(luò)通過防火墻進(jìn)行隔離。

　　監(jiān)控中心和各換熱站之間，根據(jù)通信距離、安裝條件、鏈接關(guān)系、節(jié)點(diǎn)數(shù)量、速率要求、成本控制等因素，可靈活選擇不同類型的通信方式，通常分為四大類：

　　利用控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程總線行進(jìn)通信;

　　經(jīng)由公網(wǎng)的有線或無線通信方式;

　　利用公共電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信;

　　建立無線局域網(wǎng)(wlan)進(jìn)行通信。

　　若通過公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)，無論采用有線或無線的方式，都可在監(jiān)控中心配置一個(gè)連接靜態(tài)ip的路由器。各換熱站相應(yīng)地配置接入公網(wǎng)的通信設(shè)備，如路由器、gprs dtu等。通信采用c/s模式，通信設(shè)備作為client，目標(biāo)地址設(shè)為中心站的靜態(tài)ip。這樣就形成了通過internet的數(shù)據(jù)透?jìng)髂Ｊ剑@種模式提供了極好的構(gòu)架靈活性和可擴(kuò)展性。

　　在每個(gè)無人值守?fù)Q熱站配置一臺(tái)在線式ups，有效確保供電中斷時(shí)能夠提供零轉(zhuǎn)換時(shí)間及高質(zhì)量的電源，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。ups具有供電中斷報(bào)警機(jī)制，當(dāng)系統(tǒng)停電并切換到ups供電后，由ups產(chǎn)生報(bào)警，通過站控系統(tǒng)上傳至監(jiān)控中心，便于工作人員安排故障檢修。

　　4應(yīng)用案例

　　某城市熱網(wǎng)項(xiàng)目中，設(shè)置首站換熱站(一次換熱站)一處，二級(jí)換熱站37處。首站換熱站的信號(hào)點(diǎn)較多、較密集，采用g5系統(tǒng)完成對(duì)換熱機(jī)組和循環(huán)系統(tǒng)的控制。二級(jí)換熱站的信號(hào)點(diǎn)較少，在每個(gè)換熱站采用g3系列模塊完成就地控制。由于二級(jí)換熱站的負(fù)荷調(diào)解回路與首站的蒸氣用量調(diào)解回路之間有聯(lián)動(dòng)關(guān)系，要求各個(gè)二級(jí)換熱站與首站之間進(jìn)行直接通信。整個(gè)熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的配置如圖3所示。

　　圖3 某城市熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

　　二級(jí)換熱站站控系統(tǒng)采用gprs vpn方式與首站站控系統(tǒng)通信。gprs dtu模塊可以自動(dòng)撥號(hào)與公網(wǎng)建立連接。監(jiān)控中心vpn server連接固定ip，每一個(gè)換熱站的gprs dtu都與這個(gè)ip地址建立通信隧道，這樣即使gprs dtu的地址變化，換熱站也不會(huì)丟失與首站的通信連接。如果有擴(kuò)建的需要，也可以很方便的增加遠(yuǎn)程連接的數(shù)量，只需按照這種方式配置新的gprs模塊即可。

　　所有二級(jí)換熱站配置的控制器模塊都提供以太網(wǎng)接口，可以直接連接gprs dtu模塊。gprs dtu以modbus tcp通信協(xié)議通過公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)透?jìng)鳌Ｊ渍緂5系統(tǒng)中配置以太網(wǎng)連接模塊，設(shè)置為modbus tcp server工作模式，各個(gè)換熱站的gprs dtu模塊設(shè)置為modbus tcp client模式，可以通過讀寫modbus tcp server不同地址的方法實(shí)現(xiàn)各個(gè)站數(shù)據(jù)的交互和區(qū)分，不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。

　　5結(jié)束語

　　基于gcs系統(tǒng)的城市熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)換熱站運(yùn)行參數(shù)的集中檢測(cè)、控制、上傳和下載，減少了維護(hù)人員的工作量，真正實(shí)現(xiàn)了換熱站的無人值守。在換熱站，基于混合i/o的rtu模塊充分發(fā)揮了配置靈活、開放性好、安全可靠、性能優(yōu)良、擴(kuò)展方便、易于調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)，使換熱站站控系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性有了可靠保障。在監(jiān)控中心的管理人員可以通過操作站監(jiān)控畫面或大屏幕清楚地了解各個(gè)換熱站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，使管理更加有針對(duì)性，有效的提高了熱力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平，為熱力系統(tǒng)的運(yùn)行管理提供一個(gè)良好的支持環(huán)境，節(jié)約了企業(yè)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1]，熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用將在集中供熱領(lǐng)域中越來越普遍。