CN105607607A - 全集成数字热力系统 - Google Patents
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Abstract
全集成数字热力系统，现场智能采集和执行装置与控制器之间通过交换机连接在一起，直接通过以太网进行通信；各现场智能采集和执行装置支持太网接口，采用基于IP？v6的通信协议；监控中心和控制器之间通过以太网采用特定的加密协议进行通信，获取现场数据并控制现场智能采集和执行装置；监控中心提供开放的以太网接口，供智慧城市系统等其他第三方系统进行访问，获取数据；监控中心通过以太网直接访问视频摄像头、用户室温采集器、二级网调控装置，获取数据并发布控制指令，其优点是：通过数字通信方式接入网络，以通过规定的通信接口和数据格式进行数据交换，可以完成热力站自适应控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种热力系统,尤其涉及一种全集成数字热力系统。
背景技术
经过近十几年来的发展，通过对信息和自动化技术的应用，大型热力公司的热力站基本上实现了基础自控，并建设了上位监控系统，可以远程监控热力站，部分热力公司在热力站内安装了视频监控设备，可在上位监控中心远程视频监视热力站。传统的热力站通过控制器采集站内过程数据，控制站内设备，接受上位监控中心发过来的调控指令，以站内自控为主，根据预设的或者基于气象信息的二次供水温度或者二次回水温度控制对用户侧的热量供应。由于热力站是一个涵盖了站内自控、用户室内温度检测、二级网分支调控的全方位自控系统，单纯的依赖上位监控中心发过来的调度指令或者根据站内运行工况进行控制是无法满足未来智能化安全节能生产的要求的。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足而提供一种全集成数字热力系统。
本发明的技术方案是：全集成数字热力系统，包括控制器、现场智能采集和执行装置、用户室温采集器、监控中心、二级网平衡调控装置，现场智能采集和执行装置包括烟雾传感器、液位传感器、压力传感器、温度传感器、计量表、控制阀门等设备，现场智能采集和执行装置与控制器之间通过交换机连接在一起，直接通过以太网进行通信；各现场智能采集和执行装置支持太网接口，采用基于IPv6的通信协议；监控中心和控制器之间通过以太网采用特定的加密协议进行通信，获取现场数据并控制现场智能采集和执行装置；监控中心提供开放的以太网接口，供智慧城市系统等其他第三方系统进行访问，获取数据；监控中心通过以太网直接访问视频摄像头、用户室温采集器、二级网调控装置，获取数据并发布控制指令。
所述的控制器不具有传统的数字量和模拟量IO接口，外部接口仅为一个或多个以太网接口。
所述的现场智能采集和执行装置集成一个或多个以太网接口，传感器和计量表计直接通过以太网进行供电。
所述的二级网调控装置集成供回水温度、压力传感器，供水流量传感器计，回水流量电动调节阀等设备，并在主控模块上集成一个或多个以太网接口，主控模块和外部设备通过以太网进行通信。
与现有技术相比，本发明的优点是：所有的设备都可以通过数字通信方式接入网络，以通过规定的通信接口和数据格式进行数据交换，可以完成热力站自适应控制。
附图说明
图1为传统热力站自控系统结构框图。
图2为本发明的结构框图。
图3为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
全集成数字热力系统，包括控制器、现场智能采集和执行装置、用户室温采集器、监控中心、二级网平衡调控装置，现场智能采集和执行装置包括烟雾传感器、液位传感器、压力传感器、温度传感器、计量表、控制阀门等设备，现场智能采集和执行装置与控制器之间通过交换机连接在一起，直接通过以太网进行通信；各现场智能采集和执行装置支持太网接口，采用基于IPv6的通信协议；监控中心和控制器之间通过以太网采用特定的加密协议进行通信，获取现场数据并控制现场智能采集和执行装置；监控中心提供开放的以太网接口，供智慧城市系统等其他第三方系统进行访问，获取数据；监控中心通过以太网直接访问视频摄像头、用户室温采集器、二级网调控装置，获取数据并发布控制指令。
所述的控制器不具有传统的数字量和模拟量IO接口，外部接口仅为一个或多个以太网接口。
所述的现场智能采集和执行装置集成一个或多个以太网接口，传感器和计量表计直接通过以太网进行供电。
所述的二级网调控装置集成供回水温度、压力传感器，供水流量传感器计，回水流量电动调节阀等设备，并在主控模块上集成一个或多个以太网接口，主控模块和外部设备通过以太网进行通信。
从图2可以看出，热力站现场所有的设备都支持以太网接口，采用基于IPv6的通信协议。从理论上讲在IPv6模式下，固定IP地址几乎是无限的，因此可以做到地球上的每个设备都有一个唯一的IP地址供外界进行直接访问，有效解决设备进行互访的路径问题，未来的Internet必将兼容IPv6。
控制器和现场设备通过交换机连接在一起，直接通过以太网进行通信，通信协议可采用Profinet等实时以太网通信协议，控制器不再需要传统的数字量和模拟量IO接口即可采集现场传感器数据并控制现场机电设备。
监控中心和控制器之间通过以太网采用特定的加密协议进行通信，获取现场数据并控制现场设备。由于IPv6的可访问性，监控中心可以不经控制器，直接经过以太网访问现场设备，实现对现场设备的监视和管理。同样的，监控中心可以经过以太网直接访问视频摄像头，用户室温采集器，二级网调控装置，获取数据并发布控制指令。
监控中心同样提供开放的以太网接口，可供智慧城市系统等其他第三方系统进行访问，获取数据。
事实上，通过IPv6下的以太网，所有的设备都可以互联互通，如视频摄像头也可以获取现场设备的数据，一旦发现现场数据出现异常，视频摄像头会自动转向监视该数据来源的设备，并发送指令到上位监控中心，在上位监控中心弹出该视频画面，并附带报警数据。所述的控制器除采集站内数据，控制站内设备，接受上位指令这三项传统的功能之外，还可以直接获取用户室温数值，二级网分支调控装置工作状况等，从而能够根据站内运行状况，二级网运行状况和用户室内温度状况，结合热网监控中心调度指令进行调节，实现整个热网的最优化运行。
控制器与常规的控制器有所不同，不再具有传统的数字量和模拟量IO接口，控制器外部接口只有一个或多个以太网接口，衡量控制器差别的不再是IO接口类型和数量，而是以太网接口数量、通信速率、支持的通信协议和并发通信线程数量。
所述的现场智能采集和执行装置包括传感器、计量表、水泵、阀门等，不仅作为一个站点就地设备存在，由于它们具备了数字通信接口，可以允许其他的设备或系统如控制器、二级网调控装置、热网监控系统进行直接访问，不仅可提供过程数值给，还可提供诊断数据如设备故障状况，设备信息如设备使用时间等。设备管理功能直接集成到这些设备上，不需要使用额外的系统进行分析，可快速和便利的实现设备的全集成管理。现场智能采集和执行装置都会集成一个或多个以太网接口，传感器和计量表计可直接通过以太网进行供电。所述的二级网调控装置联入网络，基于热力站自控和用户室内温度情况，可根据热网监控系统计算的调控指令进行综合调整，动态均衡调控，实现二级网的水力平衡。新型的二级网调控装置集成了供回水温度、压力传感器，供水流量传感器计，回水流量电动调节阀等设备，并在主控模块上集成一个或多个以太网接口，主控模块和外部设备通过以太网进行通信。
考虑到未来的城市必将越来越智能化，热力站作为智慧城市不可或缺的一环，必然需要留有支持IPv6的以太网接口，供未来智慧城市系统接入进行管理。无论是通过热网监控中心的间接方式（连接热网监控系统，视频监控系统），还是连接热力站的直接方式（连接控制器、站点设备、摄像头），全集成的智慧数字热力站都支持，从而保证未来智慧城市在供热方面的顺利建设,实现智慧城市下的智慧热力生产。
具体操作流程如图3：
由于全集成的数字热力站可以获取城市、气象、热源、一级网、站内、二级网、用户等全方位的信息，可以根据这些信息进行热力站的自适应控制。自适应控制最主要的控制目标是在保障热网平衡和用户供热需求的基础上，最大程度的节能降耗。以公建和商建为例，对于公共商用建筑，存在非工作时间，在这些非工作时间内，除少量值班人员外，几乎没有人在建筑物里，这时可以在非工作时间即将来临前，将建筑物的供暖状态从正常模式切换到防冻模式，在保证管道不冻和建筑物最低室内温度情况下，最大程度的降低热力站的供热输出。同时，当建筑物快进入工作时间时，提前一段时间恢复供暖，快速加热建筑物，保证工作时间到来时，室内温度已经提高到标准供暖温度，满足用户的供热要求。一般的分时控制方式无法准确的把握降温和升温时间，无法保证供热的舒适度，节能潜力非常有限，因此必须采用基于历史数据分析和负荷预测的自适应控制算法。
降低负荷运行过程：在工作时间结束之前，提前一段时间逐步降低循环泵频率，直到满足二级网末端用户最低资用压头。待循环泵频率降到最低数值，调节阀运行平稳后，逐步关小调节阀开度，直到预设的最低数值，保证管网防冻要求。提前降低负荷时长根据历史数据和未来降负荷运行区间负荷预测情况得出。
防冻模式运行过程：
1）防冻模式运行过程中，参考两个数值进行报警和联锁保护，分别是用户室内温度值和二次回水温度值；
2）当用户室内温度值低于安全数值，进行报警，逐步开大调节阀开度，提高用户室内温度，保证用户室内温度不低于安全数值；
3）当二次回水温度值低于安全数值，进行报警，逐步开大调节阀开度，提高二次回水温度，保证二次回水温度不低于安全数值。
恢复负荷运行过程：
在工作时间到来之前，提前一段时间逐步提高循环泵频率，直到满足二级网管网流量要求。逐步开大调节阀开度，直到调节阀开度达到最合适的开度。该开度根据提前供热时长和用户负荷需求得出，开度应尽量小并在恢复过程中保持基本不变，以保证热网的稳定运行。实时监测用户室内温度值恢复速度，一旦用户室内温度恢复速度和预计的速度不一致，开大或关小调节阀开度，保证供热恢复速度，当用户室内温度恢复正常以后，控制器恢复正常控制回路运行。提前恢复负荷时长根据历史数据和未来恢复负荷运行区间负荷预测情况得出。
在整个自适应控制运行过程中，需要在热网监控中心根据历史运行数据建立出基于时间、用户类型、用户室内温度、室外温度、二次回水温度、循环泵频率、调节阀开度、二级网调控设备运行工况的数学模型，计算出在各种不同工况下每个热力站最优的提前降低负荷时长、提前恢复负荷时长、调节阀开度调整、循环泵频率控制等，并在运行过程中进行调整。因此，只有在实现全集成数字热力站，保证历史和统计数据准确的情况下，才能有效的进行热力站自适应控制。
Claims (4)
1.全集成数字热力系统，包括控制器、现场智能采集和执行装置、用户室温采集器、监控中心、二级网平衡调控装置，其特征在于：现场智能采集和执行装置包括烟雾传感器、液位传感器、压力传感器、温度传感器、计量表、控制阀门等设备，现场智能采集和执行装置与控制器之间通过交换机连接在一起，直接通过以太网进行通信；各现场智能采集和执行装置支持太网接口，采用基于IPv6的通信协议；监控中心和控制器之间通过以太网采用特定的加密协议进行通信，获取现场数据并控制现场智能采集和执行装置；监控中心提供开放的以太网接口，供智慧城市系统等其他第三方系统进行访问，获取数据；监控中心通过以太网直接访问视频摄像头、用户室温采集器、二级网调控装置，获取数据并发布控制指令。
2.根据权利要求1所述的全集成数字热力系统，其特征在于：所述的控制器不具有传统的数字量和模拟量IO接口，外部接口仅为一个或多个以太网接口。
3.根据权利要求1所述的全集成数字热力系统，其特征在于：所述的现场智能采集和执行装置集成一个或多个以太网接口，传感器和计量表计直接通过以太网进行供电。
4.根据权利要求1所述的全集成数字热力系统，其特征在于：所述的二级网调控装置集成供回水温度、压力传感器，供水流量传感器计，回水流量电动调节阀等设备，并在主控模块上集成一个或多个以太网接口，主控模块和外部设备通过以太网进行通信。
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