城集中供热网自控和信息化技术

...wd......wd......wd...城市集中供热网自控及信息化技术白皮书〔版本号：V1.1〕同方股份数字城市科技公司二零零七年四月目录TOC\o"1-4"\h\z\u前言4方案构架图6第一章自控系统构造71.1典型网络构造71.1.1中控室硬件配置81.1.2通讯网络91.1.3热力站121.2软件构造131.2.1中控室局部的软件131.2.2通讯管理软件141.2.3热力站的软件15第二章上位机软件162.1组态软件162.1.1工程管理器172.1.2工程浏览器172.1.3设备管理与驱动程序172.1.4实时数据库172.1.5画面开发系统182.1.6报警和事件182.1.7趋势曲线182.1.8控件182.1.9报表系统192.1.10与数据库连接192.2.11网络连接192.1.12用户管理与系统安全202.1.13Web功能212.1.14软件接口222.2数据库系统222.3其它软件232.3.1热网全网平衡软件232.3.2水力计算软件232.3.3企业信息化软件23第三章通讯网络243.1局域网243.1.1系统构造243.1.2网络设备及配置要求253.1.3网络安全253.2拨号253.2.1系统构造253.2.2网络设备及配置要求263.2.3网络安全273.3GPRS及CDMA1X273.3.1系统构造273.3.2网络设备及配置要求283.3.3网络安全293.4ADSL及VPN293.4.1系统构造303.4.2网络设备及配置要求313.4.3网络安全32第四章典型系统及控制方法334.1直连系统334.2间连系统344.3混水系统354.4蒸汽系统374.5分布式变频泵系统394.6换热首站40第五章自主研发专业控制软件－热网全网平衡软件415.1软件权限的管理功能425.2控制参数修改的权限管理功能425.3全网平衡功能435.4一次网阀的时间表控制模式445.5二次网变频循环泵的控制功能445.6控制效果的评价功能455.7负荷预测功能465.8无扰切换功能475.9效果排行功能475.10控制方式选择功能47第六章城市集中供热企业信息化解决方案486.1ezONE业务根基平台486.2ezONE技术优势496.3ezPHS城市集中供热监控管理套件506.3.1系统配置管理506.3.2实时监控管理526.3.3报警管理536.3.4历史数据分析536.3.5报表管理546.4ezHFS供热收费管理套件546.4.1核心技术556.4.2权限管理576.4.3供热收费管理596.4.4缴费录入616.4.5减免录入636.4.6操作记录646.4.7定制查询656.4.8定制报表666.5地理信息系统676.5.1系统概述676.5.2地图管理子系统67地图数据管理67地形图的录入、修改和更新功能68调图与定位模块68查询统计检索模块68显示管网设施过滤69测量与动态标注69图档管理模块70数据转换模块70符号库管理与定制706.5.2管网设施管理子系统70管网设施查询管理70管网设施统计管理726.5.3WEBGIS管网地理信息发布系统73视图操作73定位74查询74显示过滤74第七章自主研发专业软件－水力计算软件〔HACNet〕747.1HACNet的主要功能747.2HACNet的主要特点757.2.1友好的用户界面757.2.2灵活的调节手段767.2.3直观而完备的输出显示767.2.4“单线制〞和“双线制〞767.3HACNet的主要构造76第八章典型业绩介绍778.1沈海热网778.2秦皇岛开发区热网788.3清华大学热网788.4太原二电热网798.5太原城南热网798.6太原西山煤电热网798.7大同市区热网808.8白山热网808.9辽源热网808.10荣城热网818.11兰州热网818.12同煤集团热网82前言城市集中供热是一种较好的供热方式，具有舒适、节能、环保、安全等特点。近年来，随着国家相关政策的出台，城市建筑的采暖方式越来越多的采用集中供热的方式解决。由于城市规模的不断扩大，城市集中供热网覆盖的范围越来越大，换热站的数量越来越多，供热面积越来越大。换热站的数量从十来个到上百个不等，供热面积从几十万平方米到上千万平方米不等。同方股份在背靠清华大学的情况下，从上个世纪八十年代末开场致力于城市集中供热自控技术的技术探索和具体工程工程的实施。经过近二十年上百个工程工程经历的积累，形成一套完整的、具有实际操作性的、适合中国国情的、为用户着想的城市集中供热网自控及信息化技术实施解决方案。其解决方案具有如下几个特点：一、工艺和控制的完美结合。控制只是对工艺的具体实现，一个自控系统能否完全满足用户的需求，关键在于是否完全彻底地掌握了系统的工艺。同方股份储藏有大量的暖通空调专业的技术人员，他们为每个工程提供具体的工艺方案。同时，我们也有大量的自动化方面的专业技术人员，他们可以保证把具体的工艺方案程序化。在过去近二十年的工程实施中，我们涉及到的具体系统包括：直连型系统、间连型系统、混水型系统、蒸汽换热系统、分布式变频泵系统、换热首站、区域锅炉房等。二、多种通讯解决方案。通讯系统是控制系统中的桥梁，通讯系统解决方案的好坏，直接影响到自控系统内不同设备之间的数据交换，对自控系统的完整性起决定性的作用。同时也影响到系统运行时维护的难易程度、运行费用等方面。通讯方案的选择也随相关技术的开展而不断地开展。通讯方式从早期相对来说比较经济的电流环、X.25方式开展到目前的局域网、拨号、GPRS、CDMA1X、ADSL及VPN等。本文对目前比较通用的几种通讯方式从技术、费用等方面进展了比较，可为用户根据当地的实际情况选用适宜的解决方案提供参考依据。三、彻底解决热网水平水力失调控制方法的提出和其在具体工程的广泛应用。同方股份根据近二十年的工程经历，结合国内城市集中供热网的运行特点，在清华大学教授的指导下，提出了适合国内城市集中供热网的控制方法－热网全网平衡控制方法。此控制方法可以很好的解决热网普遍存在的水平水力失调的问题。通过此控制方法在具体工程中的应用，解决了许多热网常年存在的冷热不均的问题，大大的提高了供热质量。同时，在热源运行及外部环境一样的情况下，通过上述控制方法在工程中的使用，比采用传统的控制方法所覆盖的供热面积增加，到达了节能的目的，为供热企业带来很好的经济效益和社会效益。四、设计阶段的管网分析。供热模拟计算的理论是较为成熟的，目前国内的设计研究单位所使用的大局部计算程序在实际工程中经检验也是切实可行的，但是这些计算程序的使用者普遍认为这些程序难于使用，在处理实际工程问题时存在许多不便之处，主要表现在以下几个方面：用户界面不好、程序的灵活性不好等。供热系统水力计算软件〔HACNet〕是由清华大学建筑学院和同方股份经多年潜心开发，最新推出的用于供热系统水力模拟及动态调节仿真的软件包，程序全部采用图形化输入输出，用户界面友好，使用简洁方便，核心计算程序依据流体网络理论，可准确求解任意构造的水力网络〔包括同程系统、异程系统及环形网络等〕，程序经过严格测试，计算准确、可靠。五、控制系统和企业信息化的结合。随国家信息化相关政策的推出，近年来，供热企业信息化的需求越来越多。我公司在致力于供热企业信息化的同时，将控制系统和信息化系统进展结合，为用户提供更加全面、完善的服务。目前我们提供控制系统数据的网络发布系统，实现数据的远程共享。提供供热企业的收费系统，通过收费系统可以实现根基信息管理、用户变更、个人缴费、集体缴费、打印发票、查询定制、报表管理等功能，并能根据客户要求，实现银行代收热费、交费记录导入财务软件等功能。通过此收费系统可以提高企业收费的电子化、快速化和经济化等。同时为供热企业提供GIS系统。方案构架图同方股份根据城市集中供热控制系统特点、供热企业运营的特点及业主未来的需求等方面提出了城市集中供热网自控及信息化技术的解决方案〔白皮书〕，该解决方案的构架图如下。该解决方案从下到上包括现场层、通讯层、控制系统监控中心层、企业信息化层等。用户可以根据自身的特点及需求构造成不同的解决方案。每层的具体技术方案请参见以下的各章节。第一章自控系统构造城市集中供热网的自控系统分为硬件局部和软件局部。本章将概要的描述上述两个局部。相比较其它行业的自控系统而言，城市集中供热网的自控系统具有其自身的一些显著特点，其主要为如下几点：热惯性大，滞后大。热网系统是一个大滞后的系统，采用常规的控制方法很难保证系统的正常稳定运行。系统的自动调节不仅与当前的数据有关，而且与历史的数据有关。热力站之间的耦合性强。热网系统是一闭式系统，系统各个局部是相互关联的，某一热力站运行参数的变化，会引起相邻热力站的运行状况，甚至会引起整个系统的运行状态的变化。城市集中供热网涉及的区域广，分散性大。系统的扰动因素多。如热源运行状态的变化、外界环境的变化〔室外温度、风力等〕等。同方股份根据其近二十年上百个此类工程的工程经历，同时在清华大学强大的支持下，形成了一套完整的城市集中供热网自控及信息化的解决方案。1.1典型网络构造典型网络构造如以以下图所示，从图中看出整个系统可分为三个局部：=1\*GB3①中央控制室(后文中简称中控室)=2\*GB3②通讯网络=3\*GB3③热力站1.1.1中控室硬件配置IO服务器IO服务器负责与现场控制器通讯，交换数据信息。与服务器配套的网络设备的具体配置根据通讯网络的具体方案而定。假设对实时数据采集稳定性要求较高的系统可配置多台IO服务器以冗余或热备的方式使用。历史数据服务器用于存储现场采集到的实时数据，形成热网的历史数据保存，历史数据可以用于分析热网的历史运行状况及故障的追索等功能。对历史数据备份要求高的系统，可配置多台历史数据服务器以冗余或热备的方式使用。Web服务器用于企业级网页发布。可以将系统的相关数据向广域网或企业内部的局域网进展发布，方便企业管理者通过网络的形式了解系统的运行情况，为管理者提供现代化的管理手段。工程师站用于工程实施过程中的开发和工程的后期维护工作，在工程师站中通常配置组态软件的开发版等相关软件，为系统的使用者提供系统的修改维护平台。操作员站在操作员站中配置组态软件的运行版本，为运行调度人员提供人机界面和实时及历史数据报表，并负责与IO服务器、历史数据服务器交换数据。通过相关的界面操作，操作人员可以对系统进展控制和管理。在一个大型系统中，可以配置多台操作员站以满足系统运行的需求。大屏幕大屏幕可以是传统的马赛克大屏幕系统，也可以是技术先进的背投系统。通过此系统，操作员可以很好的了解热网运行的全貌。同时，可以为企业的来访者提供系统介绍、企业介绍的平台。上述中控室的硬件配置只是典型系统的配置方案，在具体工程实施时，可以根据工程的具体情况进展系统配置的增减或服务器的合并运行。1.1.2通讯网络通讯网络作为连接中控室(如前提到的IO服务器)与现场控制器的通讯链路，其在设计中的合理性与运行中的稳定性对整个系统的可靠性起着至关重要的作用。通讯网络的硬件设备包括网络通讯电缆及相应硬件设备，如调制解调器、路由器等。如前文中提到的集中供热网的几个特点中所述，城市集中供热网涉及的区域广、分散性大这一特点对构建自控系统通讯网络的提出了很高的技术要求。在多年以前，由于公共网络的申请和使用成本相对来说比较高，故基本上采用的通讯网络都是由供热企业自行组建通讯网路，如电流环的通讯方式等。随通讯技术的不断开展及公共通讯网络相对低廉的运行费用的出现，目前解决通讯的最好方法是采用公共的通讯网路。采用这种方式可以得到更好的通讯质量、更高的通讯速率，可以同时兼顾数据、视频等方面的功能。目前清华同方在城市集中供热网工程中主要使用的通讯网络及简要特点如下文所述：局域网最为稳定的通讯形式，多用于区域面积较小，方便敷设通讯线缆的供热系统。初期成本高，需要自己敷设通讯电缆，后期维护费用较高，数据实时性高，运营成本低，假设单独构建私有专网络那么不存在安全问题。同时现场控制器系统需要支持IP协议，并带有相应网络接口(RJ45)。拨号用于区域面积较大，不方便自行敷设通讯线缆的场合。该通讯方式利用网络实现数据的交换，通讯电缆的敷设与维护工作由提供商负责，因此初期成本和维护费用低。由于需要向网络提供商(电信单位)交纳相应数额的使用费用，且价格因各地收费标准不一，所以运营成本在此不作过多评述，但总体来讲运营成本适中。通讯方式可以分为轮询拨号、点对点拨号和专线方式等。轮询拨号是对各个热力站轮流拨号，与某一个热力站通讯完毕后即断掉链路并与下一个热力站通讯。这样中控室中的一条线在同一时间内只能与一个热力站通讯，实时性较差，因此不推荐采用。点对点拨号与专线方式可保证每个热力站实时在线，实时性较轮询拨号高。但对应每个热力站需要配置一对调制解调器和两条线〔中控室和热力站各一个调制解调器和一条线〕，因此初期投资与运营成本比轮询拨号方式高。现场控制器需要连接调制解调器，因此必须配有RS232串行通讯口。中控室端需要配置一台或多台调制解调器，具体台数根据换热站的个数决定。为了便于设备的维护、调试及美观，我们推荐在中控室采用机架调制解调器的解决方案。GPRS及CDMA1X无线通讯网路，适用于区域面积大，无法敷设通讯线缆的集中供热系统。该通讯方式利用移动网络的数据通道进展数据交换，该网络通常由移动或网通等通讯提供商负责建造和维护，初期投资费用低，每个热力站需要配备无线网络接入设备，中控室端需要具备公网固定IP地址或固定域名。我公司推荐使用带公网固定IP地址的光纤接入方式。该通讯方式需要向网络接入商交纳相关费用，运营费用较高。无线网络的信号较容易受到外部干扰，且通信质量与当地网络信号强弱有关，因此该通讯方式稳定性较差。目前GPRS和CDMA1X的网络带宽有限，网络本身不保证数据的网络延时，实时性较差。中控室端具备的公网固定IP或固定域名使得IO服务器直接暴露于Internet上，存在安全问题，因此需要配备企业级防火墙。安全问题也可通过网络运营商(移动、联通等)提供的私有网络服务解决，这样可以使供热系统的网络与公网完全隔离，防止外部的攻击，也节省了防火墙等网络设备的投资。ADSL与VPN适用于区域面积大，不方便自行敷设通讯线缆的集中供热系统。该通讯方式利用公用网络的数据通道实现数据的交换，通讯网络的敷设与维护工作多由网络提供商负责，因此初期成本和维护费用较低。由于需要向网络提供商(电信单位)交纳相应数额的使用费用，且价格因各地收费标准不一，所以运营成本在此不作过多评述，但总体来讲运营成本适中。对于热网自控系统的应用来讲ADSL网络带宽大(可达256K以上)，因此采用这种通讯方式的热网系统的实时性较高，由于高带宽的网络的提供，同时可搭载小流量的视频监控系统。ADSL网络方案基于IP协议，因此与局域网通讯方式一样，现场控制器需要支持IP协议，并带有相应网络接口(RJ45)。同时在中控室端推荐采用高带宽的网络接入方式，如光缆等。各个热力站通过ADSL调制解调器接入Internet，因此只能得到动态公网IP地址，假设要得到固定私网IP地址需要使用VPN路由器搭建VPN网络，实现局域网设备的稳定通讯，也可由接入商提供私网服务以实现此功能应用。由VPN路由器构造的虚拟局域网通常采用IPSec协议，该协议中的密钥管理协议IKE提供安全可靠的算法和密钥协商，从而保证了网络的安全性。上文中简要列举了几种典型的通讯网络，然而每个城市集中供热系统各有其特点，根据自身特点及客观条件选择适宜的通讯网络对今后系统的稳定运行起着相当重要的作用。综合上文所述，下表列出了几种通讯网络的性能。初期成本运行成本维护费用实时性安全性稳定性网络接口区域面积局域网高低较高高高高以太网小拨号低适中低较低较高较低串行大GPRS及CDMA1X低较高低低较低低串行大ADSL较低适中低高高高以太网大由于热网区域面积大，各个热力站现场条件不同，从而所采用的接入方式也有所区别，所以同一热网自控系统中可能存在多种通讯网络。此外可采取双网冗余等手段提高网络的可靠性。关于通讯网络的详细表达请参见本文的相关章节。注：以上所提及的通讯网络均不可用于构建真正的实时系统，但对于热网控制需求来讲已经足够，所谓实时性上下是相比较而言。1.1.3热力站热力站中的硬件设备可分为两局部：一局部是负责测量参数和执行动作的传感器与执行器等，另一局部那么是负责现场逻辑运算与信息交换的现场控制器及网络设备。传感器包括温度传感器、压力传感器、流量计、液位计等设备。这些设备是负责测量现场实时参数的一次元件，输出工业标准模拟信号，并通过信号电缆与控制器的输入端口相连接。传感器实现现场信号采集的根基元件。此外传感器中也包括一些如智能流量计等的二次仪表，这些智能仪表可通过通讯网络输出数字信号供现场控制器采集。这些传感器应根据工艺要求满足相应精度与防护等级的要求。执行器包括阀门、变频器等设备，这些设备是热网控制系统的执行机构。通常该类设备接收由控制器发出的命令信号，执行相应动作〔开阀、关阀等〕，同时有些设备也能够通过输出口反响当前的状态信息。与传感器一样，执行器也应根据工艺要求满足相应精度与防护等级的要求。现场控制器最基本的功能是负责现场实时参数的采集，并根据控制逻辑操纵执行机构调节自动控制系统的运行状态。此外，控制器通过网路设备完成与IO服务器的数据交换工作。控制器种类繁多，在设备选型时应本着即要满足功能和今后扩大的要求又要物尽其能的原那么，防止一味追求高性能而带来的资金浪费。热力站的控制方案请参见相关章节。1.2软件构造软件在自动控制系统中的作用极为重要，它提供许多方面的系统功能，例如人机界面、历史数据的组织存储乃至控制方案的实现等。这些软件以功能模块的形式划分，本节中只对各个软件功能模块做简要功能介绍，详细表达请参见相关章节。软件功能的实现需要以硬件设备作为平台，硬件的具体构造确定了软件构造的划分。热网控制系统软件功能的各个模块也可分为三大局部，即中控室局部、通讯网络局部和热力站局部。1.2.1中控室局部的软件中控室局部的软件也成为上位机软件，如以以下图所示上位机软件可划分为如下几个功能模块。人机界面：图形化软件，为操作员提供监视与操作的图形化界面。设备驱动：负责上位机软件系统与硬件设备的数据交换功能。报警模块：提供报警功能，根据报警条件判断并产生正确的报警事件。实时数据报表：负责以表格的形式显示和打印实时数据。历史数据报表：负责以表格的形式显示和打印历史数据。趋势曲线：以趋势曲线的方式显示和打印历史数据。历史数据：负责组织存储历史数据以供用户查询，通常会使用关系型数据库。Web发布：提供Web发布功能，以B/S构造的软件构架提供人机界面功能。用户管理：提供用户级别的访问权限管理和用户信息的定制功能。软件接口：与其他系统交换信息的软件接口模块，如OPC、DDE等。全网平衡：解决热网运行中的水平水力失调问题。定制模块：根据客户的需求定制特定功能的模块。对于某个具体的热网自动控制系统来说，不一定配置上文提到的所有软件模块，视工程的具体情况和客户的需求而定。1.2.2通讯管理软件通讯管理软件负责完成系统中设备之间的数据交换工作，其主要功能如以以下图所示：通讯链路的管理，包括建设和撤除通讯链路等；信息数据的发送与接收；向用户反映通讯链路的状态与错误信息；数据链路的自动维护(如拨号网络中的断线重播功能)。对于采用不同的通讯方式的热网自控系统，通讯管理软件各有不同，也会以不同的形式出现。有些作为单独的应用程序运行于上位机，有些那么以控制系统驱动程序的方式出现，还有些那么运行于热力站的现场控制器中。1.2.3热力站的软件热力站的软件主要存储于现场控制器中，包括如下几个功能模块,如以以下图所示，其主要功能如下：现场控制逻辑：实现控制逻辑的软件模块；人机界面：用于现场显示和操作的人机界面；现场报警：提供报警功能，根据报警条件判断并产生正确的报警事件；接口软件：用于非本系统智能设备(例如其他厂家的智能流量计等)的接入。对于某个具体的热网自动控制系统来说，不一定配置上文提到的所有软件模块，视工程的具体情况和客户的需求而定。第二章上位机软件上位机软件是指运行于中控室端的各个功能软件模块，主要包括工业组态软件、数据库系统和其它软件等。在第一章中通讯管理软件与上位机软件从功能上被分为两局部，但在实际的热网控制系统中这两局部功能的软件密不可分。尤其是运行在上位机的通讯管理软件可能是组态软件的一局部(如驱动程序)，也可能是单独运行的应用程序通过软件接口与组态软件或数据库交换数据，因此本章中的内容也包括通讯管理软件。组态软件包含许多功能模块，如人机界面、历史曲线功能、报警功能、Web发布功能等。组态软件除具备这些基本的功能以外还应具有一些标准的软件接口，如ODBC、OPC等，这些接口可大大提高整个软件系统的可扩展性，使整个系统更加完善和具有定制性。2.1组态软件组态软件包含多个功能模块，各功能模块相互独立也相互联系。在下文将详细介绍热网控制系统中的几个基本软件模块的功能。这些软件模块可分为两大类即开发系统和运行系统。开发系统工程管理器：负责计算机内的所有应用工程的统一管理环境，具有管理功能，可用于新工程的创立及删除，并能对已有工程进展搜索、备份及有效恢复，实现数据词典的导入和导出等功能。工程浏览器：应用工程的设计管理配置环境，进展应用工程的程序语言的设计、变量定义管理、连接设备的配置、开放式接口的配置、系统参数的配置、WEB发布管理、第三方数据库的管理等。画面开发系统：应用工程的开发环境。工程师需要在这个环境中完成画面设计、动画连接、程序编写等工作。该系统应具有先进完善的图形生成功能；数据词典库提供多种数据类型，能合理地提取控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能进展简捷的操作。运行系统运行系统是组态软件的实时运行环境，在应用工程的开发环境中建设的图形画面只有在运行系统中运行才能实时反响现场的运行情况。运行系统负责从控制设备中采集数据，并存于实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来，同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视、存储功能，并按实际需求记录到历史数据库中。2.1.1工程管理器对于系统集成商和用户来说，一个系统开发人员可能保存有很多个工程文件，对于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的事情。工程管理器的主要作用就是为用户集中管理本机上的所有工程文件。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索指定路径下的所有工程，修改工程属性，工程的备份、恢复、数据词典的导入导出，切换到开发或运行环境等。2.1.2工程浏览器工程浏览器是组态软件的开发环境。在这里您可以管理工程的各个组成局部包括Web、文件、数据库、设备、系统配置、SQL访问管理器等。2.1.3设备管理与驱动程序组态软件把需要与之交换数据的硬件设备或软件程序都作为外部设备使用。外部设备包括PLC、仪表、模块、板卡、变频器等。按照通信方式可以分为：串行通信〔232/422/485〕、以太网、专用通信卡等。只有在定义了外部设备之后，运行系统才能通过I/O变量和它们交换数据。而完成交换数据功能的软件模块称为驱动程序。2.1.4实时数据库数据库是组态软件最核心的局部。在运行系统运行时，现场的设备状态及相关参数要以动画的形式反映在屏幕上，操作员在计算机前发布的指令也要迅速送达现场，所有这一切都是以实时数据库为中心环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典〞，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。2.1.5画面开发系统画面开发系统主要分为两局部功能动画连接：“动画连接〞就是建设画面的图素与数据库变量的对应关系。命令语言：工程人员可以利用其来增强应用程序的灵活性，用户只要按标准编写程序段即可，它包括：应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、自定义函数命令语言和画面命令语言等。2.1.6报警和事件报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过这些报警和事件用户可以方便地记录和查看系统的报警和各个工作站的运行情况。当报警和事件发生时，在报警窗中会按照设置的过滤条件实时地显示出来。为了分类显示产生的报警和事件，可以把报警和事件划分到不同的报警组中，在指定的报警窗口中显示报警和事件信息。2.1.7趋势曲线趋势曲线用来反响变量随时间的变化情况。趋势曲线有两种：实时趋势曲线和历史趋势曲线。这两种曲线外形都类似于坐标纸，X轴代表时间，Y轴代表变量的量程百分比。所不同的是，在您的画面程序运行时，实时趋势曲线随时间变化自动卷动，以快速反响变量的新变化，但是时间轴不能“回卷〞，不能查阅变量的历史数据；历史趋势曲线可以完成历史数据的查看工作，但它不会自动卷动〔如果实际需要自动卷动可以通过命令语言编程实现〕，需要通过带有命令语言的功能按钮来辅助实现查阅功能。在同一个实时趋势曲线窗口中可同时显示多个个变量的变化情况。2.1.8控件控件可以作为一个相对独立的程序单位被其他应用程序重复调用。控件的接口是标准的，但凡满足这些接口条件的控件，包括第三方软件供应商开发的控件，都可以被组态软件直接调用。组态软件中提供的控件在外观上类似于组合图素，工程人员只需把它放在画面上，然后配置控件的属性进展相应的函数连接，控件就能完成其复杂的功能。2.1.9报表系统数据报表是反响生产过程中的过程数据、运行状态等，并对数据进展记录、统计的一种重要工具，是生产过程必不可少的一个重要环节。它既能反响系统实时的生产情况又能对长期的生产过程数据进展统计、分析，使管理人员能够掌握和分析生产过程情况。组态软件提供内嵌式报表系统，工程人员可以任意设置报表格式，对报表进展组态。组态软件可为工程人员提供了丰富的报表函数，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等。既可以制作实时报表又可以制作历史报表。另外，工程人员还可以制作各种报表模板，实现屡次使用，以免重复工作。2.1.10与数据库连接组态软件的数据库访问功能实现组态软件和其他外部数据库〔通过ODBC访问接口〕之间的数据传输。它包括数据库访问管理器和相关的SQL函数。数据库访问管理器用来建设数据库字段和组态软件变量之间的联系，包括“表格模板〞和“记录体〞两局部。通过表格模板在数据库表中建设相应的表格；通过记录体建设数据库字段和组态软件之间的联系。同时允许通过记录体直接操作数据库中的数据。2.2.11网络连接组态软件的网络构造是真正的客户/服务器模式，客户机和服务器同时运行组态软件〔最好是一样版本的〕。在配置网络时要绑定TCP/IP协议，即PC机必须首先是某个局域网上的站点并启动该网。网络构造如以以下图所示：IOIO服务器登录服务器校时服务器客户端报警服务器历史记录服务器图2-1IO服务器：负责进展数据采集的站点。如果某个站点虽然连接了设备，但没有定义其为IO服务器，那么这个站点采集的数据不向网络上发布。IO服务器可以按照需要设置为一个或多个。报警服务器：存储报警信息的站点。系统运行时，IO服务器上产生的报警信息将会传输到指定的报警服务器上，经报警服务器验证后，产生和记录报警信息。历史记录服务器：存储历史数据的站点。系统运行时，IO服务器上需要存储的历史数据将会传输到指定的历史记录服务器上保存起来。登录服务器：登录服务器负责网络中用户登录的校验。在网络中只可以配置一个登录服务器。校时服务器：统一网络上各个站点的系统时间。客户端：某个站点被指定为客户后可以访问其指定的服务器。一个站点被定义为服务器的同时，也可以被指定为其它服务器的客户〔如一台机器被指定为校时服务器的同时也可指定为IO服务器的客户〕。2.1.12用户管理与系统安全在组态软件中，为了保证运行系统的安全运行，对画面上的图形对象设置了访问权限，同时给操作者分配了访问优先级和安全区，只有操作者的优先级大于对象的优先级且操作者的安全区在对象的安全区内时才可访问，否那么不能访问画面中的图形对象。此外系统管理员可根据需要添加、删除和修改用户账号及权限属性。为了防止其他人员对工程进展修改，在组态软件开发系统中可以对工程进展加密，当翻开加密工程时必须输入正确密码后才能翻开工程，从而保护了工程开发者的权益。2.1.13Web功能组态软件可提供了Internet/Intranet浏览功能，Web功能采用B/S构造，客户可以随时随地通过Internet/Intranet网络实现画面的远程监控，而远程客户端需要安装MicrosoftInternetExplore5.0以上或者Netscape3.5以上的浏览器以及JRE插件即可。如以以下图所示：内部网〔TCP/IP〕(发布工程画面)领导办公室领导办公室中控室中控室锅炉房在世界各个角落连接到万维网的PCInternet锅炉房在家里Web内部网〔TCP/IP〕(发布工程画面)领导办公室领导办公室中控室中控室锅炉房在世界各个角落连接到万维网的PCInternet锅炉房在家里支持多画面集成显示，实现运行系统图形相一致的显示效果；支持动画显示，客户端和服务器端保持数据同步，使客户端用户到达亲临其境的效果；基于通用的TCP/IP、Http协议，具有广泛的广域网互联；远程客户端系统的运行不影响主控机的运行，而客户端可以具有操作远程设备的能力。2.1.14软件接口组态软件作为一个开放型的通用工业监控系统，可支持工控行业中大局部国内外常见的测量控制设备。遵循工控行业的标准，采用开放接口提供第三方软件的连接〔DDE/OPC/ACTIVEX等〕。用户无须关心复杂的通信协议原代码、无须编写大量的代码。通过图形生成、数据统计处理程序代码就可以方便快捷地进展设备的连接、画面的开发、简单程序的编写从而完成一个监控系统的设计。2.2数据库系统数据库系统在各个行业中的应用已经较为普遍，热网控制系统也不例外。前一节中描述的组态软件中已经提及组态软件本身的实时数据库和历史数据库，对于一般的热网控制系统来说，上述的数据库功能已经符合功能要求。然而对于系统复杂、数据量大、保存时间长且需要实现复杂查询功能(例如生成复杂的总结性报表等)的热网控制系统来说，组态软件本身的数据库功能和性能已不太适用。通常实现历史数据存储与查询功能的手段是配置数据库系统，例如SQLServer、Oracle等。组态软件和后台计算程序通过ODBC、JDBC等接口与数据库系统交换数据，一方面组态软件或其它程序(如后台计算程序)将实时数据写入数据库系统中作为历史数据存储；另一方从数据库系统中查询历史数据用以生成报表和曲线等，以供分析系统运行情况。数据库系统可为多项应用提供服务，这些服务需要利用相应历史数据做查询与分析，这些应用包括：历史数据报表生成后台控制策略计算Web发布GIS软件应用收费软件2.3其它软件其它软件目前主要包括：热网全网平衡软件水力计算软件企业信息化软件通常热网全网平衡软件在集中供热网络系统的控制中起着决定性作用，全网的控制策略由该软件实现，因此在大多数的热网自动控制系统中配置该软件，而其它软件那么根据需要配置。2.3.1热网全网平衡软件集中供热网络的控制策略对于其运行的质量起着至关重要的作用，同方股份根据近二十年的工程经历，结合国内城市集中供热网的运行特点，在清华大学教授的指导下，提出了适合国内城市集中供热网的控制方法－热网全网平衡控制方法。此控制方法可以很好的解决热网普遍存在的水平水力失调的问题，解决了许多热网常年存在的冷热不均的问题，大大的提高了供热质量。同时，在热源运行及外部环境一样的情况下，通过上述控制方法在工程中的使用，比采用传统的控制方法所覆盖的供热面积增加，到达了节能的目的，为业主带来很好的经济效益和社会效益。2.3.2水力计算软件水力计算软件〔HACNet〕用于在设计阶段进展管网分析。具体功能请参见相关章节。2.3.3企业信息化软件企业信息化包括地理信息、收费、Web发布等套件。具体功能请参见相关章节。第三章通讯网络通讯网络是热网控制系统的一局部，作为连接上位机与现场控制器的通讯链路，其在设计中的合理性与运行中的稳定性对整个系统的可靠性起着至关重要的作用。通讯网络包括硬件网络设备和通讯服务软件。通讯服务软件可能部署在通讯设备中，也可能在上位机或现场控制器中。在第一章已对多种通讯网络做了简要介绍和比较，本章将对几种常用的通讯网络做出详细描述。3.1局域网3.1.1系统构造局域网在工业自动控制系统中的应用非常广泛，几乎每个设备厂商都有自己相应的以太网模块。采用以太网作为通讯网络的自动控制系统构造较为简单，如以以下图所示。所有设备均需要支持以太网，具备RJ45通讯端口。3.1.2网络设备及配置要求中控室端：10/100M以太网卡网络交换机热力站端：控制器支持RJ45接口网络交换机(热力站存在多个上网设备时需要)3.1.3网络安全因局域网与外网完全隔离，不存在网络安全问题。3.2拨号3.2.1系统构造拨号网络是目前热网控制系统中应用最为广泛的通讯方式，它利用了公共拨号网络，解决了热力站分散，地域面积大而难于敷设通讯线缆的问题。其方式包括轮询拨号与点对点拨号。由于轮询拨号方式实时性差，不适用于全网同时调控的要求，因此不推荐采用，本节只讨论点对点拨号方式的网络构造。点对点拨号方式系统构造如以以下图，中控室端通讯服务器中配置多串口卡用于扩展多个串行通讯口，串口的数量依据热力站数量而定，而这些串口用于连接中控室端的调制解调器。每个热力站需要申请一条直拨线，在中控室端需要申请同样数量的线，每条线都与调制解调器相连接。在该网络中，中控室端作为主叫方，通讯服务器软件控制中控室端的调制解调器向热力站拨号，当双方调制解调器握手成功后便可通过载波信号建设起一条串行的数据链路，通讯双方便可以像使用本地串口通讯一样使用该链路交换数据。热力站端的调制解调器作为被叫设备负责应答来自上位机的呼叫，同时该调制解调器通过RS232串行通讯口与控制器设备连接，因此控制器必须具备RS232串行通讯口。中控室端我们推荐采用机架式的调制解调器。同时要考虑换热站的调制解调器与中控室的调制解调器的兼容性问题。3.2.2网络设备及配置要求中控室端：多串口卡机架式调制解调器与热力站等数量的直拨线热力站端：调制解调器直拨线控制器需支持RS232串行通讯3.2.3网络安全因拨号不存在Internet访问，因此也不存在网络安全问题。但如果线被他人盗用会造成某一个热力站的通讯失败，因此最好向电信单位申请呼叫限制服务以防止盗用线现象的发生。3.3GPRS及CDMA1X3.3.1系统构造GPRS在监控系统中已被广泛使用，其网络构造绝大多数采用一个具有公网固定IP地址的Internet节点作为中心点，而其他站点采用GPRS移动设备作为接入点，构造如以以下图所示。中控室端的中心点通常采用光缆接入，并且可获得公网固定IP地址或固定域名，这样才能使热力站端的GPRS设备可访问到中心点提供的服务。通讯服务器需要运行通讯服务软件，用于管理通讯链路和实现数据交换功能。热力站端的接入设备称为GPRSDTU，该设备可自动登录GPRS网络，并通过Internet与中心端IP建设连接。此外该设备与热力站控制器之间多采用串口连接，可将来自于Internet的IP数据包中的内容通过串口发给控制器，同时也可将控制器发送过来的串行数据打包成IP数据包转发给中心端的通讯服务器，这样便实现了上位机与控制器之间的数据交换。我们推荐中控室端采用公网固定IP地址的光缆接入。3.3.2网络设备及配置要求中控室端：通讯服务软件企业级硬件防火墙(考虑网络安全时选用此设备)网络交换机公网固定IP地址或Internet域名较为稳定的Internet接入方式，推荐采用光缆接入接入带宽2M以上〔对大型的系统，应该提供更宽的带宽〕热力站端：GPRSDTU(含天线)SIM卡控制器需支持RS232或RS485串行接口的通讯方式3.3.3网络安全1中心点的公网固定IP地址较容易受到外部攻击解决方案：=1\*GB3①对于该IP地址不单用作GPRS中心节点且用于企业网页发布和Internet访问的用户来讲，需要增设企业级的防火墙等网络安全设备。=2\*GB3②对于只用作GPRS通讯的用户来讲可向中国移动申请APN(接入点名称)业务，这样可以使该IP与GPRS移动端的IP构成虚拟局域网，从而有效地将通讯网络与Internet隔离，免受外部攻击，但这样做会失去Internet的访问功能。2内部工作人员的网络管理问题中心点的公网固定IP地址可兼有GPRS通讯服务器和企业的网页发布、Internet访问服务等用途，这样可以使该IP地址使用效率大大增加也有利于减少企业重复投资。但如何管理内部人员的访问权限那么需要增设企业级路由器等网络管理设备，且需要专人负责管理和调试。对于不需要Internet访问的企业可直接向中国移动申请APN专线，专门用于GPRS通讯服务器。3移动端SIM卡的管理问题安装在移动端GPRS通讯设备上的SIM卡不单可以在一种通讯设备上使用，也可以在私人手机等设备上使用。因此申请SIM卡时最好屏蔽语音功能，以防SIM卡被他人盗用。3.4ADSL及VPN自动化系统设备中基于局域网技术的硬件设备种类繁多而且资源丰富，该网络的应用在本章第一节中已做详细阐述。然而局域网在热网控制系统中存在传输距离有限、网络建设及维护成本较高等问题，使得适应局域网的硬件设备受到一定限制。随着ADSL网络的广泛应用以及网络覆盖率的提高，目前已成为热网自控系统的主要通讯方式之一。ADSL网络可使多数基于IP网络协议的控制系统运行于其上，通过Internet解决了使用局域网的传输距离限制，而且网路的建设与维护工作多由网络提供商负责，费用也相对较为低廉。ADSL网络的应用有两种，一种是专用私网，另一种是VPN。专用私网是由网络提供商提供私网服务，网络上的各个终端可获得固定私网IP地址，系统构造与应用方法和局域网完全一样。然而在某些地区，网络提供商无法提供私网服务的情况下，各个ADSL终端得到的IP地址是动态的公网地址，这样使基于局域网的自控系统设备无法进展网络寻址。为解决这一问题可启用VPN路由器，通过Internet搭建虚拟局域网。虚拟专用网〔VPN〕技术是指在公共网络中建设专用网络，数据通过安全的“加密管道〞在公共网络中进展传播。这样便解决了局域网设备的寻址问题。3.4.1系统构造VPN方式的网络构造如以以下图所示，中控室端的接入方式多为光缆，这是由于中控室端需要较大的网络带宽，此外VPN网络的搭建需要中心端具有公网固定IP地址或域名。各个热力站端采用ADSL接入，该接入方式只能获得动态的公网IP地址。为搭建VPN网络需要在中心端(即中控室端)和各个热力站端配置VPN网关路由器。如以以下图所示，中控室端VPN网关后的局域网与热力站端VPN网关后的局域网已构成可相互访问的私有网络，Internet成为连接两个网段的中间环节。网关后的各个网络设备具有各自的固定私网IP地址，且由于ADSL的带宽较高，网络延时较小，因此几乎所有适用于局域网的自控设备均可运行在该网络上。由于ADSL的高带宽，在该虚拟局域网上可实现更多的应用，例如网络视频等功能。此外对于网络稳定性要求较高的热网控制系统来说，可在中心端配置两台VPN网关路由器，采用热备的方式工作。3.4.2网络设备及配置要求中心端(中控室端)：公网固定IP地址或Internet域名接入带宽2M以上〔对大型的系统，应该提供更宽的带宽〕VPN网关路由器网络交换机热力站端：ADSL调制解调器(通常由网络接入商提供)VPN网关路由器网络交换机控制器设备需支持局域网通讯，具备RJ45接口3.4.3网络安全VPN即虚拟专用网，是通过一个公用网络〔通常是因特网〕建设一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。通常，VPN是对企业内部网的扩展，通过它可以帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司的内部网建设可信的安全连接，并保证数据的安全传输。VPN可用于不断增长的移动用户的全球因特网接入，以实现安全连接；可用于实现企业网站之间安全通信的虚拟专用线路，用于经济有效地连接到商业伙伴和用户的安全外联网虚拟专用网。VPN架构中采用了多种安全机制，如隧道技术〔Tunneling〕、加解密技术〔Encryption〕、密钥管理技术、身份认证技术〔Authentication〕等，通过上述的各项网络安全技术，确保资料在公众网络中传输时不被窃取，或是即使被窃取了，对方亦无法读取数据包内所传送的资料。现在的VPN加密技术多采用IPSec或SSL标准，无论哪种标准都可保证数据在传输中的安全性，因此无需增设防火墙等网络安全设备。第四章典型系统及控制方法城市集中供热系统中，换热站按照不同的工艺可以划分为：直供、间连、混水、蒸汽等类型。其工艺流程图及我公司提供的控制方案分别如下：4.1直连系统被控设备包括：电动调节阀。电动调节阀的控制：压力保护控制：根据电动调节阀后的实际测量压力和供水的压力保护设定值，控制电动调节阀，使供水压力不会超高。此控制方法优先级最高，以确保系统的安全运行。温度调节控制：a、由热网全网平衡软件实现对电动调节阀的控制。我公司推荐采用此种控制方法。b、根据室外温度的实际测量值及业主提交的室外温度与回水〔供水〕温度的设定值对照表实现对电动调节阀的控制。此控制方法称为各热力站单独温度控制方法。4.2间连系统被控设备包括：电动调节阀、循环水泵、补水泵、补水阀。电动调节阀的控制：a、由热网全网平衡软件实现对电动调节阀的控制。我公司推荐采用此种控制方法。b、根据室外温度的实际测量值及业主提交的室外温度与回水〔供水〕温度的设定值对照表实现对电动调节阀的控制。此控制方法称为各热力站单独温度控制方法。循环水泵的控制：当循环水泵为变频泵时，可以提供两种不同的控制方式。第一种方式为控制二次网的供回水温差。这种控制方式中，根据二次网实际的供水、回水温度决定二次网的供回水温差设定值，以此设定值为目标值实现对循环水泵的控制。操作员可以在线修改每个换热站的此控制曲线。第二种方式为控制二次网的循环水总流量。此控制方法是根据热网或热力站的具体情况，设定每平方米每小时所需要的循环水流量，根据换热站所带的负荷〔供热面积〕决定本站的二次网循环水总流量设定值，以此设定值为控制目标实现对二次网循环水泵的控制〔在使用这种控制方法时，对流量传感器的要求高〕。补水泵的控制：启停泵的控制：当补水泵为启停泵时，采用有呆滞区的双位调节方法。当有多台启停式的补水泵时，采用累计运行次数的倒泵控制方法。变频泵的控制：根据二次网回水压力的实际测量值及本站的回水定压点实现对变频补水泵的控制。补水阀的控制：通过对补水阀的控制，以使补水箱的液位保持在合理的位置。4.3混水系统被控设备包括：电动调节阀、混水泵。电动调节阀的控制：压力保护控制：根据电动调节阀后的实际测量压力和供水的压力保护设定值，控制电动调节阀，使供水压力不会超高。此控制方法优先级最高，以确保系统的安全运行。温度调节控制：a、由热网全网平衡软件实现对电动调节阀的控制。我公司推荐采用此种控制方法。b、根据室外温度的实际测量值及业主提交的室外温度与回水〔供水〕温度的设定值对照表实现对电动调节阀的控制。此控制方法称为各热力站单独温度控制方法。混水泵的控制：当混水泵为变频泵时，可以提供两种不同的控制方式。第一种方式为控制二次网的供回水温差。这种控制方式中，根据二次网实际的供水、回水温度决定二次网的供回水温差设定值，以此设定值为目标值实现对混水泵的控制。操作员可以在线修改每个换热站的此控制曲线。第二种方式为控制二次网的循环水总流量。此控制方法是根据热网或热力站的具体情况，设定每平方米每小时所需要的循环水流量，根据换热站所带的负荷〔供热面积〕决定本站的二次网循环水总流量设定值，以此设定值为控制目标实现对二次网混水泵的控制〔在使用这种控制方法时，对流量传感器的要求高〕。注：混水型换热站的类型比较多，上述只是其中的一种类型。其它类型的混水型换热站，我公司也能提供完整的控制解决方案。4.4蒸汽系统被控设备包括：蒸汽电动调节阀、循环水泵、补水泵、补水阀、凝结水电动调节阀蒸汽电动调节阀的控制：a、由热网全网平衡软件实现对蒸汽电动调节阀的控制。我公司推荐采用此种控制方法。b、根据室外温度的实际测量值及业主提交的室外温度与回水〔供水〕温度的设定值对照表实现对蒸汽电动调节阀的控制。此控制方法称为各热力站单独温度控制方法。循环水泵的控制：当循环水泵为变频泵时，可以提供两种不同的控制方式。第一种方式为控制二次网的供回水温差。这种控制方式中，根据二次网实际的供水、回水温度决定二次网的供回水温差设定值，以此设定值为目标值实现对循环水泵的控制。操作员可以在线修改每个换热站的此控制曲线。第二种方式为控制二次网的循环水总流量。此控制方法是根据热网或热力站的具体情况，设定每平方米每小时所需要的循环水流量，根据换热站所带的负荷〔供热面积〕决定本站的二次网循环水总流量设定值，以此设定值为控制目标实现对二次网循环水泵的控制〔在使用这种控制方法时，对流量传感器的要求高〕。补水泵的控制：启停泵的控制：当补水泵为启停泵时，采用有呆滞区的双位调节方法。当有多台启停式的补水泵时，采用累计运行次数的倒泵控制方法。变频泵的控制：根据二次网回水压力的实际测量值及本站的回水定压点实现对变频补水泵的控制。补水阀的控制：通过对补水阀的控制，以使凝结水箱的液位保持在合理的位置。凝结水电动调节阀的控制：通过对凝结水电动调节阀的控制，以使汽－水换热器的液位保持在合理的位置。4.5分布式变频泵系统被控设备包括：分布式变频泵、循环水泵、补水泵、补水阀。分布式变频泵的控制：a、由热网全网平衡软件实现对分布式变频泵的控制。我公司推荐采用此种控制方法。b、根据室外温度的实际测量值及业主提交的室外温度与回水〔供水〕温度的设定值对照表实现对分布式变频泵的控制。此控制方法称为各热力站单独温度控制方法。循环水泵的控制：当循环水泵为变频泵时，可以提供两种不同的控制方式。第一种方式为控制二次网的供回水温差。这种控制方式中，根据二次网实际的供水、回水温度决定二次网的供回水温差设定值，以此设定值为目标值实现对循环水泵的控制。操作员可以在线修改每个换热站的此控制曲线。第二种方式为控制二次网的循环水总流量。此控制方法是根据热网或热力站的具体情况，设定每平方米每小时所需要的循环水流量，根据换热站所带的负荷〔供热面积〕决定本站的二次网循环水总流量设定值，以此设定值为控制目标实现对二次网循环水泵的控制〔在使用这种控制方法时，对流量传感器的要求高〕。补水泵的控制：启停泵的控制：当补水泵为启停泵时，采用有呆滞区的双位调节方法。当有多台启停式的补水泵时，采用累计运行次数的倒泵控制方法。变频泵的控制：根据二次网回水压力的实际测量值及本站的回水定压点实现对变频补水泵的控制。补水阀的控制：通过对补水阀的控制，以使补水箱的液位保持在合理的位置。4.6换热首站被控设备包括：蒸汽电动调节阀、循环水泵、补水泵、凝结水电动调节阀、冷凝泵。蒸汽电动调节阀的控制：根据室外温度的实际测量值及业主提交的室外温度与供水温度的设定值对照表实现对蒸汽电动调节阀的控制。循环水泵的控制：当循环水泵为变频泵时，可以选定一次网的供水流量作为其控制目标。补水泵的控制：启停泵的控制：当补水泵为启停泵时，采用有呆滞区的双位调节方法。当有多台启停式的补水泵时，采用累计运行次数的倒泵控制方法。变频泵的控制：根据一次网回水压力的实际测量值及本站的回水定压点实现对变频补水泵的控制。凝结水电动调节阀的控制：通过对凝结水电动调节阀的控制，以使汽