供热网络计算机监测控制计量管理系统设计

集中供热混水直供采暖系记录算机

监测、控制、方案

设

计

书

一、系统规定概述

热力企业集中供热混水直供采暖系统重要为枝状管网，热网下设16个直供

式热力分派站，区域供热面积估计到达*万平方米。各站采用低温水直供，设

计供、回水温度85/60℃,温差25热网主干线由电厂换热站

引出，沿街敷设，除部分局部架空敷设外，其他均采用直埋敷设，主干线长

约4公里，最大管径*,最小管径*o整个系统规定要适应管网调整滞后大，

调整过程缓慢H勺工况，所有设备应在低温下长期工作且工作稳定可靠，一、二次

管网供热平衡好，供热质量高、系统能耗小。

供热站电气控制系统，采用14套PLC+彩色触摸屏方式（第一套方案）

或者采用智能仪表及智能控制器（第二套方案）并配置二次混水泵和补水泵采

用变频器控制柜，一次管网热水的流量、温度、和压力检测设备，调整二次网

循环水量和管网压力，从而到达控制整个系统H勺供热平衡。远程计算机监控系

统部分用于对现场控制站日勺数据采集和监测，通过有线通信方式可以在线完毕

系统参数H勺修改和监控，并按照预定的优化管理算法实现整个系统的在线优化

调度、管理。

系统构造图如下:

监控中心倜度中心

1、系统构造图

二、方案概述

（一）、设计原则

热网的建设与管理向着信息化、智能化的方向发展是当今都市供热系统发

展的重要趋势之一。建立智能化工厂、智能化的远程生产指挥调度系统适应了

安全、可靠、节能,高效管网系统的规定。

本设计根据国家有关设计规范（见附表）并结合企业需求进行方案设计，

从系统易于集成、性能可靠、操作简便、技术先进、扩展性强、维护以便设

计思想作为出发点，遵照如T设计原则：

1、稳定性和安全性原则：这是企业最关怀的问题，只有稳定运行的系统，才能保证

企业供热站集中调度监控系统平稳运行。能持续地运行，系统设计时在成本接受

的条件下定性、抗扰I蹿的设备是诞的。从系统构造、设备选择、产品供应

商的技术服务及维修响应能力等各方面均应严格规定使得故障发生的也许性尽

量少。即便是出现故障时，影响面也要尽量小。同步可有效地减少使用人员和

系统维护人员的麻烦。

2、先进性原则：在投资费用许可的状况下，系统采用当今先进的技术和设备，首先

能反应系统所具有的先进水平，另首先又使系统具有强大的发展潜力，以便该系

统在尽量的时间内与社会发展相适应。系统的技术先进性是系统高性能的保证

和基础，

3、可扩充性原则：系统设计时应充足考虑此后的发展需要系统应具有预备容量

的扩充与升级换代的也许。

、4、规范性原则：由于本系统是一种严格的综合性系统。在系统的设计与施工过

程中应参照各方面的原则与规范，严格遵从各项技术规定，做好系统的原则化

设计与施工。一切应从实际出发，使智能系统具有较高的实用效能。这也是智能

建筑在当今之因此能迅速兴起并发展的关键所在。

5、低成本低维护量：本设计力争有良好的性能价格比，所采用的产品应是简朴，

易操作，易维护，高可靠度的。

系统与否具有优良的性价比是判断一种系统优劣条件的重要根据。系统的易

操作和易维护性是保证非专业人员使用好一种系统的条件。高可靠度是保障系统

运行的基本规定，也是易维护性的保障。

我企业将本着上述设计原则来进行供热站集中调度监控系统的设计，并结合本

企业的技术实力与工程经验，慢个工程进行的安装、调试以及验收。

附录国家有关设计规范：

JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》

②GB/T50314-2023《智能建筑设计原则》

③GB50174-93《电子计算机机房设计规范》

④GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

⑤GBJ232-92《电气装置安装工程施工及验收规范》

⑥GB4943-95《信息技术设备（包括电气事务设备）的安全》

⑦GB/T75-94《安全技术防备规范工程技术规范》

⑧GB50198-94《民用闭路电视监控电视系统工程技术规范》

（二）、系统的功能特点

按照以上设计原则，在系统选型、设计调试及系统实行后应力争使本系

统具有如下功能特点：

本系统应具有监视、控制和管理三大功能：

网络监测功能：在监控中心，完毕对供热网的运行状态以及压力、温度、流

量H勺远程测量和监控；

控制功能：可根据热网运行状况以多种控制方式完毕对各供热站的供、问水

泵H勺启停、电动机转速、阀门开度等H勺远程控制；

管理功能：通过对热网工况的监测、计量和历史数据分析处理为热力资源的

调度和指挥提供重要的根据。

三、设计方案

1、供热系统现实状况分析

以往供热状况。采用低温水直供，管网供、回水设计温差取20℃,

由于热网首站循环水泵及一级管网均需要满足供热规定。根据我国CJJ34

-2002《都市热力网设计规范》规定：一级网主干线比摩阻控制指标

为30〜70Pa/m0如按6720mm管径计算，管网最大通水能

力为3200T/H,比摩阻为70Pa/m。由此可推出，既有供热管

网（一级网）合理通水能力应为2800T/Ho假如管网供、回水设计温

差取30℃,设计循环水量应为2522.IT/H,鉴于目前常见的

热网运行方案有直供方案、间接连接方案、混水方案。由于直供方案、间接连

接方案伴随系统的不停增容，管网的总循环流量也将不停增长，当到达热源

最大供热能力H勺时侯，系统总循环流量将到达饱和，并且热源日勺循环水泵也

将不满足规定，需增设水泵保证循环流量。此种状况下，原有的一级管网

需所有改造，费用投入非常大，同步热源的电耗也增大,，若采用间接连接方案,

新增负荷可通过提高一级管网的供、回水温差来处理，在保证一级管网的

流量满足既有管网水力口勺前提下，在每个站内设置板式换热器，同步换热站

内应设补水装置。此种改造方案需对既有的分派站进行重新整合，改造工作

量大，同步还应考虑到既有的分派站日勺建筑面积与否满足使用规定。在资金

比较困难和水源又比较紧张的前提下，这种方案难以实现。

2、系统方案原理

经调查目前企业已采用混水方案，常用混水方式有水泵旁通加压、水泵

回水加压、水泵供水加压三种。

(1)水泵旁通加压

混水泵设置在混水旁通管路上，运用水泵将二次网的一部分回水加压打

人一次网供水中混合加热，形成二次网供水，二次网的另一部分回水作为〜

次网回水返回一次网回水总管；一、二次网供回水上设置凋节阀，水泵采

用变频控制。此供热方式合用于一次网供水H勺高中压区。

(2)水泵回水加压

混水泵设置在二次网回水总管上，运用水泵将二次网回水加压，一部分

回水受混水旁通管路上的调整阀或者一次网回水管路上调整阀支配流人-一次

网供水混合加热，形成二次网供水，另一部分回水直接返回一次网回水总管;

一次网供回水上设置调整阀，水泵采用变频控制。此供热方式合用于一次网供

水的高压区且地势低洼处。

(3)水泵供水加压

混水泵设置在二次网供水总管上，一次网回水调整阀将二次网同水压力调

整至满足二次网确定系统静压，当一次网供水压力高于二次网回水静压时，

一次网供水侧电动调整阀在调整流量日勺同步一次网供水阀后压力与二次网回

水静压相持平衡，运用水泵将二次网一部分回水及一次网供水同步吸入混合

加热，形成二次网供水，另一部分二次网回水直接返回一次网回水总管；

一次网供水与一次网回水上设置调整阀，水泵采用变频控制。合用于一次网

供水的低压区。

结合企业供热现实状况和供热管网水力计算，确定混水方式采用水泵旁

通加压方式。为了对整个热网进行良好H勺控制凋节，在每个热力站设有微机

监控系统，即每个热力站都要安装三个压力传感器和三个温度传感器及两个

电动调整阀。此外，为了精确理解整个管网的流量分派状况以及对管网进行系

统参数辨别、故障诊断等，供回水总管之间还需安装流量传感器。设有微机

监控系统的混水连接热力站，可以保证混水热力系统安全、节能、稳定运

行。

(4)、详细方案如下；

2、热网系统图

3、热力站控制系统图

(1)运行工况的检测。检测热网运行工况，并在中央调度室中实时显示

各混水热力站的供、回水温度、压力及流量等运行参数，直接对整个热

网进行统一H勺调度和管理。

(2)故障及运行工况的分析♦。根据实际测量的参数及供、回水温度、压

力及流量曲线，分析运行工况，记录多种有关参数，及时发现系统出现的

多种异常现象，并由此分析鉴定系统也许出现的故障，迅速告知值班人员进

行故障处理。

(3)热网日勺控制与调整。整个热网集中控制，即以各个混水热力站供、回

水平均温度均匀为控制目H勺，在中央控制机控制下，统一对各混水热力站

进行调整，通过调整供、回水阀门的开度来调整管网的流量与混水温度，可

处理管网失调与冷热不均H勺问题。

(4)热力站无人值守。计算机控制系统可将热力站变为无人值守热力站，

这样可减少人员的开支，增长经济效益。

(5)减少改造费用。如采用混水供热方式仅相称于换热站供热方式1/3投

资。

(6)节省能源，减少运行费用。如采用混水供热方式站内年运行电费只需

采用换热站间接连接供热方式运行费用的1/3左右。

(7)为防止混水热力站停电时导致混水泵停止工作，可配置UPS不间断

电源。当个别站房停电时，可启用UPS不间断电源使一级管网的水直接进

入到顾客，以维持顾客H勺用热需要。

3、热力站控制系统的设计方案

14套热力站控制系统按规定提出如下两种方案：

A)、各热力站系统均采用PLC控制+HMI人机界面+变频控制

B)、各热力站系统均采用智能仪表+智能控制器+HMI人机界面+变频控制

热量计量预付费及闭路电视监控系统(可选)

1)子系统性能及功能配置

根据系统日勺实际状况，现场控制站日勺重要配置如下：

配置方案(一)

(1)主控制器CPU1个

(2)电源模块1个

(3)通讯转换模块1个

(4)数据输入输出模块：

2*AI：系统的压力、温度、流量、热量等；规定10点，实际配置14点。

l*A0：调整阀控制输出、变频泵控制输出等；规定3点，实际配置4

1WI：泵运行、停止、管道电接点压力表接点等；规定4点:，实际8点

1W0：泵启动、泵停止、电磁阀开关等；规定4点，实际8点

(5)人机显示模块1个

(6)变频器柜(一拖二)1台

(7)配电柜1台

(8)操作台1台

(9)不间断电源UPS(可选)

(10)上位机通讯卡1个

配置方案(二)

(1)、智能调整仪表3台

(2)、人机显示模块1个

(3)、变频器柜(一拖二)1台

(4)、配电柜1台

(5)、操作台1台

(6)、通讯转换模块1台

(7)、上位机通讯卡1个

(8)、智能控制器)1台

重要功能：

(1).数据的显示、运算、存储等功能

(2).数据与中央监控站H勺透明传播功能

(3).现场控制及远程/手动切换功能

分站的性能直接影响到整个系统口勺性能，分站应具有：

■高可靠性：能在较恶劣H勺环境下正常工作；

■良好出J兼容性及可扩展性:系统既可扩充站点又可随时增长每个站点出J监

控点数

■具有相对独立性：一旦失去主站通信不变化其原有运行状态。PLC一旦失

电或故障，不能变化现场电机、开关与阀门原有H勺运行状态。

2）设备选型

A、我们选用性能价格比较高的西门子PLC作为分站的控制系统；同步配有

具有原则热量计量积算、流量计量积算、系统参数存储记录、掉电时间记录、

防盗用记录、数据报表等功能的智能型触摸式液晶显示仪HIM；采用ZDVPEN01-SL

型通讯设备，实现分站与中央控制站的有线通讯。分站的系统构造如下图所示。

PLC实现对现场信号的采集、处理等功能，并把数据送至ZDVPEN01-SL实

现了数据的双向透明传播功能。D0P-D07211人机界面以数字、棒图、曲线等方

式显示压力、温度、流量、热量、合计流量、合计热量口勺参数，根据流量、温

度、压力信号，基于＜〈中华人民共和国国标GB/T2624-93＞》和IAPWS(The

InternationalAssociationforthePropertiesofWaterandSteam)原则，

计量模块提供参数和算法实现流量的高精度计量。

PLC采用德国西匚子电气企业出JS7系列PLC产品。德国西门子电气企业是

世界著名的控制设备制造的专业厂商，其产品在电力输配、工业控制与自动化领

域享有很高声誉，其业务遍及民用住宅、建筑、工业及能源和基础设施四大市场。

西门子电气企业在中国拥有多种培训中心、办事处、分企业及分销商，为顾客提

供周到的售后服务。

S7系列PLC是一款高性能H勺PLC,具有结实性、紧凑性及可扩展性等特点,

其开关量I/O最大可至470点，同步具有模拟量I/O、高速计数、以及网络通讯

等扩展模板，最大程度地满足对过程控制口勺多种需求。

B、DOP-DO7s211彩色触摸式液晶显示仪是台湾著名厂家的高科技产品。是

一种智能化日勺多功能二次仪表，适合对蒸汽时热量进行过程监测，总量累积及定

量控制；借助其记录与远传功能，还可随时调阅过程量变化的历史曲线或有关口勺

历史数据。新增长的掉电记录功能可记录仪表工作其间掉电发生H勺实时时间、掉

电次数及掉电时间累积值，及记忆最末次掉电时间、瞬时流量和流量累积值，在

设计上吸纳了当今电脑构造思绪：硬件上采用内带快闪存储器的新型微处理器,

扩充了大容量的数据存储区，显示屏采用大屏幕液晶图形显示板，软件上引入中

文WINDOWSH勺框架思绪，并采用了数据压缩技术。原则智能化的构造，高度地体

现了微处理器化仪表的优越性。可长期存储记录现场控制站的多种参数和数据。

该设备在人机操作与观测界面上都对老式二次表做了挑战性H勺改革，以中

文菜单引导组态操作，以丰富的图文数据显示测量成果，以明确的中文信息标识

画面内容的工程涵义，简洁直观地给人“智能”的感受。

带有丰富H勺通讯接口，可连接打印机、PLC、高速以太网，还可与上位机

进行数据传播，实现记录数据的集中管理。

C、电气变频控制部分

热力站的变频控制部分可选择具有通信功能H勺台湾台达企业的VFD系列风

机、水泵负载专用变频器，按一拖二方式设计。本设计暂未考虑系统供电网络日勺

电容赔偿问题。

D、智能调整仪表部分（方案二用）

该设备为可编程控制日勺调整器系列仪表，较原则功能型来说，增长了线性电

压控制讯号输出，并采用双回路输出控制，可用于控制系统中同步执行加热及冷

却控制，到达系统迅速反应抵达设定的规定。智能控制器取代了大量的继电器装

置，可以按照预先编制的功能程序完毕对现场设备的控制。

E、配电及现场操作设备

GGD2200*800*600配电柜及操作台1400*1200*600按有关电气原则就地制造,

F、通讯转换部分

采用国外可靠性能较高的产品。RST3000-232/485模块

3)重要控制产品的技术阐明：

(l).PLC技术阐明：

CPU单元：

S7-216：是西门子性价比较高的产品之一。具有内存扩展和通讯扩展端口，

Windows平台，支持梯形图、指令表、构造化文本、及流程图编程语言，支持浮

点数运算、变量代码编程及体现式编程，并提供PID等丰富的库函数和即插即用

的调试手段。

具有实时时钟；

内部可保护RAM：120K字；

集成闪存：16KB；

执行时间：0.15ms；

I/O模板

模拟量输入模板:8通道,0-20mA,4-20mA,

模拟量输出模板4通道模拟量输出，+/-10V,0-20mA,4-20mA

混合输入/输出模板：6AI/4Ao通道；10V,0-20mA,4-20mA

开关量输入模板，8、16、32点，24VDC,或220VC螺丝端子块；

开关量输出模板：8、16点1)0。24VDC,或220VC

开关量混合，16点输入/12点输出，固态，螺丝端子块；

环境规定：温度0C〜80℃,相对湿度10-90%(不结露)，工作电源范

围：AC190V〜240V

(2).智能触摸式显示屏技术阐明

重要技术指标：

ZD0P-A75CSTI)人机界面产品拥有256色STN彩色显示，人性化的使用界面,

高速的硬体构造，展现给顾客一种真恰好用的及可规划的输入界面。

产品特点：

支援各厂商既存及未来内PLC

迅速执行H勺巨集

通讯巨集

USB上载/下载

配方管理

两个通讯口可使用不一样日勺协定

在线/离线模拟

支援SMC卡

多重密码设置

技术规范：

显示屏：7.5，，，J，，，，FSTN(256色)

解析度：640*480像素

背光:CCFL*2/20230hrs

显示区尺寸:158.2*118mm

触摸屏：电阻式

功能键：5键

CPU类型:32位RISC微处理器(202.8MHz)

即时时钟：内建

应用程序存储区：3MbytesFlash

系统程序存储区:256KbytesSRAM(使用锂电池)

数据暂存存储区：32MbytcsSDRAM

串行通讯口：COM1(RS-232),COM2(RS-232/RS-485/RS-422),USB(Verl.1)

外部界面：4〜128MbytesSMC卡

供电电压：24VDC(-10%~+15%)

消耗功率:VOW

工作温度：0度~+50度

储存温度:-20度~+60度

湿度：10~90%RH,不结露

保护等级:NEMA4(操作面板)

冷却方式：自然冷却

外观尺寸(W*H*D):243.lmm*178.

开孔尺寸:(W*H):230mm*165mm

重量:950g

认证：UL,cUL,CE

（3）VFD・MBF变频器

技术规格特性：

任意V/F,恒转矩/变转矩控制；

变频器内置PID及RS485通讯控制功能，支持Modbus协议

压力，流量，温度等被控物理量区（设定与显示功能；

定量循环，定期循环（轮泵）功能；可控制四台；

工频/变频自动切换；

台达变频器逻辑控制功能最多可控制7台电机；

睡眠及自动唤醒功能；

三路模拟量输入信号信道（可作比例运算及加法运算）

二路模拟量输出（0-10Vdc/4-20mA信号）；

16段速及自动程序运转；

台达变频器节能运转；

内置DCReactor;

台达变频器电机合计运行记时功能等

V/F控制，无感测向量控制模式；

台达变频器内置PID功能及PIDdisable功能；

PG速度闭环精确速度控制;

输出频率0-400HZ

（4）现场检测和执行设备

按照顾客规定选择。提议选择ABB、横河、倍加福等产品

（5）智能调整仪表设备（方案二）

DTB4848CR调整仪技术规格；

1）.提供PID、On-Off、手动输入及可程控4种方式

2.）两组输出功能，可自动调谐两组PID参数

3）.可接多种热电偶（B、E、J、K、L、N、R、S、T、U、TXK）、白金电阻（PT100、

JPT100）、模拟电流（0~20mA、4〜20mA、）及线性电压（0〜5V、0-10V）

4）.最多可选择3组警报开关，各提供18种警报模式可供选择

5）.摄氏及华氏依使用者自行选择显示

6）.两种按键锁定功能（1：全按键2：只锁定功能键，上下键仍可操作）

7）.四种面板尺寸可供选择（4824、4848、4896、9696）

8）.全系列内置RS485通讯接口（ModbusASCII、RTU,波特率2400~38400）

9）.热电耦及白金电阻取样时间0.4秒/次，模拟输入取样时间0.15秒/次

10）,可程控可设定64组不一样设定温度及控制时间

11）.可选购CT（断线检知）功能，由警报设定输出

12）.可选购Event（事件）功能，可运用PLC或开关直接切换两组不一样的J设定

温度

13）.可选购Valve（阀位）功能机种，根据设定值H勺抵达与否来调整阀门H勺开度

D、现场检测部分

调整阀、变送器、也磁阀等现场检测和执行设备可按照顾客规定选择。

4、系统通讯设计

1）现场级网络

在通讯数据H勺传播上，我们采用RS-485和Modbus协议，完毕现场PLC与

主控站HMI之间的数据传播。

HMI内接插符合IEEE802.3uFastEthernet协议的通讯卡，完毕与上位

机通讯功能

2）管理级网络

采用IEEE802.3uFastEthernet和防火墙技术完毕控制中心计算机与热力

站控制网H勺通讯，实现热网监控和计量数据信息资源H勺共享。

5、系统监控站设计

1)硬件系统设计

(1).设备选型：

◊为保证控制中心计算机可以长期、稳定、可靠的运行，控制中心计算机

采用研华企业H勺PM336型工业控制计算机一台。

(2).计算机辅助设备激光打印机一台

(3)通讯卡一种。符合IEEE802.3uFastEthernet通讯原则

(4)监控组态软件一套

技术指标：

◊控制中心计算机：1台按目前原则配置工控机。24”彩色液晶显示屏

IPC-610/P42.0G/512M/80G光驱/软驱/键盘/鼠标

激光打印机1台HP-1007

◊UPS电源(提议采用)

额定容量：1KVA

输入电压：160-276Vac

输入频率：46-55HZ

输出电压：220VAe与输入同步(市电模式)

输出频率：50Hz(电池模式)

输出波形：正弦波

外接电池标称电压：36Vdc

转换时间：零中断

超载能力：110%T30%维持10秒钟后输出转为旁路

通讯介面：RS-232+Intel1igentSlot

操作环境：温度：0-40度湿度：20%-90%

外观尺寸(W*D*H)mm=145*405*220

重量(净重)kgs:7

2)软件功能设计

(1).操作系统：采用Windows2023。

(2).监控软件：采用“力控”通用型工控组态软件，无限点运行环境1套，

(3).监控系统功能：

“力控6.2”工控组态软件是目前国内广泛使用的工控组态软件，工业通用

组态软件。伴随Internet科技日益渗透到生产、生活H勺各个领域，自动化软件

的e趋势已发展成为整合IT与工厂自动化的关键。力控6.2立足于门户概念，

采用最新的JAVA2关键技术，功能更丰富，操作更简朴。整个企业的自动化监

控将以一