一、前言
我國北方地區冬季目前普遍采用集中供暖方式進行供熱。熱電廠通過城市高溫供熱管道將熱水送至各居民小區、企業中的換熱站。在換熱站，高溫管道(以下簡稱一次網)中的熱水與進居室暖氣片(以下簡稱二次網)的熱水通過換熱器交換熱量。經過換熱后，二次網中熱水流入各居室中。
在以上過程中，供熱調度部門需要對分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數集中實時監視，控制換熱站中各設備的運行。同時，根據從現場監測到的各換熱站運行參數，調節熱電廠運行工況，保證冬季整個供暖的穩定運行。
我國現行的熱力站運行管理仍處于手工操作階段，影響了集中供熱優越性的充分發揮。主要反映在：缺少全面的參數測量手段，無法對運行工況進行系統的分析判斷;系統運行工況失調難以消除，造成用戶冷熱不均;供熱參數未能在最佳工況下運行，供熱量與需熱量不匹配;運行數據不全，難以實現量化管理。
搞好城市集中供熱工程，必須要全面提高供熱技術水平。因此，建立基于VPN網絡的自動監控系統，來實現各換熱站現場參數的采集、調度室與各換熱站的數據實時通訊控制，可以很好的解決上述缺點，可以有效提高供熱系統的自動化控制水平，并且能很大程度上提高供熱行業的管理水平。供熱工程中的自動控制對于保證供熱系統優質供熱、安全運行、經濟節能、環境保護具有十分重要的作用。
VPN(Virtual PrivateNetwork)虛擬專用網，是指利用公用電信網絡為用戶提供專用網的所有各種功能。
由于采用了“虛擬專用網”技術，即用戶實際上并不存在一個獨立專用的網絡，用戶既不需要建設或租用專線，也不需要裝備專用的設備，就能組成一個屬于用戶自己專用的電信網絡。
虛擬專用網是利用公用電信網組建起來的功能性網絡。不同類型的公用網絡，通過網絡內部的軟件控制就可以組建不同種類的虛擬專用網。例如：利用公用電話網可以構建“虛擬專用電話網”。
基于VPN網絡組建的熱網遠程監控系統有如下特點：
永遠在線并與數據中心建立通信鏈路，隨時收發用戶數據設備的數據，具有很高的實時性;
通信鏈路由專業運營商維護，免除通信鏈路維護的后顧之憂;
二、系統方案
整個熱網遠程監控系統如圖所示由三部分組成：現場換熱站控制部分、VPN網絡數據傳輸部分、調度室數據中心。通過VPN網絡WAGO以太網控制器把現場采集的數據會立即轉發到數據中心。
(1) 現場換熱站WAGO以太網控制器PFC(750-841/750-842)將各工藝參數實時采集后通過本地以太網將數據送往SYSLINK路由器;同時，還可通過SYSLINK路由器接收調度中心的指令。
(2) VPN數據傳輸部分在對VPN通信設備進行配置時預先輸入數據中心的固定IP地址。SYSLINK路由器收到PFC發來的數據后，通過虛擬的局域網發數據到中心服務器(SYSLINK路由器)。最后在監控中心顯示。
(3) 調度室數據中心 由ADSL MODEM、網絡服務器、防火墻、數據中心服務器、工作站。數據中心服務器通過ADSL Modem接收來自各換熱站的數據，并對數據進行存儲、歷史趨勢分析、報表打印等，其中一部分數據還傳送到全廠MIS系統。
三、 系統網絡
該系統主要是通過SYSLINK路由器兩臺和ADSL Modem兩臺以及電信部門的數據網絡來完成數據傳遞的。SYSLINK路由器主要完成WAGO PFC與調度中心數據傳輸轉發的任務。主要設置的參數如下：
(1) 本方案是通過SYSLINK路由器的VPN功能實現的，這樣用戶的實現成本比較低。如需要高可靠性數據傳輸。電信部門為這種應用提供了直接接入專線網絡的方式。網絡服務器通過專線方式直接接入internet，并獲得一個固定的IP地址。各熱交換站點數據路由到Internet網絡，監測點WAGO PFC也采用內網固定IP地址。采用這種方式組成點對多點網絡具有實時性好、安全性高的特點，但接入費用相對較高。
(2) 數據發送目的地，即數據中心服務器或者路由器的IP地址或者域名。
數據經SYSLINK路由器虛擬的局域網絡傳輸到到數據中心服務器。
網絡傳輸送來的各換熱站數據經Internet，通過ADSL Modem信號解調經防火墻和SYSLINK路由器后送達指定的數據中心服務器上進行數據接收處理，與此同時數據中心服務器擔負著向各換熱站發送相應控制指令數據的任務。各工作站從數據中心服務器上取得數據在各自的人機界面軟件上完成對各換熱站的監視控制、報警、歷史曲線等功能。
此外，在調度中心網絡中，網絡服務器與全廠MIS網絡連接，負責把熱網的各種運行參數送到MIS網上，供上一級相應MIS軟件完成數據分析、數據挖掘等功能，大大提高熱網運行的經濟性。在這里，網絡服務器與MIS網數據服務器的數據接口選用OPC，該接口使用方便、調試配置十分簡單。
四、系統工藝控制描述
該方案中，所采用WAGO PFC在各換熱站完成以下功能：現場溫度、壓力、流量、液位信號的采集;現場各調節閥的控制;現場電機、變頻器的控制及運行監視。在換熱站中，通過觸摸屏簡單易行的完成人機交互，控制各種設備穩定運行。對于現場調節閥及各種電機的控制，設計了就地控制、觸摸屏控制、遠程調度中心控制三種方式。
(1) 根據室外氣象溫度和二次網的供回水平均溫度調節一次網供水或回水管道上電動調節閥，從而改變一次網進換熱器的流量，保證二次網的供熱量。
(2) 根據室外氣象溫度、二次網的供回水溫度、供回水壓力共五個參數，來通過變頻器調整循環水泵的運行頻率，從而改變二次網的運行流量。(對于目前換熱站中循環水泵為變頻控制的采用該方案)。
(3) 根據恒壓點的實測壓力值與設定壓力值的比較偏差，來通過變頻器改變補水泵的運行頻率，保證恒壓點的壓力恒定。
(4) 其中，室外氣象溫度數據采用各新機組室外溫度加權平均后經中心站處理后送往各改造機組進行自動控制。
五、系統功能與特點
5.1 功能
該供暖監控系統(VPN遠程監控)主要完成對工藝流程的監測、控制以及數據的處理、存儲、分析以及報表打印等任務。
工藝流程顯示 顯示各換熱站工藝流程，包括溫度、壓力、流量、液位等工藝參數、所有設備運行狀態以及各控制回路的詳細參數等;
調節回路顯示 包括所有調節回路，可修改設定值、控制方式、調節參數等，并有實時趨勢圖便于進行PID回路整定;
設定值顯示 包括所有必需參數的設定值、控制方式、調節參數以及其它聯鎖值、報警值等;
報表顯示和打印
采用了DDE技術，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報表，借助Excel的強大功能，用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報表;
歷史數據的存儲與檢索 對重要的數據進行在線存儲，數據的存儲時間最長為10年?？梢酝ㄟ^歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數據;
控制
在監控計算機上可以進行遠程手動控制，使用鼠標、鍵盤控制WAGO PFC來啟動和停止現場的設備;
安全管理
對重要設備的操作、重要參數的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設備進行的操作、時間以及修改前的參數值、修改后的參數等，以利于進行管理及事故分析;
5.2 特點
(1) 先進性
本方案設計中不僅采用了先進的軟、硬件，而且著眼于企業“管控一體化”的需求，貫徹了數字化、信息化環保的先進思想，使企業生產數據的進一步智能應用成為現實。該方案使控制系統有機地成為企業整個IT架構的一部分。
本系統采用先進的計算機控制系統，主要用于城市熱網的生產控制、運行操作、監視管理?？刂葡到y配有可靠的硬件設備和功能強大、運行可靠、界面友好的系統軟件、編程軟件、控制軟件。
(2) 高可靠性
?、?與傳統的無線電臺傳輸相比，VPN網的數據傳輸抗干擾能力更強;
?、?現場控制站WAGO PFC對工藝過程的控制不會因監控計算機的癱瘓而受影響;
?、?現場控制站的WAGO PFC能夠在惡劣的環境中長期可靠運行，并且易配置、易接線、易維護、隔離性好，結構堅固、抗腐蝕、適應較寬的溫度變化范圍，平均無故障間隔時間(MTBF)15年。
(3) 強大的功能
?、?WAGO PFC的編程語言符合IEC61131-3標準，易學、易懂、易用;
?、?CPU內置軟PID，并提供了豐富的指令集及函數庫，用戶直接調用;
?、?組態軟件圖庫豐富，網絡功能強大，報警、報表、歷史數據以及二次開發功能完善而易用。
(4) 優良的開放性
?、?TCP/IP協議是目前開放性最好的協議，可以輕松進行系統擴展;
?、?組態軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，方便接入全廠MIS系統;
六、結束語
該方案實現了對換熱站運行參數的集中監視、控制，與老系統相比，可以大量的減少維護人員，部分換熱站還實現了無人值守，提高企業的經濟效益。與使用傳統無線電臺相比，該方案具備更好的抗干擾性(尤其是在城市中)、數據傳輸安全性。相信這種遠程監控方案將在城市管網、熱網、石油、地震檢測、電力等一些無線遠程數據監控中得到更大范圍應用。
京公網安備 11011202001138號
