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  • 天津凱森集團智慧供熱管理系統應用案例

    摘 要

    凱森集團智慧供熱綜合管控平臺將自動化與信息化深度融合,實現集團供熱生產調度的信息化、現代化管理,整合生產相關信息資源,實現生產運行、調度優化、供熱設施監控及應急指揮的一體化管理。通過該系統,實現從熱源到管網再到換熱站的實時生產數據的實時監控與管理,便捷、高效地調整各種參數,合理、有效地分析歷史數據,及時、準確地處理供熱事故,從而達到科學調度、節能增效、提前預警、減少事故的目標。



    一、系統概述



    近幾年來,隨著城市的擴容建設,凱森集團在天津地區換熱站已由原來的33座增至64座,原監控系統和軟件已遠遠不能滿足現實需要。隨著凱森集團供熱管網的改造工程逐步深化,所轄換熱站的數量越來越多,供熱面積越來越大,集團集中供熱系統供熱區域廣、供熱面積大,使得各區域的距離遠近、管網質量、供熱設備等硬環境參差不齊,也存在著供熱效率低、供熱不平衡、能量浪費、熱網波動嚴重等諸多問題。傳統的供熱系統多以小區為單位,缺少集中協調和自動化控制;供暖運營水平落后,缺乏自動化和信息化運營,供熱問題難以及時診斷,集團急需通過自動化和信息化的手段改造供熱總控中心,實現轄區所有片區供熱、或多個熱力供熱站的聯合調控。


    二、項目目標




    完善凱森集團供熱管理信息系統,優化供熱監控子系統,并將系統建設成為集團智慧供熱管控平臺。凱森智慧供熱管控平臺以智慧供熱管理為主要業務,包括熱計量溫控節能、熱力管網調度監控、熱源廠自動化控制和熱力信息監管平臺四個業務模塊。

    熱計量溫控節能模塊,提供戶表集抄,室內溫控及供熱節能服務等。

    熱力管網調度監控模塊,以無人值守換熱站建設和改造為主,提供熱力管網監控和調度。

    熱源廠自動化業務模塊,主要為傳統鍋爐自控節能和環保業務。

    熱力信息監管平臺業務模塊,建設供熱專家系統,進行熱力信心中心和管理中心建設。






    三、系統架構



    系統網絡架構如下圖所示:




    凱森智慧供熱綜合管控平臺主要由三層組成:供熱站或換熱站、通訊網路和調度中心。

    換熱站等硬件設備,用于供熱過程數據的采集、控制和調節;底層是熱力站,是集團供熱流程的基本單元。

    通訊網絡平臺,通過有線或無線等方式,將換熱站、鍋爐、電廠熱源等狀態數據傳送到調度中心,同時接收調度中心發來的調度控制指令。

    調度中心,負責接收各現場監控設備發來的數據,并對數據進行存儲、分析、報警、報表打印、向各現場設備發出調度控制指令,為供熱過程如熱源負荷分配、熱網平衡與分析等提供決策依據。

    智慧供熱管控平臺主要由實時服務器、歷史服務器、工程師站、操作員站、Web服務器、供熱計量服務器、客服系統服務器等部分組成。調度控制中心的計算機系統按客戶機/服務器結構設置;局域網采用高速以太網;為了提高系統的可靠性,服務器采用雙機熱備、局域網冗余配置;操作員工作站、工程師工作站等均作為局域網上的一個節點,共享服務器的資源;服務器采用分布式結構,按功能將它們分開設置,以降低單臺服務器的負荷,提高系統的處理能力和可靠性,并便于管理。

    實時服務器,采用力控eForceCon 5.0產品,主要負責采集換熱站和熱源采集傳送來的現場過程數據,來完成實時數據的處理、存儲、統計、管理等功能,可以通過以太網與換熱站和熱源現場的控制器進行通訊,將操作員站的控制指令發送到換熱站和熱源現場控制器,實現控制要求。并為網絡中的其它服務器和工作站提供相關實時數據。

    歷史服務器,采用力控pSpace 6.1產品,作為智慧供熱管理平臺系統的核心,歷史服務器是分析展示軟件的數據來源,它可以實時記錄采集的各個換熱站和熱源的數據,長期保存,為今后生產運營提供數據支持,并為網絡中的其它服務器和工作站提供數據服務,能自動恢復通信中斷期間的數據。為了保證歷史數據服務器的數據安全性,配置兩臺服務器,以磁盤陣列的方式進行雙機熱備冗余。

    工程師站,進行工程開發的平臺,經過授權的維護人員(維護工程師),通過工程師站可以對整個系統進行維護,包括控制網絡的組態設置(網絡節點的增減、通訊速率的設置等)、人機界面(HMI)畫面的修改、現場過程數據采樣點和被控點的增減等。工程師站具有操作員站的全部功能,需要時可以作為操作員站使用。

    操作員站,總部調度室的操作員,在操作員站對各個換熱站和熱源進行監視、控制、產生報表和曲線。操作員站作為人機界面(HMI),通過多媒體手段(畫面、聲音等),為操作人員提供各個換熱站和熱源形象直觀的現場過程數據、過程報警、事件報警等;操作員可以通過輸入設備(鼠標、鍵盤等),向各個換熱站和熱源發送調控指令。

    Web服務器,是實時監控系統與管理應用系統之間銜接的服務器。實時監控系統將有關信息寫入Web服務器,并對其實時更新。Web服務器在管理信息網絡中以網站的形式出現,它既為管理系統提供生產信息,又避免了與生產實時監控系統等無直接關系的計算機直接訪問實時監控系統服務器。以方便快捷的方式為領導和管理者展示企業信息,從WEB提供的數據分析及專業應用工具中了解企業的運作。

    三維可視化平臺服務器,將換熱站和熱源、管網節點等設備以三維形式進行展現,操作人員可在三維場景中進行監控;三維可視化平臺可與供熱管控平臺無縫集成,在供熱管控平臺中可以隨時以二維、三維場景進行展示,也可以在異常情況發生時,隨時切換到相關的監測點,查看畫面情況及動態。

    供熱計量服務器,實現集團所轄區域供熱計費管理,做到現有全部客戶95%以上的業務覆蓋,主要包括:管網建設費、罰款、面積熱費、熱計量熱費、二次加壓費等。其余需求基本上可以通過實施人員現場調整實現全覆蓋,做到“系統不只是用來收熱費”。

    客服系統服務器,采用B/S方式部署,各使用單位和管理部門通過Web瀏覽器進行日常業務管理與操作,實現集中管理、分布式訪問,便于系統安裝、維護、更新。服務器響應客戶端請求后,對數據庫進行訪問及數據更新,并通過合成動態頁面返回到客戶端所需的信息。

    該系統軟件由力控ForceCon平臺組成,包括SCADA平臺軟件eForceCon 5.0、企業級實時歷史數據庫 pSpace 6.1、智能生產信息門戶集成平臺FinforWorx 、Web服務器軟件及相關應用軟件組成。該平臺產品覆蓋整個工業信息化領域,通過分布式實時數據庫的特點實現系統間的高效集成、級聯及擴容,可為企業用戶提供一個快速/高效的平臺產品,滿足各種工業信息化企業需求。

    平臺產品以“分布式實時數據庫”為核心搭建力控家族“工業控制消息總線”,并支持集成面向服務(SOA)系統架構的“信息服務總線”。消息總線和服務總線提供可靠通用的信息交互機制和廣域服務機制,實現整個系統間的安全高效的數據通信和應用集成。貫穿整個企業信息化業務,可以自由構建不同規模的應用,實現從底層工業現場控制(小型場站系統、嵌入式HMI)、到生產調度指揮管理(SCADA)及上層信息化管理(MES、ERP)的融合。




    四、應用功能



    凱森智慧供熱管控平臺是企業信息化建設的調度指揮中心,采集的各個換熱站、熱源廠等現場數據,并對采集的數據進行分析處理,做為整個管網調度依據。對整個熱力輸配管網進行生產調度,并對各個換熱站、熱源廠等現場設備狀態進行監控,及時對設備異常狀況進行維護調度,對突發事件進行搶修調度,對整個熱網輸配管網進行科學的調度和維護。

    1、 數據采集,在調度中心設立供熱實時數據庫,與供熱站、換熱站的現場監控系統或者控制板卡、PLC系統等進行遠程通訊,實現遠程數據采集、設備監控對工藝生產區進行監測報警,加強熱源、管網、換熱站的自動監控和管理,增強企業的事故反應和處理能力,保障供熱安全和運行經濟。

    2、 過程監控,供熱過程監控可以完成運行管理人員對供熱運行狀態的了解,可以顯示整個供熱系統部分參數運行狀態一覽表,如當前換熱機組的主要運行參數,以及工業流程圖等。根據運行操作、生產管理及設備管理人員的要求,提供完善、靈活的顯示方式,對生產過程進行有效的監控,指導相關人員完成生產過程、系統或設備分析,更好地進行操作調整與管理決策。




          3、報表分析,以表格形式來展示指定點的數值,如流量、溫度、壓力、熱量等,同時提供班報、日報、周報、旬報、月報、季報和年報等各種報表類型。




    4、 趨勢分析,以趨勢曲線、X-Y圖、棒圖/ 餅圖的形式顯示生產運行數據,協助運行管理人員進行特性分析和參數對比,并能提供數據表格、圖形、曲線的打印功能。




          5、報警管理,系統實時顯示并記錄各種報警信息,如壓力/ 流量的超限、儀表工作電源不正常、閥門工作異常、通訊故障等報警信息。同時提供報警限值調整、語音畫面短信等報警通知、報警分組管理、報警聯動。




    6、 負荷預測,調度管控中心能夠根據實時工況、氣象預報、實際供暖負荷等信息,自動預測生成4-6小時后熱量規劃表及溫度、流量、壓力等參數曲線模擬圖并具有實時滾動刷新、隨氣溫突變等情況修正功能。根據此實時的預測曲線隨時調整參數。

    7、 鍋爐效率分析,通過燃料消耗量和實際供熱量,計算鍋爐房供熱效率,即可橫向對比又可縱向分析鍋爐效率走向,全面掌握供熱系統整體運行狀況。

    8、 管網水力平衡,利用水壓圖分析熱網水力工況變化,顯示管網的壓力值的變化、各管段的壓力損失值等,分析水力工況是否處于最佳工況,同時根據動態水壓圖模型和采集的壓力數據可以迅速判斷管道泄漏的大概位置。

    9、 集成地理信息系統,建立基于GIS 的城市熱網管理信息系統,并且與監控調度系統無縫集成,通過地理系統實時查看各種生產數據,實現對城市熱網綜合管理,能隨時掌握全市輸配系統的最新資料,供有關部門管理集中供熱管網、規劃設計、運行調度、決策使用。




    11、 集成視頻系統,視頻監控系統可與管理平臺無縫集成。在管理平臺中隨時對指定地點的視頻進行瀏覽,也可在有異常情況發生時,隨時切換到相關的視頻監測點,查看畫面情況。平臺中支持視頻的錄制與回放,對當前畫面進行抓圖,對畫面進行暫停,播放等操作。





           12、能耗分析,將采集的數據進行歸納、分析和整理,實現基礎熱力管理功能,包括各個供熱站和換熱站的二次供水溫度、二次回水溫度等重要對比數據,以便可以更好地進行片區同類供熱區域供熱效率進行直觀有效地比對,從而能指導運行人員進行查找原因和后續改進。

    13、 全網應急管理,當緊急事件發生時,啟動全網應急管理系統,根據適當的報警信息,動態的提出各類救援方案和資源調度方案,幫助指揮中心領導對救援方案和資源調度進行果斷、合理的決策,提高應急指揮的決策質量和應變能力。




    五、項目總結



    凱森集團智慧供熱綜合管控平臺的應用為供熱客服系統為供熱企業建設供熱信息化管理系統,可幫助供熱企業顯著降低運營成本,提高效率和收益,并提高熱網可靠性,達成真正的熱網節能運行和管理的最優化。隨著集中供熱自動化的快速發展以及政府節能減排的政策推行,供熱綜合管控平臺及信息化建設將成為集中供熱發展的方向,其實施將從根本上增強供熱企業的整體實力,活動顯著經濟效益,實現國家節能減排與供熱企業效益一致的目的。


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