油田礦區(qū)測(cè)控終端分析
| 1．概述 在油田礦區(qū)供熱系統(tǒng)中，生產(chǎn)廠房、辦公樓和居民住宅區(qū)之間地理位置比較分散，造成了供熱面廣，熱力點(diǎn)多、熱損失大的特點(diǎn)。給供熱系統(tǒng)的操作及生產(chǎn)管理帶來(lái)許多困難。供熱站采用遠(yuǎn)程測(cè)控終端（RTU）技術(shù)后，與中心鍋爐房的DCS構(gòu)成一套SCADA系統(tǒng)。其功能是通過(guò)中心站全面了解整個(gè)供熱系統(tǒng)的工藝參數(shù)，為供熱管理人員提供集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，幫助工作人員選擇合適的運(yùn)行方式，進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn)和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)過(guò)程檢測(cè)和控制及生產(chǎn)管理自動(dòng)化。取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 2．系統(tǒng)描述 集中供熱已經(jīng)成為北方城市冬季采暖的主要供熱形式，也是節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)城市現(xiàn)代化的重要措施。遼河油田近兩年來(lái)在礦區(qū)供熱系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)改造，進(jìn)行了熱電廠擴(kuò)建和油改煤工程，使中心地區(qū)和部分外圍地區(qū)實(shí)現(xiàn)了集中供熱。但由于供熱地域大、用戶比較分散，造成了熱力點(diǎn)多且相距較遠(yuǎn),給供熱過(guò)程參數(shù)檢測(cè)和控制及管理帶來(lái)一定的困難。在歡喜嶺地區(qū)集中供熱工程中由于采用了RTU技術(shù) ，很好解決了這一難題，保證區(qū)域供熱在安全、合理、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。集中供熱工程采用了SCADA系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)分為三級(jí)，即第一級(jí)---控制管理級(jí)（主控中心即中控室），設(shè)在鍋爐中控室；第二級(jí)---過(guò)程控制級(jí)（PLC、RTU），分別位于中控室控制柜和各供熱站處；第三級(jí)---現(xiàn)場(chǎng)就地控制級(jí)，即為就地測(cè)控儀表設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如所示。 3.供熱系統(tǒng)中央控制和RTU控制原理 3．1 供熱系統(tǒng)中央控制 集中供熱通常采用的方法是根據(jù)二次網(wǎng)的供水溫度，調(diào)節(jié)一次網(wǎng)流量，進(jìn)而控制二次網(wǎng)的供熱量。但是，從溫度調(diào)節(jié)的基本關(guān)系式可知，只有當(dāng)二次網(wǎng)的循環(huán)流量是設(shè)定流量時(shí)，二次網(wǎng)的供水才是室外氣溫（亦即熱負(fù)荷）的單值函數(shù)，此時(shí)調(diào)節(jié)二次網(wǎng)的熱水溫度相當(dāng)于調(diào)節(jié)了二次網(wǎng)的供熱量。由于存在冷熱不均的失調(diào)現(xiàn)象，要保證二次網(wǎng)流量按設(shè)計(jì)條件運(yùn)行是很困難的，供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)的流量是在大流量的工況下運(yùn)行的，此時(shí)按照二次網(wǎng)的供水溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，二次網(wǎng)必然是過(guò)熱的，將造成熱能的浪費(fèi)。 在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的狀態(tài)下，變頻調(diào)節(jié)普遍存在工況失調(diào)現(xiàn)象，導(dǎo)致熱用戶冷熱不均。為了滿足冷偏用戶的供熱要求，不斷地提高系統(tǒng)的供水溫度，實(shí)際上是提高了各用戶的平均溫度，很顯然，這種措施本質(zhì)上是靠增加熱源總供熱量來(lái)改善供熱效果的，實(shí)際上并沒(méi)有縮小最熱用戶與最冷用戶之間的室溫差別，因此，達(dá)不到消除系統(tǒng)熱力失調(diào)的作用。解決系統(tǒng)熱力失調(diào)的主要方法是調(diào)節(jié)各個(gè)熱力站一次網(wǎng)供水閥門，使各熱力站的流量與它所需供暖面積的比例相同。 均勻性調(diào)節(jié)可將外網(wǎng)的調(diào)節(jié)與熱源的調(diào)節(jié)，分為兩個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié)分別單獨(dú)進(jìn)行，相互之間基本互不干擾。外網(wǎng)調(diào)節(jié)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)均勻化供熱，而總的供熱效果則通過(guò)對(duì)熱源的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，熱源的調(diào)節(jié)可根據(jù)室外天氣溫度、回水溫度及負(fù)荷情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用氣象預(yù)測(cè)和歷年氣象統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行計(jì)算，繪制出溫度調(diào)節(jié)特性曲線指導(dǎo)供熱，當(dāng)熱源的供熱量和外網(wǎng)的需熱量不一致時(shí)，依靠自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)維持供熱的均勻性。 按上述的調(diào)節(jié)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，將具有很強(qiáng)的通用性。不管是大流量運(yùn)行，還是變流量運(yùn)行，只要根據(jù)全網(wǎng)溫度設(shè)定值控制二次網(wǎng)的供、回水平均溫度，就能實(shí)現(xiàn)供熱量調(diào)節(jié)，既實(shí)用又方便。 熱網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)總是會(huì)有一些變化，例如，在不同的月份可能供水溫度不同，熱源發(fā)生故障時(shí)可能會(huì)減小總供水量或是熱力站擴(kuò)大面積使負(fù)荷增加，遇到這些情況，控制系統(tǒng)都能自動(dòng)調(diào)節(jié)熱網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)使之適應(yīng)新的變化，而不需對(duì)控制系統(tǒng)作任何調(diào)整。隨著室外環(huán)境溫度的變化，為保證供熱效果，熱源需進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)節(jié)。這時(shí)，可以隨室外環(huán)境溫度降低而升高供水溫度，也可提高總的出水流量，無(wú)論采用哪種方式，都是全面地升高或降低各熱力站的采暖效果，不會(huì)改變其均勻性。只有當(dāng)個(gè)別熱力站二次管網(wǎng)發(fā)生變化，新增添或關(guān)閉一些用戶，管網(wǎng)做某種調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換時(shí)，才需地對(duì)相應(yīng)熱力站及相鄰幾個(gè)熱力站的供水閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3．2熱力站RTU控制原理 系統(tǒng)采用中央控制，即通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將各熱力站的RTU連在一起。中央控制系統(tǒng)是在全網(wǎng)統(tǒng)一監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以各熱力站二次網(wǎng)的供、回水平均溫度彼此一致為調(diào)節(jié)目標(biāo)，各熱力站的RTU將一次儀表測(cè)量出的二次網(wǎng)供回水溫度，計(jì)算全網(wǎng)調(diào)節(jié)均勻后的供、回水平均溫度值，并將此值發(fā)送到各熱力站RTU作為設(shè)定值進(jìn)行具體的調(diào)節(jié)。保證各熱力站間的均勻供熱，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度高，控制效果好，熱網(wǎng)的平均失調(diào)度可控制在最低的水平，因而節(jié)能效果也最明顯，這種均勻調(diào)節(jié)一般不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。 只有二次網(wǎng)的供、回水平均溫度才是室外氣溫（亦即熱負(fù)荷）的單值函數(shù)，而與二次網(wǎng)的循環(huán)流量大小沒(méi)有關(guān)系。也就是說(shuō)，不管二次網(wǎng)循環(huán)流量的大小如何，只要二次網(wǎng)的供回水平均溫度一定，二次網(wǎng)的供熱量就一定。因此適合我國(guó)國(guó)情的二次網(wǎng)的供熱量的調(diào)節(jié)，應(yīng)該是二次網(wǎng)的平均溫度，而不是二次網(wǎng)的供水溫度。各熱力站的RTU將檢測(cè)供回水溫度基本上反映了該熱力站所負(fù)責(zé)建筑的平均室溫。如果將各個(gè)熱力站的二次網(wǎng)供回水平均溫度調(diào)為一致，則可以近似認(rèn)為采暖房間的室溫是彼此均勻的。 各熱力站的RTU根據(jù)主機(jī)所發(fā)出的命令，圍繞本站的二次網(wǎng)供、回水溫度的設(shè)定值，采用PID算法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。由于各熱力站的供熱面積、用熱情況、地理位置等不同，以及室外氣溫的變化，二次網(wǎng)的回水溫度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，RTU通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量本站熱工參數(shù)，并遠(yuǎn)傳到中控室的主機(jī)，這些數(shù)據(jù)直接反映此站所供用戶的整體耗熱情況。若為了保證冷偏用戶達(dá)到要求而以二次網(wǎng)的回水溫度來(lái)調(diào)節(jié)，則會(huì)造成過(guò)熱用戶的浪費(fèi)和熱源不足。另外各熱力站所帶的供熱面積不會(huì)經(jīng)常改變，并且各建筑物的負(fù)荷主要由室外環(huán)境溫度所決定。因此，隨室外環(huán)境溫度變化，各熱力站的熱負(fù)荷同步升高或降低，各熱力站間熱負(fù)荷之比基本不變。因此，系統(tǒng)一旦調(diào)節(jié)均勻，就基本能夠保持整體平衡，而且各熱力站調(diào)節(jié)閥門動(dòng)作的頻繁程度較低，這樣系統(tǒng)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 遠(yuǎn)程自動(dòng)：中控室協(xié)調(diào)控制，將二次網(wǎng)供回水溫度平均設(shè)定值發(fā)往各熱力站，進(jìn)行全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)。在熱源不足時(shí)，實(shí)現(xiàn)熱量均攤。 遠(yuǎn)程手動(dòng)：特殊情況下，在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上直接對(duì)某一熱力站閥門的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制閥門的開度。 就地自動(dòng)：在熱源充足的情況下，各站現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)根據(jù)本站供回水溫度平均設(shè)定值，就地調(diào)節(jié)閥門，保證溫度恒定。 就地手動(dòng)：當(dāng)通訊系統(tǒng)或本站現(xiàn)場(chǎng)控制機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由人工手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。 4．系統(tǒng)構(gòu)成、配置及功能 4．1 系統(tǒng)構(gòu)成 本系統(tǒng)采用先北京安控公司的鍋爐DCS系統(tǒng)及遠(yuǎn)程測(cè)控終端等硬件設(shè)備和工控組態(tài)軟件構(gòu)成。系統(tǒng)大致分為中控室的服務(wù)器、工程師站和操作員站、各熱力站的RTU（遠(yuǎn)程測(cè)控終端）、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和一次測(cè)控儀表。熱力站監(jiān)控系統(tǒng)由RTU、一次測(cè)量?jī)x表電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備組成。RTU可獨(dú)立完成測(cè)量、控制、通訊、數(shù)據(jù)處理、顯示、操作等任務(wù)。各RTU之間、RTU與中控室之間相互協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)整個(gè)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。 4．2中控室任務(wù) 中控室通過(guò)通訊系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)熱力站的RTU上傳數(shù)據(jù)，并將這些參數(shù)進(jìn)行在線存儲(chǔ)、處理分析、報(bào)表打印，并根據(jù)運(yùn)行工況將調(diào)度命令下發(fā)給RTU，完成對(duì)整個(gè)熱網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度。根據(jù)用戶的熱力需求分配熱網(wǎng)內(nèi)各熱力站所需熱量，同時(shí)確定其運(yùn)行方式，平衡全網(wǎng)的供熱需求，保證區(qū)域供熱在安全、合理、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。 4．3中控室的硬、軟件配置及功能 1）中控室硬件： 兩臺(tái)冗余備份的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；操作員站；操作臺(tái)；報(bào)表打印機(jī)；控制柜；控制器、電源模塊、通訊模塊、I/0模塊；UPS電源等。 2）中控室軟件： 操作系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)選用Windows2000 server。 監(jiān)控系統(tǒng)軟件：選WinCC/Intouch/組態(tài)王應(yīng)用軟件、監(jiān)控軟件仿真軟件和其它冗余軟件。 編程軟件：選用VisualC++和offices2000,進(jìn)行通訊軟件和其它管理軟件的開發(fā)。 組態(tài)軟件Espider（開發(fā)\運(yùn)行版）：運(yùn)用組態(tài)軟件，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，編制系統(tǒng)流程圖、數(shù)據(jù)表格、報(bào)警畫面、控制畫面，在任何需要的時(shí)候把現(xiàn)場(chǎng)的信息實(shí)時(shí)地傳送到中控室，并實(shí)時(shí)地把控制命令發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)RTU保證信息在全網(wǎng)范圍內(nèi)的暢通。 監(jiān)控系統(tǒng)軟件可根據(jù)用戶的技術(shù)要求實(shí)現(xiàn)以下功能： 1、控制和算法組態(tài) 控制和算法組態(tài)在RTU中完成，RTU支持梯形圖、標(biāo)準(zhǔn)C兩種編程語(yǔ)言，梯形圖組態(tài)用以生成系統(tǒng)所有回路連續(xù)控制算法、順序控制算法、特殊處理算法及統(tǒng)計(jì)算法。 2、圖形畫面組態(tài) 圖形畫面組態(tài)工具可方便地繪制出應(yīng)用系統(tǒng)所需的各種總貌圖、流程圖和工況圖，并可以靈活的生成多種動(dòng)態(tài)顯示方式。 3、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài) 用來(lái)定義各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)行信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、報(bào)警設(shè)置、顯示、集中數(shù)據(jù)管理等任務(wù)。實(shí)時(shí)采集各熱力站一次網(wǎng)、二次網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括供回水溫度、供回水壓力、補(bǔ)水流量、閥門開 度、水箱水位、巡檢記錄、防盜報(bào)警、循環(huán)泵和補(bǔ)水泵啟停狀態(tài)及等參數(shù)。建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各熱力站實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行采集儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢，曲線顯示，并可生成各種趨勢(shì)圖。 4、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài) 可方便地定義需保留的工位點(diǎn)、中間量點(diǎn)、采樣間隔以及保留時(shí)間長(zhǎng)度等。 5、實(shí)時(shí)及歷史趨勢(shì)分析 系統(tǒng)提供了靈活的分析畫面，可以根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的趨勢(shì)分析。 6、過(guò)程報(bào)警、打印及存儲(chǔ) 多種報(bào)警級(jí)別，可按物理位置或類型查詢報(bào)警信息，采用多媒體技術(shù)報(bào)警，在線打印報(bào)警信息，存儲(chǔ)報(bào)警歷史信息。當(dāng)某一模擬量（如溫度、壓力、流量、閥門等）測(cè)量值超出給定范圍或某一設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可以聲光形式報(bào)警。各種故障能及時(shí)在屏幕中顯示，并被記錄在報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)中，并可對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行排序和檢索，方便以后的事故分析。 7、報(bào)表生成及打印 系統(tǒng)提高了多種報(bào)表打印方式?？梢噪S機(jī)打印、定時(shí)打印，報(bào)表可以直接顯示在操作系統(tǒng)的顯示屏上。報(bào)表和打印功能：包括各種運(yùn)行記錄的日?qǐng)?bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表及設(shè)備故障狀態(tài)和維護(hù)清單等?？梢跃哂衅聊豢截惞δ埽瑢⑵聊簧纤@示的流程圖和曲線圖等打印輸出。 8、冗余軟件－保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行 主要完成冗余功能（既通常所說(shuō)的雙機(jī)熱備功能），其構(gòu)造思想是主機(jī)和從機(jī) 通過(guò)TCP、IP網(wǎng)絡(luò)連接。正常情況下，主機(jī)處于工作狀態(tài)，從機(jī)處于監(jiān)視狀態(tài)，一旦從機(jī)發(fā)現(xiàn)主機(jī)異常，從機(jī)將會(huì)代替主機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并保存歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)主機(jī)修復(fù)重新啟動(dòng)后，從機(jī)檢測(cè)到主機(jī)的恢復(fù)，就會(huì)自動(dòng)將主機(jī)丟失的歷史數(shù)據(jù)拷貝給主機(jī)，同時(shí)從機(jī)將重新回到監(jiān)視狀態(tài)。這樣，即使是發(fā)生了機(jī)器故障，系統(tǒng)也能保存一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)。冗余功能的實(shí)現(xiàn)，有效地減少了數(shù)據(jù)丟失的可能，增加了系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性，方便了系統(tǒng)維護(hù)。 9、地理信息功能 通過(guò)掃描儀、專業(yè)制圖軟件，把熱電整個(gè)管網(wǎng)地理分布圖掃描進(jìn)計(jì)算機(jī)，此圖可心任意放大、縮小、移動(dòng)，按地理位置點(diǎn)擊熱力站圖標(biāo)，可以切換到該站的動(dòng)態(tài)立體管網(wǎng)平面圖，顯示所有參數(shù)，圖文并茂，直觀方便。 10、能源計(jì)量管理功能 工作站可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制單元的測(cè)量參數(shù)對(duì)一些能耗、水耗參數(shù)等進(jìn)行計(jì)量和累計(jì)，計(jì)算出其平均值和累計(jì)值，計(jì)量時(shí)間可以為時(shí)、日、月、年，計(jì)量結(jié)果將以數(shù)據(jù)文件的 |
