UW2100工业物联网控制器无人值守换热站应用案例

• 关键词：无人值守
• 摘要：本项目为换热站无人值守自控系统，项目共包含H区、I区、E区、北区、南区南、南区北6个换热站及一个公共站，项目旨在通过建设无人值守监控系统，优化生产运行监管手段，提升安全管理水平，实现在锅炉房控制室集中监视各换热站设备运行状态；

一、 项目概况

本项目为换热站无人值守自控系统，项目共包含H区、I区、E区、北区、南区南、南区北6个换热站及一个公共站，项目旨在通过建设无人值守监控系统，优化生产运行监管手段，提升安全管理水平，实现在锅炉房控制室集中监视各换热站设备运行状态；换热站主要运行参数集中显示在锅炉房控制室，便于生产技术人员快速了解换热站运行状态，分析设备是否在合理状态运行，以便对运行参数做出优化；尽早发现设备运行的安全事故隐患，减小事故发生率；减少人员投入力度，实现换热站无人长期值守，降低巡站人员巡视频率，总体上降低人力成本。

1.1 各换热站具体概况如下所述：

（1）H区换热站：

H区换热站供暖面积235318.59㎡。其中，高区111440.18㎡；低区123878.41㎡。末端采用散热器采暖。

站内高区主要设备：3台板式换热器、2台循环水泵、2台补水泵；低区主要设备有：3台板式换热器、2台循环水泵、2台补水泵；高、低区共用水处理等其他设备。

（2）I区换热站：

I区换热站供暖面积251177.9㎡。其中，高区126116.5㎡；低区125061.4㎡。末端采用散热器采暖。

站内高区主要设备：3台板式换热器、2台循环水泵、2台补水泵；低区主要设备有：3台板式换热器、2台循环水泵、2台补水泵；高、低区共用水处理等其他设备。

（3）E区换热站

E区换热站供暖面积65290.35㎡。末端采用散热器采暖。

站内主要设备：2台板式换热器、3台循环水泵、2台补水泵、水处理等其他设备。

（4）北区换热站

北区交换站供暖面积61798.29㎡，以后不会增加供暖面积。无生活热水，供暖系统不分高低区，檐高12m。

站内主要设备：2台板式换热器、3台循环水泵、2台补水泵、水处理等其他设备。

（5）南区北换热站

南区北交换站供暖109620.71㎡，商业及其他3661.87㎡，以后不会增加供暖面积。无生活热水，供暖系统不分高低区，檐高45m；末端采暖为散热器采暖。

站内主要设备：2台板式换热器、3台循环水泵、2台补水泵、水处理等其他设备。

（6）南区南换热站

南区南交换站供暖面积125404.8㎡，商业及其他1727.02㎡，以后不会增加供暖面积。无生活热水，供暖系统不分高低区，檐高45m。

站内主要设备：2台板式换热器、3台循环水泵、2台补水泵、水处理等其他设备。

1.2 各换热站工艺流程如下所示：

工艺说明：

① 该站热源由锅炉房提供。经供水母管供至换热站分水器进行分配，分别供至高、低区板式换热器；完成热交换后流回集水器，经回水母管返回锅炉房。

② 由热用户来的二次回水经循环泵加压后分别进入3组板式换热器，在换热器内进行热交换后形成二次供水，由板式换热器的供水侧汇至供水母管，经管网分配至热用户。

③ 补水定压点位于循环泵入口母管上，用于控制补水泵启、停及超压泄水。

工艺说明：

① 该站热源由珠江逸景锅炉房提供。经供水母管分别供至两台板式换热器；完成热交换后，经回水母管返回锅炉房。

② 来自热用户的二次回水经循环泵加压后分别进入2组板式换热器，在换热器内进行热交换后形成二次供水，由板式换热器供水侧汇至供水母管经管网分配至热用户。

③ 补水定压点位于循环泵入口母管上，用于控制补水泵启、停及超压泄水。

结合客户需求及实际项目情况，杭州优稳基于UW2100工业物联网eDCS控制系统硬件产品及UWNTEK软件产品提出综合一体式解决方案。

二、系统设计原则

基于UW2100eDCS系统硬件及UWNTEK软件平台实现的换热站无人值守监控系统集调度及监控于一体，功能包括人机界面、数据库管理、远程数据采集、远程控制、报警、趋势及报表等，利用各种先进的通讯网络，对整个热网管道、仪表等进行跟踪监控，不仅可以让调度人员全面掌握整个热网管线供热状态，还能快速、准确地反映现场故障报警信息，方便巡检和维护人员及时检修，这样不仅节省大量的人力、物力，而且极大的提高了热网的现代化管理水平。

本设计基于“集中管理，分散控制”的模式以及数字化、信息化市政工程的思想，着眼于企业“管控一体化”信息系统的建设，建立一个先进、可靠、高效、安全的，集过程控制、监视和计算机调度管理于一体并且具备良好开放性的监控系统，完成对整个供热工艺过程及全部生产设备的监测与自动控制，实现“现场无人值守，总站少人值班”的目标。

三、系统总体结构

整个系统包括满足CPS信息物理系统与工业互联网应用需求的新一代感知控制智能前端、广域异构自组织工业网络、及控制系统设计编程与控制工程广域云服务支撑环境。

系统基于UW2100控制器通过标准4~20mA、PT100、PT1000、电平信号输入、继电器无源触点输出等方式就现场就地电机、阀门、变送器等设备信息进行集中采集，并基于无线GSM网络将数据集中上传至UWNTEK云平台，实现广域信息远程监控。

现场就地UW2100控制器基于Modbus-RTU(RS-485)主站协议与变频器通讯，实现第三方设备信息采集，通讯连接控制多台变频器；基于Modbus-RTU(RS-485)从站协议与触摸屏通讯，实现设备信息现场就地监控；同时于热源锅炉厂采用UW500集散控制系统，在中央控制室设立中央监控中心，集中监控各分散网点设备信息。

UWNTEK系统软件平台提供视频整合功能，可将安装于现场的摄像机（大华、海康）标准视频信号接入系统，实现现场实时视频信号远程监控；在此基础上UWNTEK系统软件平台开放标准HDMI接口，可在中央控制室设立大屏，将重点工艺流程接入控制室中央大屏显示。

系统支持广域范围内移动终端（手机、ipad、平板、笔记本等）基于2G、3G、4G网络远程监控，可按安全区划分操作权限，确保系统的安全性。

四、系统设计方案

4.1 系统监控中心

系统监控中心设于热源锅炉厂，监控中心主要由若干台操作员工作站（工程师工作站可以与操作员站兼用，具体数量视中控室设计而定）、1套大屏幕显示系统、1台工业以太网交换机、1台图形及报表打印机、1台UPS电源等组成；

监控中心计算机要求可通过有线或者无线方式连接外网。监控系统使用采用无服务器星型对等结构。基于无线GSM通讯方式结合UW云平台将操作员站、工程师站以及各种功能工作站和系统外设等建立广域网络系统。并基于UW云服务器实现监控界面WEB发布，满足客户端（电脑、手机、平板等）基于2G、3G、4G广域远程访问。

4.1.1系统监控中心功能

1、板换一次侧供水电动调节阀控制

通过二次侧供水温度对电动调节阀的开度进行PID控制（考虑锅炉运行安全，确定电动调节阀的最小开度）。

2、板式换热器工作状态监测

板换一、二次侧进、出口加装温度、压力传感器，监测每台板换的工作情况。

3、采暖循环水泵监测

采暖循环泵进出口母管上加装压力传感器，监视水泵的工作状态以及系统压力状况。

4、采暖循环泵、补水泵变频器监控：

远程/本地监控循环泵的启/停状态；远程监测变频器的工况（输出电流、频率、功率、故障信号等）。经RS485通讯线将变频器进行串联后与eDCS进行通讯，eDCS可以读取变频器的各种运行参数、状态等信号。

5、二次侧供、回水总管压力、温度监测

二次侧供水总管上加装温度、压力传感器；回水母管加装温度传感器，压力取循环泵入口母管压力值，远程监测二次侧总供回水温度、压力状况。

6、除污器压差监测

在二次侧回水管除污器上安装压差变送器，远程监测除污器进出口压差，确定其是否处于正常工作状态。

7、补水箱液位监测

软化水箱采用压力型液位计，实时传输液位信号至eDCS控制器。

8、集水坑水位监测

集水坑增加液位控制器，监测集水坑的水位；且集水坑处于摄像头监视范围内，以及时了解排污情况。

4.1.2 安全保护及报警

利用组态软件，建立换热站监控状态原理图，并在重要位置设置报警点，并用醒目的红绿标志表示状态点的故障状态。在显示故障状态的同时，发出声音报警（语音提示或警笛声音等）。

1、水箱液位低、高报警

当水箱液位低报警时，说明水箱的软化水即将用尽，如果补水泵继续运行就有可能出现水泵损坏。所以“水箱液位过低”就是一个安全运行的报警项。

当水箱液位过高时，说明水箱内液位控制装置出现问题，如果不停止往水箱注水，将导致水箱中水从溢流管排放，造成资源浪费，且可能因水溢流管排放不及时造成，水漫到其它电控柜位置，造成安全事故。

2、集水坑液位低、高报警

当出现集水坑液位低报警时，说明集水坑的污水已经几乎排完，如果排污泵继续运行就有可能出现无水运行而故障，甚至有可能出现水泵过热损坏的重大事故。

当出现集水坑液位过高时，说明集水坑内污水排放不及时，如果不去现场察看或采取其它排污措施，将导致水从集水坑溢出，水漫到电控柜位置，造成安全事故。

3、循环泵故障报警

通过485通讯采集信号，能够及时发现循环泵的故障状态，便于及时切换循环泵，保证供暖质量，并及时排出故障。

4、补水泵故障报警

其报警项目与循环水泵相同。

5、除污器进出口压差报警

当除污器进出口压差超过一定数值，将严重影响系统循环水流量，进而影响循环泵电耗，通过检测该点参数，及时发现除污器的压差情况。当压差值超过设定值时，须对除污器进行清理。

4.2 无人值守换热站系统硬件配置方案，以H区无人值守换热站为例；

五、方案说明

本系统基于UW2100工业物联网eDCS系统硬件结合UWWNTEK软件设计实现，建立一个先进高效、优质稳定，集过程控制、监视和计算机调度管理于一体并且具备良好开放性的监控系统，完成对整个供热工艺过程及全部生产设备的监测与自动控制，实现以下技术功能：

1) 换热站监控中心的数据几乎与现场数据保持同步，降低运行的人力费用；

2) 监控系统为解决热网运行失调现象，实现热网平衡运行，提高供热效果，提供硬件与软件环境支撑。

3) 起到了节能降耗的作用，换热站根据室外温度的变化，自动调节供水温度，从而最大程度的节约了能耗，并且提高供热的服务质量。

4) 避免了偷汽、漏汽现象，由于24 小时在线运行，杜绝了用户偷汽的想法，现场计量出现故障可以在最短的时间内发现，并将故障时间记录备案。避免计量方面的损失。

5) 通过仿真系统对热网进行水力、热力计算，热网的控制运行分析，使热网达到最优化运行，利用故障诊断、能损分析了解管网保温、阻力损失情况，设备的使用效率，使热网的管损达到最小值，以达到最经济运行，通过历史数据和实时数据的比较，分析管网。