一、 項目概況
本項目為換熱站無人值守自控系統(tǒng)，項目共包含H區(qū)、I區(qū)、E區(qū)、北區(qū)、南區(qū)南、南區(qū)北6個換熱站及一個公共站，項目旨在通過建設無人值守監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)化生產(chǎn)運行監(jiān)管手段，提升安全管理水平，實現(xiàn)在鍋爐房控制室集中監(jiān)視各換熱站設備運行狀態(tài)；換熱站主要運行參數(shù)集中顯示在鍋爐房控制室，便于生產(chǎn)技術人員快速了解換熱站運行狀態(tài)，分析設備是否在合理狀態(tài)運行，以便對運行參數(shù)做出優(yōu)化；盡早發(fā)現(xiàn)設備運行的安全事故隱患，減小事故發(fā)生率；減少人員投入力度，實現(xiàn)換熱站無人長期值守，降低巡站人員巡視頻率，總體上降低人力成本。
1.1 各換熱站具體概況如下所述：
（1）H區(qū)換熱站：
H區(qū)換熱站供暖面積235318.59㎡。其中，高區(qū)111440.18㎡；低區(qū)123878.41㎡。末端采用散熱器采暖。
站內高區(qū)主要設備：3臺板式換熱器、2臺循環(huán)水泵、2臺補水泵；低區(qū)主要設備有：3臺板式換熱器、2臺循環(huán)水泵、2臺補水泵；高、低區(qū)共用水處理等其他設備。
（2）I區(qū)換熱站：
I區(qū)換熱站供暖面積251177.9㎡。其中，高區(qū)126116.5㎡；低區(qū)125061.4㎡。末端采用散熱器采暖。
站內高區(qū)主要設備：3臺板式換熱器、2臺循環(huán)水泵、2臺補水泵；低區(qū)主要設備有：3臺板式換熱器、2臺循環(huán)水泵、2臺補水泵；高、低區(qū)共用水處理等其他設備。
（3）E區(qū)換熱站
E區(qū)換熱站供暖面積65290.35㎡。末端采用散熱器采暖。
站內主要設備：2臺板式換熱器、3臺循環(huán)水泵、2臺補水泵、水處理等其他設備。
（4）北區(qū)換熱站
北區(qū)交換站供暖面積61798.29㎡，以后不會增加供暖面積。無生活熱水，供暖系統(tǒng)不分高低區(qū)，檐高12m。
站內主要設備：2臺板式換熱器、3臺循環(huán)水泵、2臺補水泵、水處理等其他設備。
（5）南區(qū)北換熱站
南區(qū)北交換站供暖109620.71㎡，商業(yè)及其他3661.87㎡，以后不會增加供暖面積。無生活熱水，供暖系統(tǒng)不分高低區(qū)，檐高45m；末端采暖為散熱器采暖。
站內主要設備：2臺板式換熱器、3臺循環(huán)水泵、2臺補水泵、水處理等其他設備。
（6）南區(qū)南換熱站
南區(qū)南交換站供暖面積125404.8㎡，商業(yè)及其他1727.02㎡，以后不會增加供暖面積。無生活熱水，供暖系統(tǒng)不分高低區(qū)，檐高45m。
站內主要設備：2臺板式換熱器、3臺循環(huán)水泵、2臺補水泵、水處理等其他設備。
1.2 各換熱站工藝流程如下所示：
工藝說明：
① 該站熱源由鍋爐房提供。經(jīng)供水母管供至換熱站分水器進行分配，分別供至高、低區(qū)板式換熱器；完成熱交換后流回集水器，經(jīng)回水母管返回鍋爐房。
② 由熱用戶來的二次回水經(jīng)循環(huán)泵加壓后分別進入3組板式換熱器，在換熱器內進行熱交換后形成二次供水，由板式換熱器的供水側匯至供水母管，經(jīng)管網(wǎng)分配至熱用戶。
③ 補水定壓點位于循環(huán)泵入口母管上，用于控制補水泵啟、停及超壓泄水。
工藝說明：
① 該站熱源由珠江逸景鍋爐房提供。經(jīng)供水母管分別供至兩臺板式換熱器；完成熱交換后，經(jīng)回水母管返回鍋爐房。
② 來自熱用戶的二次回水經(jīng)循環(huán)泵加壓后分別進入2組板式換熱器，在換熱器內進行熱交換后形成二次供水，由板式換熱器供水側匯至供水母管經(jīng)管網(wǎng)分配至熱用戶。
③ 補水定壓點位于循環(huán)泵入口母管上，用于控制補水泵啟、停及超壓泄水。
結合客戶需求及實際項目情況，杭州優(yōu)穩(wěn)基于UW2100工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)eDCS控制系統(tǒng)硬件產(chǎn)品及UWNTEK軟件產(chǎn)品提出綜合一體式解決方案。
二、系統(tǒng)設計原則
基于UW2100eDCS系統(tǒng)硬件及UWNTEK軟件平臺實現(xiàn)的換熱站無人值守監(jiān)控系統(tǒng)集調度及監(jiān)控于一體，功能包括人機界面、數(shù)據(jù)庫管理、遠程數(shù)據(jù)采集、遠程控制、報警、趨勢及報表等，利用各種先進的通訊網(wǎng)絡，對整個熱網(wǎng)管道、儀表等進行跟蹤監(jiān)控，不僅可以讓調度人員全面掌握整個熱網(wǎng)管線供熱狀態(tài)，還能快速、準確地反映現(xiàn)場故障報警信息，方便巡檢和維護人員及時檢修，這樣不僅節(jié)省大量的人力、物力，而且極大的提高了熱網(wǎng)的現(xiàn)代化管理水平。
本設計基于“集中管理，分散控制”的模式以及數(shù)字化、信息化市政工程的思想，著眼于企業(yè)“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設，建立一個先進、可靠、高效、安全的，集過程控制、監(jiān)視和計算機調度管理于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng)，完成對整個供熱工藝過程及全部生產(chǎn)設備的監(jiān)測與自動控制，實現(xiàn)“現(xiàn)場無人值守，總站少人值班”的目標。
三、系統(tǒng)總體結構
整個系統(tǒng)包括滿足CPS信息物理系統(tǒng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用需求的新一代感知控制智能前端、廣域異構自組織工業(yè)網(wǎng)絡、及控制系統(tǒng)設計編程與控制工程廣域云服務支撐環(huán)境。
系統(tǒng)基于UW2100控制器通過標準4~20mA、PT100、PT1000、電平信號輸入、繼電器無源觸點輸出等方式就現(xiàn)場就地電機、閥門、變送器等設備信息進行集中采集，并基于無線GSM網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)集中上傳至UWNTEK云平臺，實現(xiàn)廣域信息遠程監(jiān)控。
現(xiàn)場就地UW2100控制器基于Modbus-RTU(RS-485)主站協(xié)議與變頻器通訊，實現(xiàn)第三方設備信息采集，通訊連接控制多臺變頻器；基于Modbus-RTU(RS-485)從站協(xié)議與觸摸屏通訊，實現(xiàn)設備信息現(xiàn)場就地監(jiān)控；同時于熱源鍋爐廠采用UW500集散控制系統(tǒng)，在中央控制室設立中央監(jiān)控中心，集中監(jiān)控各分散網(wǎng)點設備信息。
UWNTEK系統(tǒng)軟件平臺提供視頻整合功能，可將安裝于現(xiàn)場的攝像機（大華、?？担藴室曨l信號接入系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場實時視頻信號遠程監(jiān)控；在此基礎上UWNTEK系統(tǒng)軟件平臺開放標準HDMI接口，可在中央控制室設立大屏，將重點工藝流程接入控制室中央大屏顯示。
系統(tǒng)支持廣域范圍內移動終端（手機、ipad、平板、筆記本等）基于2G、3G、4G網(wǎng)絡遠程監(jiān)控，可按安全區(qū)劃分操作權限，確保系統(tǒng)的安全性。
四、系統(tǒng)設計方案
4.1 系統(tǒng)監(jiān)控中心
系統(tǒng)監(jiān)控中心設于熱源鍋爐廠，監(jiān)控中心主要由若干臺操作員工作站（工程師工作站可以與操作員站兼用，具體數(shù)量視中控室設計而定）、1套大屏幕顯示系統(tǒng)、1臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機、1臺圖形及報表打印機、1臺UPS電源等組成；
監(jiān)控中心計算機要求可通過有線或者無線方式連接外網(wǎng)。監(jiān)控系統(tǒng)使用采用無服務器星型對等結構?；跓o線GSM通訊方式結合UW云平臺將操作員站、工程師站以及各種功能工作站和系統(tǒng)外設等建立廣域網(wǎng)絡系統(tǒng)。并基于UW云服務器實現(xiàn)監(jiān)控界面WEB發(fā)布，滿足客戶端（電腦、手機、平板等）基于2G、3G、4G廣域遠程訪問。
4.1.1系統(tǒng)監(jiān)控中心功能
1、板換一次側供水電動調節(jié)閥控制
通過二次側供水溫度對電動調節(jié)閥的開度進行PID控制（考慮鍋爐運行安全，確定電動調節(jié)閥的最小開度）。
2、板式換熱器工作狀態(tài)監(jiān)測
板換一、二次側進、出口加裝溫度、壓力傳感器，監(jiān)測每臺板換的工作情況。
3、采暖循環(huán)水泵監(jiān)測
采暖循環(huán)泵進出口母管上加裝壓力傳感器，監(jiān)視水泵的工作狀態(tài)以及系統(tǒng)壓力狀況。
4、采暖循環(huán)泵、補水泵變頻器監(jiān)控：
遠程/本地監(jiān)控循環(huán)泵的啟/停狀態(tài)；遠程監(jiān)測變頻器的工況（輸出電流、頻率、功率、故障信號等）。經(jīng)RS485通訊線將變頻器進行串聯(lián)后與eDCS進行通訊，eDCS可以讀取變頻器的各種運行參數(shù)、狀態(tài)等信號。
5、二次側供、回水總管壓力、溫度監(jiān)測
二次側供水總管上加裝溫度、壓力傳感器；回水母管加裝溫度傳感器，壓力取循環(huán)泵入口母管壓力值，遠程監(jiān)測二次側總供回水溫度、壓力狀況。
6、除污器壓差監(jiān)測
在二次側回水管除污器上安裝壓差變送器，遠程監(jiān)測除污器進出口壓差，確定其是否處于正常工作狀態(tài)。
7、補水箱液位監(jiān)測
軟化水箱采用壓力型液位計，實時傳輸液位信號至eDCS控制器。
8、集水坑水位監(jiān)測
集水坑增加液位控制器，監(jiān)測集水坑的水位；且集水坑處于攝像頭監(jiān)視范圍內，以及時了解排污情況。
4.1.2 安全保護及報警
利用組態(tài)軟件，建立換熱站監(jiān)控狀態(tài)原理圖，并在重要位置設置報警點，并用醒目的紅綠標志表示狀態(tài)點的故障狀態(tài)。在顯示故障狀態(tài)的同時，發(fā)出聲音報警（語音提示或警笛聲音等）。
1、水箱液位低、高報警
當水箱液位低報警時，說明水箱的軟化水即將用盡，如果補水泵繼續(xù)運行就有可能出現(xiàn)水泵損壞。所以“水箱液位過低”就是一個安全運行的報警項。
當水箱液位過高時，說明水箱內液位控制裝置出現(xiàn)問題，如果不停止往水箱注水，將導致水箱中水從溢流管排放，造成資源浪費，且可能因水溢流管排放不及時造成，水漫到其它電控柜位置，造成安全事故。
2、集水坑液位低、高報警
當出現(xiàn)集水坑液位低報警時，說明集水坑的污水已經(jīng)幾乎排完，如果排污泵繼續(xù)運行就有可能出現(xiàn)無水運行而故障，甚至有可能出現(xiàn)水泵過熱損壞的重大事故。
當出現(xiàn)集水坑液位過高時，說明集水坑內污水排放不及時，如果不去現(xiàn)場察看或采取其它排污措施，將導致水從集水坑溢出，水漫到電控柜位置，造成安全事故。
3、循環(huán)泵故障報警
通過485通訊采集信號，能夠及時發(fā)現(xiàn)循環(huán)泵的故障狀態(tài)，便于及時切換循環(huán)泵，保證供暖質量，并及時排出故障。
4、補水泵故障報警
其報警項目與循環(huán)水泵相同。
5、除污器進出口壓差報警
當除污器進出口壓差超過一定數(shù)值，將嚴重影響系統(tǒng)循環(huán)水流量，進而影響循環(huán)泵電耗，通過檢測該點參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)除污器的壓差情況。當壓差值超過設定值時，須對除污器進行清理。
4.2 無人值守換熱站系統(tǒng)硬件配置方案，以H區(qū)無人值守換熱站為例；
五、方案說明
本系統(tǒng)基于UW2100工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)eDCS系統(tǒng)硬件結合UWWNTEK軟件設計實現(xiàn)，建立一個先進高效、優(yōu)質穩(wěn)定，集過程控制、監(jiān)視和計算機調度管理于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng)，完成對整個供熱工藝過程及全部生產(chǎn)設備的監(jiān)測與自動控制，實現(xiàn)以下技術功能：
1) 換熱站監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)幾乎與現(xiàn)場數(shù)據(jù)保持同步，降低運行的人力費用；
2) 監(jiān)控系統(tǒng)為解決熱網(wǎng)運行失調現(xiàn)象，實現(xiàn)熱網(wǎng)平衡運行，提高供熱效果，提供硬件與軟件環(huán)境支撐。
3) 起到了節(jié)能降耗的作用，換熱站根據(jù)室外溫度的變化，自動調節(jié)供水溫度，從而最大程度的節(jié)約了能耗，并且提高供熱的服務質量。
4) 避免了偷汽、漏汽現(xiàn)象，由于24 小時在線運行，杜絕了用戶偷汽的想法，現(xiàn)場計量出現(xiàn)故障可以在最短的時間內發(fā)現(xiàn)，并將故障時間記錄備案。避免計量方面的損失。
5) 通過仿真系統(tǒng)對熱網(wǎng)進行水力、熱力計算，熱網(wǎng)的控制運行分析，使熱網(wǎng)達到最優(yōu)化運行，利用故障診斷、能損分析了解管網(wǎng)保溫、阻力損失情況，設備的使用效率，使熱網(wǎng)的管損達到最小值，以達到最經(jīng)濟運行，通過歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的比較，分析管網(wǎng)。
