城市热网系统技术方案

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1、江苏宏瑞通信科技股份有限公司1 城市供热监控系统技术方案1、系统概述1.1 热网的供热监控现状随着国家对环境保护的重视，城市集中供暖已成主流。目前，供暖中心下设许多换热站、泵房，由于地点分散，目前换热站大都采用人工监控，从而导致值班人员多，仅靠靠电话调度，供暖中心难以掌握设备的实际运行情况，不能做到合理调度，从而一方面浪费人力；另一方面在出现事故隐患时操作人员难以发现，易造成设备事故。同时，各换热站都独立运行，难以达到供热系统整体最佳状态，易造成热力失衡，影响供热效果而造成能源的极大浪费。特别是集中供热的管线，线路覆盖地域范围大，动态生产数据实时性要求高，并且由于换热站处于城市中心，难以架设电

2、缆，要做到实时连续监测管线、线路的中间站及用户端点各项数据，提高中央调度室的监控能力，靠过去传统的办法是难以满足要求的，从而导致我国城市供热网的自动化发展及其不平衡。现在普遍的供热管网由部门负责维护管理,维修人员全天值班,随时处理市民投诉和管网故障。而个别城市在供热管网各控制点分别安装有压力、流量在线检测仪,信息数据被汇集至控制中心,一旦发现异常即派人进行处理。1.2 方案介绍城市热网监控系统是通过对供热系统的温度、压力、流量、开关量等进行测量、控制及远传，实现对供热过程有效的遥测及控制。城市热网集中监控系统是区域供热系统中的重要组成部分，它将实时、全面了解供热系统的运行工况，监视不利工况点的

3、压差，保证区域供热系统安全合理地运行，并可根据运行数据进行供热规划和科学调配，为热力部门提供准确、有效的重要数据。本系统方案设计充分考虑城市供热系统现状，分为热电厂、换热站物联网改造方案、供热管网智能监控方案。热电厂和换热站现有自动化监控系统是利用现场可编程逻辑控制器(PLC)监视换热站的运行情况，各点参数及其变化趋势和设备状态，不同的是热电厂是有人值守的运行模式，而换热站是巡检的运营模式。但无法实现与中心监控平台的数据通信。利用江苏宏瑞通信科技股份有限公司HCM-7901新一代高性能通信管理单元和HWT-8100 供热管网监控终端,可对热电厂、换热站、供热管道采用远程无线监控系统，实现对换热

4、站、供热管道的远程监控，脱离人工巡检的古老模式，提高工作效率，保证换热站的正常运行，供热管道的正常传输，向无人化热网监控管理发展，以达到提高管理水平经济和社会效益的目的。江苏宏瑞通信科技股份有限公司2 2 换热站监控系统改造方案2.1 产品介绍HCM-7901物联网通信管理机，是江苏宏瑞通信科技股份有限公司在总结多年水电厂、泵站、变电站系统运行经验及现场要求的基础上，全新开发的新一代高性能通信管理单元。装置采用多CPU硬件架构，插拔式模件结构，配置灵活，性能更高，可扩展性强，稳定性好。HCM-7901支持串口（RS-232/RS-485）、10M/100M以太网接口、ProfiBus接口、CA

5、N接口等多种通信接口；支持多种通信规约如：IEC60870-5-101规约、EC60870-5-103 规约、IEC60870-5-104规约、DNP3.0 规约、Sc1801 规约、u4F 规约、ModBus规约、CDT规约、各种智能设备规约等。有别于一般厂家的组网方式，HCM-7901不仅支持单机双网方式，双机单网方式，更支持满足高可靠性要求的双机双网通信模式。HCM-7901具有很强的接入能力，在保证ECS整体系统高实时性能要求的情况下，单一通信管理单元可接入装置数量为：双网最大接入装置128 台，单网最大接入装置256 台（不同接口支持的最大装置数量有差别）。强劲的接入能力可有效减少E

6、CS系统所需的通信管理单元数量，节约用户投资。装置主要特点如下：高可靠的嵌入式设计HCM-7901物联网通信管理单元硬件平台基于工业级X86 兼容的 PC104处理器或新一代高性能 32 位 MCU，软件平台采用工业控制领域公认最为优秀的嵌入式实时多任务操作系统VxWorks，整个系统具有极高的实时性、稳定性、可靠性。先进的多 CPU架构装置采用多CPU架构，除主 CPU模件外，装置中的智能通信模件均采用了新一代高性能32 位 MCU，以实现各自的通信功能。智能通信模件和主CPU模件采用ISA 总线及内部高速CAN网交换实时数据。通过多 CPU的协调工作，使系统能够管理较多、数据量大的通信任务

7、，同时仍保证系统具有很高的实时性。多样的接口功能装 置 可 以 提 供 各 种 类 型 的 通 信 接 口，满 足 不 同 的 应 用 场 合。接 口 包 括 串 口（RS-232/RS-485）、10M/100M以太网接口、ProfiBus接口、CAN接口以及3G无线网络等；装置还可提供开入、开出信号，用于闭锁或告警；支持 GPS对时信号输入、对时信号输出（空接点/差分电平）。江苏宏瑞通信科技股份有限公司3 丰富的规约库支持多种常用标准规约和众多厂家设备规约：IEC60870-5-101 规约、EC60870-5-103 规约、IEC60870-5-104 规约、DNP3.0 规约、Sc18

8、01 规约、u4F 规约、ModBus 规约、CDT 规约、各种智能设备规约。规约按模块化设计，规约库的扩充灵活、方便。灵活的扩展性装置在硬件、软件上均采用模块化设计，具有非常灵活的扩展性。硬件上，除必备的主CPU模件、电源模件等外，其余可根据工程需求配置不同类型的智能通信接口模件，如串行接口模件、以太网接口模件、ProfiBus接口模件、CAN接口模件、无线通信模块等。并可通过扩展双机热备模件，实现双机冗余。软件上，规约库是由相互独立的规约软件模块组成，各种规约模块可单独编译、在线调试、动态加载运行，确保规约库的扩充灵活、方便。完备的双机双网冗余设计支持双机双网冗余配置（管理机与装置均双网）

9、，只要间隔层某装置存在可用的网络拓扑链路，通过双机热备模件就可确保双机数据库中该装置数据的实时性、完备性。该配置在实时性、可靠性方面远远优于双机单网的配置模式（管理机单网、装置双网或单网）；支持双机全冗余配置应用，主、从机间数据备份采用基于BLVDS总线的专用双机热备模件，可以保证双机间数据库、事件库等实时数据的同步；主、从机在任意一个出现故障时，可以实现无缝切换高效的间隔层网络负荷自动均衡功能间隔层采用具有冗余双网特点的网络结构时，通信管理单元能够自动实时检测两个网上通信节点的数量及流量，动态调整间隔层各装置的主用网络，实现间隔层网络负荷自动均衡。逻辑闭锁功能可以从 ECS后台下载控制对象的

10、闭锁条件，经逻辑计算后能够闭锁或允许来自上层的控制命令。江苏宏瑞通信科技股份有限公司4 方便实用的一体化组态工具及调试工具通信管理单元及ECS系统数据库组态一次完成。通过专用配置组态工具CfgTool，用户可方便的实现通信管理单元通信模件、端口的添加；规约的绑定，端口各种装置的增减；DCS、调度、集控中心通信数据及规约的灵活配置。HCM-7901集成调试工具可支持实时报文查看、规约调试等功能。精确的对时功能接收外部GPS时钟源或其它远方的对时信息。通过扩展对时模件对全站的设备提供校时脉冲，对时信号输出空接点或差分电平可选。友好的人机界面人机接口可选择液晶面板模件和指示灯面板模件。液晶采用5.7

11、 英寸 320240 点阵液晶显示模块，蓝底白字，长寿命LED背光，显示清晰，显示内容丰富。液晶下拉式菜单界面，文字可实现中英文切换，可察看各类实时数据、配置信息、通道报文。指示灯面板模件是通过指示灯来显示装置系统的运行状态，包含系统运行状态指示，所配模件各个端口的运行状态指示等。装置采用符合IEC60297-3 标准的高度为4U、宽度为 19/2 英寸、嵌入深度为212.8mm的铝合金机箱，整体式前面板，后插拔式功能模件。装置的安装方式为整体嵌入式水平安装，后接线方式，外形尺寸及安装开孔尺寸见下图（图中标注的尺寸数据单位均为mm）。HCM-7901单机机箱外形尺寸图HCM-7901单机机箱安

12、装开孔尺寸图2.2 系统的功能1.换热站热值的自动控制2.换热站热值的远方手动控制江苏宏瑞通信科技股份有限公司5 3.换热站数据就地显示：网流量、压力、温度、热值显示；4.换热站数据集中显示：网流量、供水压力、供水温度、回水温度、热值瞬时值、热值累积值；电动调节阀阀位开度显示5.换热站控制参数；二网热值的大小在上位机可以设置、修改6.换热站无线数据采集，集中监控7.计算机管理系统实现：参数图、报警图、流程图、棒状图、趋势图、数据报表（打印）、参数设定（调整）、报警提示（语音报警）等功能8.计算机后台系统实现了对供热系统运行数据的统计、分析和管理。建立数据库，对运行数据进行录入、修改、增删、查询

13、等操作；对供热系统进行热力工况分析；生成各种报表，如小时参数报表、日指标完成情况报表、月指标完成情况报表等；生成各种趋势图，可以对任何换热站任何时间段的任何参数做趋势图，以便直观地看出其变化规律；生成数据报警记录，可供日后查询；提供多媒体语音报警等功能。1.3 系统的优点1.换热站监控系统解决了热网运行失调现象，实现了热网平衡运行，大大提高了供热效果。2.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。3.换热站监控中心的数据几乎与现场数据保持同步，这是以往热网运行中投入多大的人力及物力都不可能实现的。4.避免了偷汽、漏汽现象

14、，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3.2 系统主要技术指标3.2.1 环境条件1、保存温度：-25+70环境温度：-10+552、相对湿度：5%95%大气压力：86106kPa3.2.2 工作电源1、交流：AC220V/110V，允许偏差：20%2、直流：DC220V/11

15、0V，允许偏差：20%江苏宏瑞通信科技股份有限公司6 3.2.3 通信接口接口类型通信速率最大通信距离单接口容量RS485接口300115.2 Kbps 1000 米节点数 32 CANBus 10K1Mbps 800 米节点数 32 Ethernet 10M/100Mbps 100 米节点数 128 ProfiBus 187.5K 12M bps 1000 米节点数 32 3.2.4 通信协议1.ModBus规约2.CDT规约3.各种智能设备规约4.IEC60870-5-101规约5.IEC60870-5-103规约6.IEC60870-5-104规约7.DNP3.0 规约8.Sc1801

16、规约9.u4F 规约。等等3.2.5 系统容量10.遥测量 3000 11.遥信量 10000 12.电度量 2000 13.遥控量 1000 14.单台（对）通信单元最大接入装置数量：接口类型装置容量RS485接口单网 256 台，双网128 台，典型速率115.2 Kbps CANBus 单网 128 台，双网64 台，典型速率125 Kbps Ethernet 单网 256 台，双网128 台，典型速率100Mbps ProfiBus 单网 64 台，双网32 台，典型速率187.5Kbps 注：最大接入装置下，可保证刷新周期小于1s。江苏宏瑞通信科技股份有限公司7 3.3 控制系统界面

17、图示例3.3 系统配置清单序号设备名称规格型号单位数量必配/选配1 管线监控终端HWT-8100 台1 必配2 压力传感器西门子 501 系列台1 必配3 流量传感器SF681 台1 必配4 温度传感器WZP-PT100 台1 按需配置4 供热管网智能监控方案4.1 产品介绍HWT-8100是以江苏宏瑞通信科技股份有限公司自主开发的PSTC2000为核心，配以压力、流速、温度等传感器构成的供热管网监控终端。它适用于城市热网送热管线的监控，即可单独使用，也作为城市供热系统一部分与其他设备集成组成城市供热综合自动化系统。控制终江苏宏瑞通信科技股份有限公司8 端根据现场物理量的不同选用不同类别和量程

18、的传感器，通过变送器将不同的传感器信号统一成标准信号（4-20mA,0-5V 等）送给采集器。采集器将上述信号包括流量计的数据传递给传输部分，也可以由脉冲表及带485、232 口的表直接传递给传输部分。由传输部分按系统通信规约向系统中心传输相关信息。前端信息一般包括有管线压力、当前流量、流速、累计流量等信息。HWT-8100 具有以下功能：1.采用工业级超低功耗高性能的嵌入式处理器；内设工业时钟，精确计时；2.12V 可充电锂电池供电，根据用户使用条件，可以选配电池容量大小，电池寿命一到五年左右，标准配置的电池容量可以上报大于1 万 2 千次；3.用户可以编程的量程转换和报警上下限设定；4.自

19、动定时上报和事件触发上报功能；5.模拟量采集：四路16 位模拟量采集通道，支持双端差分信号或单端模拟量输入；6.数字量采集：两路数字量输入；7.电池电压：电池电压实时检测，当出现欠压报警时通知用户及时更换；HWT-8100 具有以下特点：1.准确性：计量数据报告的及时、准确；运行状态数据的无丢失；运行资料的可处理，可追踪；2.可靠性：全天候运行；传输系统独立完整；维护操作方便；3.经济性：用户可以选择两种方案组成远程监控网络平台；4.实用的低功耗电池供电技术：对于现场没有电源的监测点，可以采用电池供电的超声流量计，压力变送器由采集终端直接升压驱动。选用了最先进的低功耗集成电路技术，使得数据采集

20、和传输的电源功率非常低，休眠电流50uA，这样一来可以使用一次性锂电池工作，现场不需要220V 电源；5.互换性和拓展性：系统统一规划，分步实施，随时可以扩充压力、流量的信息监测。4.2 终端主要技术指标1.直流模拟量输入：4 路。与传感器互联，采集压力，流量、温度等信号2.数字量输入：2 路。用于开关信号检测，如门禁开关。3.数字量信号正确率：99.5%。4.模拟量合格率：99.5%。5.模拟量综合误差：0.5%。6.实时时钟：误差 0.12s/h。7.静态功耗：12V/1mA。8.环境温度：-35 +70。9.相对湿度：90%。10.大气压力：86kpa106kpa，66kpa110kpa

21、。11.GPRS 无线单元主要技术指标：12.空中速率：85.6Kbps；13.工作温度：-35 75；14.频率范围：900MHz，DCS1800MHz；15.支持短信远程配置，可远程切换IP 指向和连接端口。16.使用高性能GPRS 芯片组，10 类网标准，与一般芯片组相比，通信速度快一倍。江苏宏瑞通信科技股份有限公司9 CDMA 无线单元主要技术指标：1.空中速率：115.2Kbps；2.工作温度：-35 75；3.频率范围：800MHz，DCS1900MHz；4.支持短信远程配置，可远程切换IP 指向和连接端口。5.使用高性能CDMA 芯片组，10 类网标准，与一般芯片组相比，通信速度

22、快一倍。5.3 系统配置清单序号设备名称规格型号单位数量必配/选配1 泵站监控终端HWT-7101 台1 必配2 压力传感器西门子 501 系列台1 必配3 流量传感器SF681 台1 必配4 温度传感器WZP-PT100 台1 选配6.1 监控系统界面示例江苏宏瑞通信科技股份有限公司10 6.2 WEB界面示例江苏宏瑞通信科技股份有限公司11 7 典型方案配置清单7.1 单机控制系统序号设备名称规格型号单位数量必配/选配1 监控计算机DELL OptiPlex系列台1 必配2 GPS KX-TO2-1 授时卡套1 选配3 手机二代 WINDOWS MOBILE 机或三代 GOOGLE 智能机台维护人员使用选配7.2 集群控制系统序号设备名称规格型号单位数量必配/选配1 数据服务器DELL 780 MT 系列台1 必配2 应用服务器DELL 780 MT 系列台1 必配3 WEB 服务器DELL 380 MT 系列台1 选配4 监控计算机DELL OptiPlex系列台32 必配5 手机二代 WINDOWS MOBILE 机或三代 GOOGLE 智能机台维护人员使用选配