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GPRS無線熱力監控系統
【简介】供熱調度部門需要對分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數集中實時監視,控制換熱站中各設備的運行。同時,根據從現場監測到的各換熱站運行參數,調節熱電廠運行工況,保證冬季整個供暖的穩定運行。

摘要:本文提出了一種基于GPRS 的無線熱力監控系統設計原理和實現方案,簡要介紹了GPRS 技術的基本知識,描述了GPRS 無線傳輸應用于電力數據傳輸的實現方法。通過實際應用,獲得了理想的效果。
關鍵詞:GPRS;DDN;熱力;無線;數據監控;熱力站控制;

一、背景介紹

我國現行的熱力站運行管理仍處于手工操作階段,影響了集中供熱優越性的充分發揮。主要反映在:缺少全面的參數測量手段,無法對運行工況進行系統的分析判斷,系統運行工況失調難以消除,造成用戶冷熱不均,供熱參數未能在最佳工況下運行,供熱量與需熱量不匹配,運行數據不全,難以實現量化管理。搞好城市集中供熱工程,必須要全面提高供熱技術水平,來實現各換熱站現場參數的采集、調度室與各換熱站的數據實時通訊控制,有效提高供熱系統的自動化控制水平,并且提高供熱行業的管理水平。供熱工程中的自動控制對于保證供熱系統正常供熱、安全運行、經濟節能、環境保護具有十分重要的作用。
城市供熱系統是由熱源、熱網、熱用戶(工業印染廠、室內采暖等)組成的龐大、封閉、復雜的循環系統。隨著城市供熱管網建設的高速發展,由單一熱源到多熱源,管網規模和設備數量不斷擴大,熱用戶急劇增長。如何有效管理城市供熱系統的設施設備,提高熱網運行效率,節約能源,滿足用戶需求成為擺在城市供熱部門面前急需解決的問題。

二、同類方案對比

1、電話撥號方案:即每個熱力站申請一條專用的普通電話線即可,監控中心按每條電話線控制10個換熱站適當申請電話線,另外單獨申請一條專用的普通電話線用于報警。該種方式實施最為簡單,投資最低,運行費用不高,但實時性和擴展性較差,輪巡周期為30分鐘左右,是一種可行的通訊方案。
2、GPRS在線方案:GPRS在線方案是撥號方案的改進,是在GSM網上利用虛擬專網技術和通信系統技術進步的結果。他在每個熱力站安裝一個GPRS通信控制器,通過GPRS無線網絡,實時在線完成通信控制任務。

三、本方案優勢

GPRS無線熱力監控系統具備如下特點:  
1、建設周期短,成本低:
GPRS無線網絡可為熱力監控系統提供了簡單有效的通信傳輸手段。中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建熱力監控系統,實現熱能數據的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡,縮短建設周期,降低建設成本的優點,而且設備安裝方便、維護簡單。
2、實時性強:
由于GPRS具有實時在線特性,系統無時延,無需輪巡就可以同步接收、處理所有數據采集點的數據,可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。
3、可對熱力設備進行遠程控制:
通過GPRS雙向通訊方式還可實現對熱力設備進行遠程控制,進行參數調整、開關等控制作用。
4、系統的傳輸容量大:
熱力數據中心要和每一個數據采集點保持實時連接。由于熱力數據采集點數量眾多,系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要,而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。
5、數據傳送速率高:
每個熱力數據采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s,目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右,能滿足本系統數據傳輸速率(≥10Kbps)的需求。
6、通信費用低:采用包月計費方式,運營成本低。
7、系統易于擴展和維護。
由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡,因此監測中心計算機需要一個固定的IP地址或固定的域名,各個熱力數據采集點采用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機,從而進行數據通信。  

四、 系統組成

 

(圖一)GPRS無線熱力監控系統

一個完整的熱力監控系統如上圖所示,在物理層面上它主要由五部分組成:監控指揮中心、通訊網絡、現場監控設備、輔助監控設備,熱網監測系統采用分布式計算機系統結構。即中央與本地分工協作監控方法。中央控制室只負責全網參數的監視、本地控制方式的調整和總供熱量、總循環流量的自動調控。本地的熱力站機組根據中央指定的控制方式完成現場自動調節控制功能。概括起來也可以叫做:“中央監測,統一調度,現場控制”。以下根據監控系統的四部分組成,分別進行介紹。
1.、監控指揮中心
監控中心的軟件平臺采用熱網控制系統,可輕松支持遠程訪問與控制,不論通過PSTN電話網、GPRS無線網、Internet或內部局域網,任何一臺經過授權的工作站都可瀏覽查詢現場的工況和數據并進行控制指令發送??刂浦行牡墓芾碛嬎銠C不斷的采集現場控制機的數據,監測現場控制機的運行情況并指導操作員進行操作。該計算機還向現場控制機發送控制和參數設置指令。操作員從控制中心通過該系統能夠方便地得到子站運行的數據并向子站下達指令。
2、通訊網絡
通訊是整個熱網控制系統聯絡的樞紐,各個熱力站、熱源、管道監控節點和泵站通過通訊系統形成一個統一的整體。為了實現運行數據的集中監測、控制、調度,必須建立連接所有監控點的通訊網絡。
3、現場監控設備
現場控制機是集散型控制系統的終端環節,既可獨立工作,也可以接受中央管理工作站的監督指導?,F場控制機與其所控系統內的傳感器、執行器及被控設備組成了一個相對獨立的控制單元?,F場控制機的主要功能如下:
1) 參數檢測:主要完成管網現場過程的模擬量(如溫度、壓力、熱量等)、狀態量(如泵的狀態、溫度等)及脈沖量的測量。
2) 數據存儲:由于熱網運行的大量性,和控制系統的非實時性,要求現場控制設備能按指定的時間間隔進行參數存儲,一般情況下這些參數通過通訊網絡定期傳輸到監控中心的服務器中。
3) 通訊:現場控制設備必須能夠在主動或被動方式下與監控中心通過某種通訊網絡進行數據通信,以便監控中心能了解系統的整個運行狀況,做到系統協調優化運行。
4) 顯示操作功能:現場控制設備具備液晶顯示和操作界面,以方便運行人員在現場對運行狀況一目了然,同時可以人工直接控制調節系統運行工況。
4、輔助監控設備
一般情況下,每個按換熱站劃分的供熱區域應當根據供熱面積的大小并根據管網阻力大小及最不利狀況安置2~6個室內溫度采集器,并利用其數據指導控制系統的運行如下圖


 

(圖二)系統拓撲圖

該系統利用完善的GPRS網絡和優越的GPRS無線數傳終端作為主站與終端的信息交換,它備了遙測、遙控、遙信的強大監控功能,克服了其它通訊方式監控系統的弊端,保證了系統有效、實時、可靠的運行。

五、總結

熱網控制的目的是用最經濟的手段將需要的熱能安全地送到需要它的地方。由于供熱是要在城市中保證熱量的需要用戶的室內溫度,因此利用GPRS無線熱力監控系統監測供熱用戶的室內溫度是否達到要求就成為必要,GPRS技術的使用將使換熱站的自動化控制有質的飛躍。

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