力控科技

管控一体化解决之道

城市热网解决方案

一.概述

随着城市供热管网的改造工程逐步深化,换热站的数量越来越多,供热面积越来越大,由一个热力厂负责几个片区供热、或多个热力厂联合供热已经成为目前城市集中供热的发展趋势。城市集中供热系统由于供热区域广、供热面积大,使得各区域的距离远近、管网质量、供热设备等硬环境参差不齐,存在着浪费人力、供热效率低、供热不平衡、能量浪费、热网波动严重等诸多问题,所以建立起一套安全可靠、运行灵活准确的热网调度系统,实现换热站无人值守,达到节能降耗的目标就十分必要。

二.系统设计原则

安全性——在本系统网与公司办公网之间采取可靠的技术手段,保证该系统的网络安全性,防止实时/历史数据库服务器受到黑客和病毒的攻击,保证数据的一致性和完整性。

可靠性——供热企业的生产过程属于连续运转的生产过程,在系统设计时要从结构设计、产品选择以及网络管理上保证系统的可靠运行。

可扩展性——系统设计应留有扩展接口,以方便热力企业内其它供热控制系统、经营管理系统的接入和扩建企业生产控制系统的接入,以及提供给公司内ERP其它系统的接口。

开放性——系统的软件平台能提供多种数据访问方式(如OPC、DDE、ODB等),保证系统的开放性,并能与第三方软硬件兼容,实现系统间的无缝连接。

可维护性——系统应具有完备的网络控制、诊断、测试功能和在线故障恢复能力,最终要使用户维护起来方便,维护成本低。

三.系统设计目标

热网智能调度指挥管理系统通过统一数据接口,将与生产运行调度密切相关的各个系统数据关联起来,从多个不同的角度显示、反映当前热力管网系统的运行状态以及调度具体工作全方面的信息,为生产调度人员提供全面及时准确的工作环境。系统将实现以下几大目标:

1) 快速定位故障点,减少投诉

热网监控中心与现场数据保持同步,设备工况的实时采集、报警与分析,有助于及时发现和预测故障,提高对事故的应急处理与预案能力,保证供热指标,减少供暖用户的投诉。

2)远程管理换热站,节省人力

无人值守换热站数据通过VPN、GPRS等网络方式自动传送到调度管理平台,工作人员通过简单的可视化操作界面快速完成工作内容,减少人为操作的失误,提高生产效率,同时节省人力。

3)集中供热管理,更安全高效

整合供热用户、管网、换热站、热源的实时数据,建立供热生产数据库,实现各类信息的在统一的管理平台上存储,通过历史数据和实时数据的比较,分析官网是否存在泄漏,设备是否需要维修,并且提供不同的用户权限实现不同供热系统的调度管理,保证了供热过程的安全高效运行。

4)全网平衡,节能减排

调度系统根据室外温度的变化,自动调节热力站供水温度、阀门开度等,并且通过对热网进行水力、热力计算以及热网的控制运行分析,使热网达到最优化的运行,实现热网平衡运行,起到节能降耗的作用。

5)供热能效考核,提高利润

通过对供热数据的进一步的筛选、统计、分析、对比等,整体了解各能源介质的消耗情况、节能指标完成情况,再依据系统处理后的数据指标进行考核,根据对比分析结果,帮助公司领导层进行决策支持,并依据这些数据制定新的节能指标或更加科学合理的考核依据。


四.系统架构设计


热网智能调度指挥管理系统主要由三层组成:热力站、通讯网路和调度中心。其中调度中心负责接收各现场监控设备发来的数据,并对数据进行存储、分析、报警、报表打印、向各现场设备发出调度控制指令,为供热过程如热源负荷分配、热网平衡与分析等提供决策依据。通讯网络平台通过有线或无线等方式将反映换热站、锅炉、电厂热源等状态数据传送到调度中心,同时接收调度中心发来的调度控制指令。换热站等硬件设备,用于供热过程数据的采集、控制和调节。底层是热力站,是热力企业供热流程的基本单元。

五.系统功能


1、数据采集

在调度中心设立供热实时数据库,与热源、换热站的当地监控系统进行远程通讯,实现远程数据采集、设备监控对工艺生产区进行监测报警,加强热源、管网、换热站的自动监控和管理。主要采集的参数有换热站的一次供水回水温度、二次供水回水温度、室外温度、水箱液位、循环泵起停、报警显示等参数。

2、过程监控

供热过程监控可以完成运行管理人员对供热运行状态的了解,可以显示整个供热系统部分参数运行状态一览表,如当前换热机组的主要运行参数,以及工艺流程图等,指导相关人员完成生产过程、系统或设备分析,更好地进行操作调整与管理决策。

 

3、报表分析

以表格形式来展示指定点的数值,如流量、温度、压力、热量等,同时提供班报、日报、周报、旬报、月报、季报和年报等各种报表类型。

 

4、趋势分析

以趋势曲线、X-Y图、棒图/饼图的形式显示生产运行数据,协助运行管理人员进行特性分析和参数对比,并能提供数据表格、图形、曲线的打印功能。

 

5、报警显示

系统实时显示并记录各种报警信息,如压力/流量的超限、仪表工作电源不正常、通讯故障等报警信息。同时支持语音、短信等报警形式,对报警信息(包括时间、地点、报警值等)进行存储,以便查询。

 

6、权限管理

管理员可以根据业务需要创建不同的岗位,如班长、工程师等,并对应授权,建立岗位与权限的对应关系,权限的分类可以分为报表的查看、阀门的控制、报警限值的修改、报警的确认等权限,同时记录所有用户操作过程。


7、设备管理

1)自动获取或人工录入当前设备的状态数据,显示记录能源工艺设备状态,运行工艺参数;

2)记录设备运行记录、点检记录、设备检修记录、设备故障记录、设备报警记录;

3)设备档案管理(主要是计量设备和仪表):提供维护设备档案录入、查询等维护功能;

4)设备维修管理:制定设备维修计划、设备维修周期、设备维护管理;

8、负荷预测

考虑到不同环境下温度、风速、湿度、辐射、城市热岛强度等多种参数对供暖的综合影响,用实验数据进行数理统计分析,建立节能数学模型,确定供暖气象指数,例如可以根据天气预报提供的温度、风力,结合供暖面积、用户实际室内温度、房屋保温系数等一系列数据,预测出未来24小时所需要的热量负荷,并根据各区域需要的实际热量进行相应调整,实现对热量消耗的科学指导。 

 

9、锅炉效率分析

通过燃料消耗量和实际供热量,计算锅炉房供热效率,即可横向对比又可纵向分析锅炉效率走向,全面掌握供热系统整体运行状况。

 

10、水压图分析

利用水压图分析热网水力工况变化,显示管网的压力值的变化、各管段的压力损失值等,分析水力工况是否处于最佳工况,同时根据动态水压图模型和采集的压力数据可以迅速判断管道泄漏的大概位置。

 

11、换热站控制

热力站就地监控系统完成的主要控制功能如下:

1)供热量调节控制

供热量的调节控制是以一次网供回水温度为依据通过调节一次网流量来控制供热量的。当电动调节阀开大时,一次网流量增加;电动调节阀关小时,一次网流量减小。通过对一次网流经换热器流量的改变,来实现对二次网热量的调节。其中主要有流量、开度、室外温度等几种控制方式。

2)二次循环水泵自动控制

循环泵变频压力、压差控制,根据二次水供水压力或供回水压力差控制循环泵变频器频率,保证流量的稳定性。 循环泵可根据一次网的温度来自动启动、停止或限速运行。当一次网的热源温度低于循环泵的设定运行温度时,循环泵处于停止或最低转速运行状态,这样可以最大限度节约运行电费。 

3)补水定压自动控制

 补水定压系统的作用是防止二次网倒空,保证系统在规定压力下恒压运行。该功能是通过变频调速控制柜完成的。系统压力信号来自定压采样旁通上的压力传感器,当此压力值低于设定压力时,变频控制柜指令补水泵加速补水;当系统压力高于设定压力时,变频控制柜指令补水泵减速补水;当系统压力超过限定压力时,泄压旁通上的旁通阀开启,进行排水泄压。

12、能耗分析

能耗分析是将采集的数据进行归纳、分析和整理,实现基础热力管理功能,包括热力的计划管理、热力数据的统计和分析。可以计算用户的能耗和能耗平衡:能计算出每天各换热站的平均能耗(每平方建筑面积的耗热量、耗电量、耗水量)。

 能耗分析系统主要统计换热站的汽、水、电算耗用情况,找出可以找出能源总耗、单耗最高的换热站、建筑、供热处及供热分公司也可以通过连续分析数据曲线,找到供热异常的换热站和建筑,及时发现供热问题,及时解决问题,为热力公司节约能源,降低运行费用。

13、地理信息系统集成

建立基于GIS的城市热网管理信息系统,并且与监控调度系统无缝集成,通过地理系统实时查看各种生产数据,实现对城市热网综合管理,能随时掌握全市输配系统的最新资料,供有关部门管理集中供热管网、规划设计、运行调度、决策使用。

 

14、视频系统集成

将视频系统嵌入监控调度系统中,实现监控画面与视频画面联动。

 


六.系统产品设计

根据系统设计软件由以下产品组成:SCADA平台软件、企业级实时历史数据库、计算引擎软件、报警管理软件、关系数据库软件、计算服务器、GIS平台软件、Web服务器软件、安全防护软件及相关应用软件组成。软件系统选型采用力控ForceCon一体化集成平台,该平台产品覆盖整个工业信息化领域,通过分布式实时数据库的特点实现系统间的高效集成、级联及扩容,可为企业用户提供一个快速/高效的平台产品,满足各种工业信息化企业需求。

平台产品以“分布式实时数据库”为核心搭建力控家族“工业控制消息总线”,并支持集成面向服务(SOA)系统架构的“信息服务总线”。消息总线和服务总线提供可靠通用的信息交互机制和广域服务机制,实现整个系统间的安全高效的数据通信和应用集成。贯穿整个企业信息化业务,可以自由构建不同规模的应用,实现从底层工业现场控制(小型场站系统、嵌入式HMI)、到生产调度指挥管理(SCADA)及上层信息化管理(MES、ERP)的融合。

平台产品软件架构图如下说明:

SCADA平台软件eForceConV5.0

  本系统SCADA采用力控SCADA平台软件eForceCon V5.0,该平台是以分布式区域实时数据库为核心,分布式实时数据库技术可以保证生产数据精确输出并完成可视化,实时数据库无限的分层结构可使大型企业信息尽收眼底。力控SCADA平台组态软件具有灵活的系统应用架构,可以自由构建不同规模的应用,满足用户对企业信息化的多样性要求,用户在此基础上可以灵活的构建适合企业应用的解决方案。

eForceCon具备分布式的数据源管理模式,可视化人机交互界面无需编程,直接通过远程数据源的组态方式就能与远程数据库进行信息交互,完成生产监控、查询、曲线分析等各项功能。

SCADA平台功能特性如下说明:

-支持以分布式实时数据库为系统核心的一体化软件平台,具备开放、集成、面向对象的开发环境,系统开发人员可方便使用。

-支持客户端/服务器(C/S)和B/S(“瘦”网络客户端)架构,不同网络节点以分布式的数据源管理方式来进行信息交互。

-具备软冗余、硬冗余及双工热备冗余模式。

-具备稳定、灵活架构及扩展能力,可支持超过万点的通讯点数,灵活可靠,易于扩展客户端的添加不影响整体系统的性能,

-具有完整的报警管理能力支持ISA18.2的报警标准,可支持多级报警管理、声光等报警输出以及参数在线调整等功能。

-提供部署服务器,可管理、编辑、监控远程节点工程及平台状态。

-可提供编程语言供用户使用,支持用户自定义函数的开发。

-支持用户自定义功能和二次开发组件,可以集成第三方插件及可执行程序。

-支持大分辨率的窗口图形显示,提供基于面向对象的模板化的可视化开发工具。

-支持将C/S客户端完整发布到Web上,Web容器支持第三方插件发布。

-软件开发出的工程应具备项目文件备份功能,并且应支持工程文件口令保护。

-支持使用用户,权限,优先级,安全区的方式为用户提供安全验证。

2 企业级实时历史数据库pSpace6.1

本系统需要记录大量的具有时间特征的监控数据,针对数据的读取、归档、查询和分析做综合展示,本项目采用不依赖于任何关系数据库的实时历史数据库软件。企业级实时历史数据库软件运行于数据库服务器,数据库服务器可根据要求设定集群冗余(磁盘阵列),实时历史库软件支持集群冗余方式。

实时数据库系统软件实现实时采集生产过程装置数据并连续进行存储并统计,数据在存储时根据每个数据点设定的压缩比参数进行存储。该软件可对(系统项目)实现网络化的生产监视和数据分析,使(系统项目)能够实时掌握下属生产企业的安全生产状况。

力控企业级实时数据库pSpace是一个高性能、高吞吐能力、可靠性强、跨平台的实时/历史数据库系统,可以用于采集、压缩、存储、加工、分析等任何带有时间特性的生产信息,pSpace提供全系列的工业通讯接口及ERP业务接口,实现生产监控到调度管理的完美整合。能极大地提高企业的智能化及决策的精度和速度。

     多平台的支持能力可运行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多种Linux操作系统。

企业级实时历史数据库pSpace产品特性与指标

支持在线连续存储,并达到30万条记录/秒的存储速度。

企业级实时历史数据库单台服务器应可以支持100万点的数据点。

数据压缩率可高达40:150:1);

数据库单客户端单点查询速度20万条记录/秒。

实时历史数据库1000个客户端并发查询,每秒应可达2万条记录。

实时库应稳定支持256客户端并发查询。

3工业报警管理平台FAlarm

力控工业智能报警平台FAlarm可适用于多层监控系统的报警集中管理,采集模块负责报警的采集可支持各类SCADA、DCS、关系数据库等报警数据的接入,支持基于标准OPCAE、OPCUA的报警数据采集。中心模块负责报警的处理、存储、发布、显示等功能,提供直观的报警查询分析功能,有效的提供报警管理的改进方案,辅助企业实现自底层现场到生产调度的报警集中管理。

      ■ 报警系统设计

强大的分布式报警、事件处理,支持ISA18.2标准,可以单独设立报警服务器,独立管理报警的通知与存储。

采用树形结构的区域报警和报警组对象的组合管理方式,支持精确定位报警信息,方便查找与管理;

客户端能显示和确认来自分布式网络上任何服务器上的实时报警;

支持网络报警及操作事件的数据断线存储,并具备自动恢复功能;

支持工业现场报警“雪崩”处理,方便响应大型系统异常及紧急情况;

支持千万条级别报警记录存储,并方便网络查询;

支持报警处置与评论,并可根据业务形成报警知识库

支持高达10个条件报警判断(H5、H4、H3、HH、HI、LO、LL、L3、L4、L5);

支持的报警类型有限值报警,偏差报警,变化率报警,开关量报警。可设置十种限值报警,报警支持1-9999种优先级,报警可分0-99组,每个报警点可设置最多10个报警标签。


      ■ 报警显示与查询

可视化报警的管理组件接收发生的报警信息,可将发生报警的点,数值,报警类型等信息及时输出,主要功能包括:

     支持实现对测点、区域、类型、级别的统计查询,用户可根据查询条件设定统计规则,内置脚本函数也可实现统计查询功能。

支持自定义的报警显示扩展与调整,按照报警类别、时间、标签可方便分类,支持脚本在后台动态控制。

根据任意数据项作为索引来过滤和分类报警信息,可查询任一单元、任一时间段内、任一报警级别和类别的历史报警信息的检索。

支持查询窗口带有内置滚动条、可调大小的显示列、多项报警选择、更新的状态栏、动态显示类型以及报警优先级显示颜色。

支持根据用户需求设定,能够实现按照发生时间、报警等级的顺序自上而下显示。

支持用颜色变化、声音、闪烁区别,每一种级别的报警都可设定指定颜色界面和声音提示,报警声音可根据需要进行调节和屏蔽。


■  报警输出

报警通知支持多媒体语音、视频、文本语音转换、邮件和短信等实时方式的报警通知与输出。

支持将报警信息转储到第三方数据库系统,提供对外的报警查询接口,方便与第三方软件进行调用。


4 智能生产信息门户集成平台FinforWorx

系统采用力控智能生产信息门户集成平台FinforWorx搭建企业的管理平台,该平台为企业提供生产动态管理驾驶舱、实时决策调度、设备动态管理、生产预警、能源管理等生产应用来持续不断的改善生产过程,以达到改善企业生产管理的目的。

       力控智能生产信息门户集成平台完全是模块化设计,提供基础的工厂数据建模和各类丰富的分析组件,该平台可分为采集层、数据层、web服务层、web前端等,从而为企业智能制造的动态生产管理提供数据分析、诊断、展示的门户平台。针对节能降耗领域的管控中心建设可提供横向和纵向能源分析、能源诊断、能源审计、能源设备诊断等管理功能。



智能生产信息门户集成平台功能包括:
生产设备管理:包括:生产装置管理、设备台账管理、设备运行管理、设备维护管理等。

计量器具管理:包括:计量器具台账、计量器具检定管理等。

生产计划管理:包括:产品产能管理、计划排产管理等。

生产报表管理:包括:生产报表模板、生产日报、月报、季报、年报、生产完成情况统计报表等。

生产调度管理:包括:生产异常情况管理、交接班日志管理、调度日志管理等。

能源管理:包括:能源计量设备管理、能源计划、实绩、成本,及能源统计分析等。

生产过程监控,包括:生产工艺流程图、能流图等。

关键的绩效指标KPI展示、统计过程控制分析SPC等

       设备运行效率OEE管理等

5.5 生产调度计算平台Fycber

本系统需要通过实时历史数据库及计算引擎可实现系统的生产调度分析(如排程、预测等)。通过力控实时历史数据库提供的海量数据源与计算引擎的多种优化算法相结合,能够实现在线优化全厂过程自动化系统,保证全厂装置在实际生产过程中达到优化调度、节能降耗的作用。

力控计算引擎Fcyber基于node.js脚本引擎结合灵活的编程语言,实现海量数据的统计分析、关系数据库交互以及第三方用户自定义库封装调用等功能。结合力控企业级实时历史数据库pSpace、以及离线仿真平台,可实现从采集、数据处理、数据模型建立、控制策略到全厂综合自动化在线优化,进而可将企业领导者的经营决策、生产管理和调度信息落实至全厂装置的实际生产过程中,达到统计分析、优化调度、节能降耗的作用。

计算引擎功能说明:

■工程管理

支持工程任务的创建、删除、修改

支持配置多任务,支持多任务的并行执行

支持工程备份、导入/导出

支持工程加密

 任务管理

支持任务的编辑、调试

支持模板功能

任务运行状态、结果监控

 脚本编辑器

支持js脚本

支持复制、粘贴、撤销

支持高亮、语法检测、提示联想

支持任务代码配置调试、运行调试

 函数

支持pSpace函数

支持各类关系数据库操作函数

支持自定义函数

支持第三方算法调用

Node.js原生支持函数

工业安全隔离网关pSafetyLink

为了防范黑客及恶意代码等对底层生产网络的攻击侵害及由此引发的生产事故,保障生产系统的安全稳定运行,需要建立生产系统安全防护体系,系统安全防护工作应当坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则,保障底层生产系统的安全。因此在保障生产系统的可靠和安全运行上,提供两款工业级防护产品以供客户根据现场实际情况选择,一种是利用工业网络安全防护装置的双系统,单项隔离传输功能,将病毒及网络恶意行为彻底隔离在外网,做到最大限度的安全防护。另一种是使用白名单的默认禁止机制,为网络进行逻辑的边界隔离。

力控pSafetyLink是专为工业网络应用设计的防护设施,用于解决工业SCADA控制网络如何安全接入信息网络(外网)的问题。它与防火墙等网络安全设备本质不同的地方是它阻断网络的直接连接,只完成特定工业应用数据的交换。由于没有了网络的连接,攻击就没有了载体,如同网络的“物理隔离”。由于目前的安全技术,无论防火墙、UTM等防护系统都不能保证攻击的一定阻断,入侵检测等监控系统也不能保证入侵行为完全捕获,所以最安全的方式就是物理的分开。

■    最高级别安全设备

安全隔离网关是目前最高级别的安全防护设备,用于进行特别重要的区域安全隔离,我们的设备采用硬件加软件的多重技术保障区域间的物理隔离。

■   测点级访问控制

安全隔离网关支持测点级的访问控制,可以根据具体到点的读、写、可见、不可见、进行控制,杜绝误操作、提高了数据和控制的管理粒度。

  安全隔离技术

截断TCP连接的方法,彻底割断穿透性的TCP连接,内部采用高位加密技术进行传输数据的保护。

 内核安全技术

基于Linux裁剪优化后的嵌入式内核,裁剪其它所有无关的网络服务、系统功能,屏蔽了无关端口,进一步提高了系统安全性和抗攻击能力。

自检测自恢复

安全隔离网闸内嵌的高性能工业通信软件提供完善的系统在线自诊断、故障自动恢复、“看门狗(软件名称)”管理等系统功能。

 可靠身份认证

自带专用配置工具,专用配置工具具有身份权限的签名认证识别和构建高位加密的管理传输通道,保障了设备的自身登录安全性。

 高可靠硬件设计

      在PCB电路板的设计中,加有线性稳压及滤波装置,并严格按照 EDA 对高频电路设计的要求,设计了单独的电源层与地层,进一步保证了整个板上电源的稳定性。硬件模块都采用电子式长寿命设计,设计遵循分布均匀、布局合理的原则,风扇处增加了防护罩,而且紧靠散热源,起过滤作用,避免灰尘和湿气;通过增加专用转接板,起到了更好的加固和抗震作用;

七.系统软件清单


八.方案总结

      力控热网智能调度系统的应用既降低供热成本,同时提高供热效率,使供热效果显著提高。既提高了能源利用效率,又做到了绿色环保。力控科技产品的应用,为系统长期稳定运行提供了可靠保障。