1 引言
集中供熱是國家大力推廣的節能和環保措施，是今后供熱的發展方向，它具有熱效率高、節能、污染小、供熱效果好等優點，一般采用熱電廠的余熱。熱網監控系統是專為熱網調度自動化而設計的，它集人機界面、數據庫管理、計算機網絡、遠程數據通訊、過程控制和信號檢測等先進技術于一體，是區域供熱實現現代化管理的一個重要標志。
本文介紹了基于和利時公司 LK系列PLC的熱網監控系統，作為國內首款大型PLC，LK系列PLC具有高性能、高可靠性、通訊靈活、易維護等特點，為城市熱網監控提供了高性能的、實用的、經濟的解決方案。
2 熱網系統工作原理
熱力系統由一次網系統、二次網系統、恒壓補水系統、熱計量系統組成，各部分之間相互聯系相互作用。熱源通過一次網供水管道進入換熱器，經過熱交換后，再經一次網回水管道流回熱源。而二次網的水在熱交換后經二次網供水管道進入取暖用戶的散熱器，用戶取得熱量后，經二次網回水管道再進入熱交換器，如此循環給用戶供暖。如圖1所示。
圖1 熱力系統工作原理示意圖
3 熱網監控系統設計
熱網調度監控系統實現對各換熱站工藝參數、電氣參數和設備運行狀態進行監測、控制、聯鎖和報警以及報表打印。通過使用在調度中心和各換熱站間的一系列通訊鏈，完成整個熱網調度所必需的數據采集，數據通訊，順序控制，時間控制，回路調節及上位監視和管理作用。整個系統由調度監控中心、數據通信網絡、現場PLC控制站三部分組成。現場PLC換熱站主要完成各換熱站一、二次網的溫度、壓力、流量、液位等工藝參數的實時采集、各種運行設備的狀態實時反映和控制；在通訊網絡的支撐下，通過某種網絡接口將反映換熱站運行狀態的數據傳送到調度監控中心，同時接收調度監控中心發來的調度控制指令；調度監控中心負責接收各現場監控設備發來的數據，并對數據進行存儲、歷史趨勢分析、報警、報表打印等，在此基礎上，向各現場設備發出調度控制指令。
3.1調度監控中心
熱網監控中心主要由數據服務器、操作員工作站、工程師工作站、通訊網關、模擬屏、以太網交換機、防火墻、打印機、UPS電源等組成。對規模較小的供熱企業，可不設數據服務器，直接操作員工作站兼數據服務器的功能；對于系統規模較大的供熱企業來說，如果熱力站規模超過50個以上，建議采用專用的數據服務器，運行管理人員主要通過操作員工作站完成監控工作。
數據服務器上安裝熱網監控系統軟件，負責采集現場PLC控制站的數據，監測各換熱站的運行情況并指導操作員進行操作。數據服務器實時地從現場PLC控制站采集數據以保證其數據庫不斷更新。服務器還向現場PLC控制站發送控制和參數設置指令。調度運行人員可從調度監控中心通過操作員工作站能夠方便地得到換熱站運行的數據并向熱力站下達指令。
熱網調度監控中心監控系統采集所有熱力站的歷史數據、實時數據，建立歷史數據庫；先進的報警管理功能，可以隨時接收來自各熱力站的故障報警，發出報警信息；優秀的圖形化人機交互界面，用戶使用更加方便；輸出生產報表、管理報表，如日報、周報、月報、年報以及小時平均報表等。
3.2通訊網絡
通訊網絡是整個熱網監控系統聯絡的樞紐，各個換熱站、熱源、管道監控節點通過通訊網絡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。隨著網絡技術的飛速發展，用戶選擇的空間越來越大，而且各個地方由于網通、電信、移動、聯通部門提供的服務在價格和技術上差異較大，對于通訊方式的選擇應該結合實際情況進行仔細分析和比較，最終選擇最適合自己的通訊方式。目前可供用戶選擇通訊網絡主要有如下四種方案：
（1）撥號通訊網絡：直接采用調制解調器撥號
圖2 撥號通訊方案系統圖
優點：網絡建設簡單，維護工作量小，運行費用較低；
缺點：網絡不穩定，實時性差，同時只能有一個站上報數據；
（2）無線通訊網絡：無線電臺，采用公用無線頻段，自建無線發射、接收站
優點：運行費用較低；
缺點：安裝工作量較大、網絡不太穩定，易受干擾，實時性差
圖3 無線電臺通訊方案系統圖
（3）移動通訊網絡：GPRS/CDMA網絡
圖4 GPRS通訊方案系統圖
優點：安裝簡單，不受傳輸距離限制，抗干擾能力強，易維護；
缺點：運行費用相對較高。
（4）虛擬專用網絡、ADSL等各種寬帶技術
圖5 ADSL通訊方案系統圖
優點：實時性較好，安裝簡單，易維護，網絡的安全防范性好；
缺點：運行費用相對較高。
3.3現場PLC控制站
現場PLC控制站主要由液晶顯示操作終端和控制系統兩部分組成。彩色液晶顯示屏主要完成各種監控畫面、采集參數的顯示，并實現一些參數設定信息的輸入。控制系統采用性價比較高的LK系列PLC，包括CPU模塊、I/O模塊，背板等，系統集成多種通訊接口，適用于各種通訊網絡。
現場PLC控制站主要功能是對各換熱站、供熱沿線各節點、熱用戶運行參數（一、二次網溫度、壓力、流量等）、各種設備運行狀態進行實時監控及采集，并根據氣象環境和負荷的變化按預先設定的控制策略對換熱站循環泵、補水泵和調節閥進行自動調節，來實現換熱機組的完全自動控制，在通訊網絡的支撐下，現場監控站通過將反映換供熱運行數據傳送到調度中心，同時接收調度中心發來的調度控制指令。
4 系統控制策略
4.1 一次網控制系統
（1）工藝系統組成
系統硬件主要由一次供水電動調節閥、室外溫度傳感器、一次供回水溫度傳感器、二次供回水溫度傳感器組成。
（2）工藝控制原理
一次網供熱量的調節控制是由PID控制器來實現的。控制器根據室外溫度生成二次網供回水平均溫度的設定值，指令一次網的電動調節閥動作。通過調節電動閥的開度，控制一次網流量變化量。再由流量的變化調節用戶的供熱量。
（3）自動控制框圖
從圖中可以看出，目標設定值與反饋回來的二次網供回水平均溫度作比較，產生的差值經過PID運算，得出控制量來調節閥門的開度，實現閉環控制。如圖6所示。
圖6 一次網控制原理圖
4.2 二次網控制系統
（1）工藝系統組成
硬件主要由變頻器、循環水泵、二次供回水溫度和壓力傳感器、室外溫度傳感器及控制電路組成。
（2）工藝控制原理
熱力站間接連接供熱方式，一次網與二次網水力工況互不影響<
