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UW2100工業物聯網控制器無人值守換熱站應用案例

行業方案

一、 項目概況

本項目為換熱站無人值守自控系統,項目共包含H區、I區、E區、北區、南區南、南區北6個換熱站及一個公共站,項目旨在通過建設無人值守監控系統,優化生產運行監管手段,提升安全管理水平,實現在鍋爐房控制室集中監視各換熱站設備運行狀態;換熱站主要運行參數集中顯示在鍋爐房控制室,便于生產技術人員快速了解換熱站運行狀態,分析設備是否在合理狀態運行,以便對運行參數做出優化;盡早發現設備運行的安全事故隱患,減小事故發生率;減少人員投入力度,實現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區換熱站:

H區換熱站供暖面積235318.59㎡。其中,高區111440.18㎡;低區123878.41㎡。末端采用散熱器采暖。

站內高區主要設備:3臺板式換熱器、2臺循環水泵、2臺補水泵;低區主要設備有:3臺板式換熱器、2臺循環水泵、2臺補水泵;高、低區共用水處理等其他設備。

(2)I區換熱站:

I區換熱站供暖面積251177.9㎡。其中,高區126116.5㎡;低區125061.4㎡。末端采用散熱器采暖。

站內高區主要設備:3臺板式換熱器、2臺循環水泵、2臺補水泵;低區主要設備有:3臺板式換熱器、2臺循環水泵、2臺補水泵;高、低區共用水處理等其他設備。

(3)E區換熱站

E區換熱站供暖面積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臺循環水泵、2臺補水泵、水處理等其他設備。

(4)北區換熱站

北區交換站供暖面積61798.29㎡,以后不會增加供暖面積。無生活熱水,供暖系統不分高低區,檐高12m。

站內主要設備:2臺板式換熱器、3臺循環水泵、2臺補水泵、水處理等其他設備。

(5)南區北換熱站

南區北交換站供暖109620.71㎡,商業及其他3661.87㎡,以后不會增加供暖面積。無生活熱水,供暖系統不分高低區,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臺循環水泵、2臺補水泵、水處理等其他設備。

(6)南區南換熱站

南區南交換站供暖面積125404.8㎡,商業及其他1727.02㎡,以后不會增加供暖面積。無生活熱水,供暖系統不分高低區,檐高45m。

站內主要設備:2臺板式換熱器、3臺循環水泵、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。經供水母管供至換熱站分水器進行分配,分別供至高、低區板式換熱器;完成熱交換后流回集水器,經回水母管返回鍋爐房。

② 由熱用戶來的二次回水經循環泵加壓后分別進入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,經管網分配至熱用戶。

③ 補水定壓點位于循環泵入口母管上,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。經供水母管分別供至兩臺板式換熱器;完成熱交換后,經回水母管返回鍋爐房。

② 來自熱用戶的二次回水經循環泵加壓后分別進入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管網分配至熱用戶。

③ 補水定壓點位于循環泵入口母管上,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,杭州優穩基于UW2100工業物聯網eDCS控制系統硬件產品及UWNTEK軟件產品提出綜合一體式解決方案。


二、系統設計原則

基于UW2100eDCS系統硬件及UWNTEK軟件平臺實現的換熱站無人值守監控系統集調度及監控于一體,功能包括人機界面、數據庫管理、遠程數據采集、遠程控制、報警、趨勢及報表等,利用各種先進的通訊網絡,對整個熱網管道、儀表等進行跟蹤監控,不僅可以讓調度人員全面掌握整個熱網管線供熱狀態,還能快速、準確地反映現場故障報警信息,方便巡檢和維護人員及時檢修,這樣不僅節省大量的人力、物力,而且極大的提高了熱網的現代化管理水平。

本設計基于“集中管理,分散控制”的模式以及數字化、信息化市政工程的思想,著眼于企業“管控一體化”信息系統的建設,建立一個先進、可靠、高效、安全的,集過程控制、監視和計算機調度管理于一體并且具備良好開放性的監控系統,完成對整個供熱工藝過程及全部生產設備的監測與自動控制,實現“現場無人值守,總站少人值班”的目標。


三、系統總體結構

整個系統包括滿足CPS信息物理系統與工業互聯網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網絡、及控制系統設計編程與控制工程廣域云服務支撐環境。

系統基于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網絡將數據集中上傳至UWNTEK云平臺,實現廣域信息遠程監控。

現場就地UW2100控制器基于Modbus-RTU(RS-485)主站協議與變頻器通訊,實現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)從站協議與觸摸屏通訊,實現設備信息現場就地監控;同時于熱源鍋爐廠采用UW500集散控制系統,在中央控制室設立中央監控中心,集中監控各分散網點設備信息。

UWNTEK系統軟件平臺提供視頻整合功能,可將安裝于現場的攝像機(大華、??担藴室曨l信號接入系統,實現現場實時視頻信號遠程監控;在此基礎上UWNTEK系統軟件平臺開放標準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網絡遠程監控,可按安全區劃分操作權限,確保系統的安全性。


四、系統設計方案

4.1 系統監控中心

系統監控中心設于熱源鍋爐廠,監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,具體數量視中控室設計而定)、1套大屏幕顯示系統、1臺工業以太網交換機、1臺圖形及報表打印機、1臺UPS電源等組成;

監控中心計算機要求可通過有線或者無線方式連接外網。監控系統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外設等建立廣域網絡系統。并基于UW云服務器實現監控界面WEB發布,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系統監控中心功能

1、板換一次側供水電動調節閥控制

通過二次側供水溫度對電動調節閥的開度進行PID控制(考慮鍋爐運行安全,確定電動調節閥的最小開度)。

2、板式換熱器工作狀態監測

板換一、二次側進、出口加裝溫度、壓力傳感器,監測每臺板換的工作情況。

3、采暖循環水泵監測

采暖循環泵進出口母管上加裝壓力傳感器,監視水泵的工作狀態以及系統壓力狀況。

4、采暖循環泵、補水泵變頻器監控:

遠程/本地監控循環泵的啟/停狀態;遠程監測變頻器的工況(輸出電流、頻率、功率、故障信號等)。經RS485通訊線將變頻器進行串聯后與eDCS進行通訊,eDCS可以讀取變頻器的各種運行參數、狀態等信號。

5、二次側供、回水總管壓力、溫度監測

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,壓力取循環泵入口母管壓力值,遠程監測二次側總供回水溫度、壓力狀況。

6、除污器壓差監測

在二次側回水管除污器上安裝壓差變送器,遠程監測除污器進出口壓差,確定其是否處于正常工作狀態。

7、補水箱液位監測

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、集水坑水位監測

集水坑增加液位控制器,監測集水坑的水位;且集水坑處于攝像頭監視范圍內,以及時了解排污情況。


4.1.2 安全保護及報警

利用組態軟件,建立換熱站監控狀態原理圖,并在重要位置設置報警點,并用醒目的紅綠標志表示狀態點的故障狀態。在顯示故障狀態的同時,發出聲音報警(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,如果補水泵繼續運行就有可能出現水泵損壞。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

當出現集水坑液位低報警時,說明集水坑的污水已經幾乎排完,如果排污泵繼續運行就有可能出現無水運行而故障,甚至有可能出現水泵過熱損壞的重大事故。

當出現集水坑液位過高時,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、循環泵故障報警

通過485通訊采集信號,能夠及時發現循環泵的故障狀態,便于及時切換循環泵,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值,將嚴重影響系統循環水流量,進而影響循環泵電耗,通過檢測該點參數,及時發現除污器的壓差情況。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硬件配置方案,以H區無人值守換熱站為例;

五、方案說明

本系統基于UW2100工業物聯網eDCS系統硬件結合UWWNTEK軟件設計實現,建立一個先進高效、優質穩定,集過程控制、監視和計算機調度管理于一體并且具備良好開放性的監控系統,完成對整個供熱工藝過程及全部生產設備的監測與自動控制,實現以下技術功能:

1) 換熱站監控中心的數據幾乎與現場數據保持同步,降低運行的人力費用;

2) 監控系統為解決熱網運行失調現象,實現熱網平衡運行,提高供熱效果,提供硬件與軟件環境支撐。

3) 起到了節能降耗的作用,換熱站根據室外溫度的變化,自動調節供水溫度,從而最大程度的節約了能耗,并且提高供熱的服務質量。

4) 避免了偷汽、漏汽現象,由于24 小時在線運行,杜絕了用戶偷汽的想法,現場計量出現故障可以在最短的時間內發現,并將故障時間記錄備案。避免計量方面的損失。

5) 通過仿真系統對熱網進行水力、熱力計算,熱網的控制運行分析,使熱網達到最優化運行,利用故障診斷、能損分析了解管網保溫、阻力損失情況,設備的使用效率,使熱網的管損達到最小值,以達到最經濟運行,通過歷史數據和實時數據的比較,分析管網。



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