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1 引言
集中供热是国家大力推广的节能和环保措施，是今后供热的发展方向，它具有热效率高、节能、污染小、供热效果好等优点，一般采用热电厂的余热。热网监控系统是专为热网调度自动化而设计的，它集人机界面、数据库管理、计算机网络、远程数据通讯、过程控制和信号检测等先进技术于一体，是区域供热实现现代化管理的一个重要标志。
本文介绍了基于和利时公司 LK系列PLC的热网监控系统，作为国内大型PLC，LK系列PLC具有高性能、高可靠性、通讯灵活、易维护等特点，为城市热网监控提供了高性能的、实用的、经济的解决方案。
2 热网系统工作原理
热力系统由一次网系统、二次网系统、恒压补水系统、热计量系统组成，各部分之间相互联系相互作用。热源通过一次网供水管道进入换热器，经过热交换后，再经一次网回水管道流回热源。而二次网的水在热交换后经二次网供水管道进入取暖用户的散热器，用户取得热量后，经二次网回水管道再进入热交换器，如此循环给用户供暖。如图1所示。
图1 热力系统工作原理示意图
3 热网监控系统设计
热网调度监控系统实现对各换热站工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、联锁和报警以及报表打印。通过使用在调度中心和各换热站间的一系列通讯链，完成整个热网调度所必需的数据采集，数据通讯，顺序控制，时间控制，回路调节及上位监视和管理作用。整个系统由调度监控中心、数据通信网络、现场PLC控制站三部分组成。现场PLC换热站主要完成各换热站一、二次网的温度、压力、liuliang、液位等工艺参数的实时采集、各种运行设备的状态实时反映和控制；在通讯网络的支撑下，通过某种网络接口将反映换热站运行状态的数据传送到调度监控中心，同时接收调度监控中心发来的调度控制指令；调度监控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、历史趋势分析、报警、报表打印等，在此基础上，向各现场设备发出调度控制指令。
3.1调度监控中心
热网监控中心主要由数据服务器、操作员工作站、工程师工作站、通讯网关、模拟屏、以太网交换机、防火墙、打印机、UPS电源等组成。对规模较小的供热企业，可不设数据服务器，直接操作员工作站兼数据服务器的功能；对于系统规模较大的供热企业来说，如果热力站规模超过50个以上，建议采用专用的数据服务器，运行管理人员主要通过操作员工作站完成监控工作。
数据服务器上安装热网监控系统软件，负责采集现场PLC控制站的数据，监测各换热站的运行情况并指导操作员进行操作。数据服务器实时地从现场PLC控制站采集数据以保证其数据库不断更新。服务器还向现场PLC控制站发送控制和参数设置指令。调度运行人员可从调度监控中心通过操作员工作站能够方便地得到换热站运行的数据并向热力站下达指令。
热网调度监控中心监控系统采集所有热力站的历史数据、实时数据，建立历史数据库；先进的报警管理功能，可以随时接收来自各热力站的故障报警，发出报警信息；的图形化人机交互界面，用户使用更加方便；输出生产报表、管理报表，如日报、周报、月报、年报以及小时平均报表等。
3.2通讯网络
通讯网络是整个热网监控系统联络的枢纽，各个换热站、热源、管道监控节点通过通讯网络系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度，必须建立连接所有监控点的通讯网络。随着网络技术的飞速发展，用户选择的空间越来越大，而且各个地方由于网通、电信、移动、联通部门提供的服务在价格和技术上差异较大，对于通讯方式的选择应该结合实际情况进行仔细分析和比较，终选择适合自己的通讯方式。目前可供用户选择通讯网络主要有如下四种方案：
（1）拨号通讯网络：直接采用调制解调器拨号
图2 拨号通讯方案系统图
优点：网络建设简单，维护工作量小，运行费用较低；
缺点：网络不稳定，实时性差，同时只能有一个站上报数据；
（2）无线通讯网络：无线电台，采用公用无线频段，自建无线发射、接收站
优点：运行费用较低；
缺点：安装工作量较大、网络不太稳定，易受干扰，实时性差
图3 无线电台通讯方案系统图
（3）移动通讯网络：GPRS/CDMA网络
图4 GPRS通讯方案系统图
优点：安装简单，不受传输距离限制，抗干扰能力强，易维护；
缺点：运行费用相对较高。
（4）虚拟专用网络、ADSL等各种宽带技术
图5 ADSL通讯方案系统图
优点：实时性较好，安装简单，易维护，网络的安全防范性好；
缺点：运行费用相对较高。
3.3现场PLC控制站
现场PLC控制站主要由液晶显示操作终端和控制系统两部分组成。彩色液晶显示屏主要完成各种监控画面、采集参数的显示，并实现一些参数设定信息的输入。控制系统采用性价比较高的LK系列PLC，包括CPU模块、I/O模块，背板等，系统集成多种通讯接口，适用于各种通讯网络。
现场PLC控制站主要功能是对各换热站、供热沿线各节点、热用户运行参数（一、二次网温度、压力、liuliang等）、各种设备运行状态进行实时监控及采集，并根据气象环境和负荷的变化按预先设定的控制策略对换热站循环泵、补水泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组的完全自动控制，在通讯网络的支撑下，现场监控站通过将反映换供热运行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。
4 系统控制策略
4.1 一次网控制系统
（1）工艺系统组成
系统硬件主要由一次供水电动调节阀、室外温度传感器、一次供回水温度传感器、二次供回水温度传感器组成。
（2）工艺控制原理
一次网供热量的调节控制是由PID控制器来实现的。控制器根据室外温度生成二次网供回水平均温度的设定值，指令一次网的电动调节阀动作。通过调节电动阀的开度，控制一次网liuliang变化量。再由liuliang的变化调节用户的供热量。
（3）自动控制框图
从图中可以看出，目标设定值与反馈回来的二次网供回水平均温度作比较，产生的差值经过PID运算，得出控制量来调节阀门的开度，实现闭环控制。如图6所示。
图6 一次网控制原理图
4.2 二次网控制系统
（1）工艺系统组成
硬件主要由变频器、循环水泵、二次供回水温度和压力传感器、室外温度传感器及控制电路组成。
（2）工艺控制原理
热力站间接连接供热方式，一次网与二次网水力工况互不影响。二次网循环水泵的工作参数一般都是按设计供热负荷选取，对于实施分户热计量的用户采暖系统，二次网具备变liuliang运行功能，即使对于通常用户采暖系统，在实际运行中，随着热负荷变化循环水泵变liuliang参与供热调节也可节约大量电能。此外，用户室内采暖系统无论是单管还是双管系统，佳调节方式都是质量并调，即随室外温度的变化，不但调节供水温度，而且要调节系统liuliang，这样才能真正消除系统的水平失调和垂直失调。
（3）自动控制框图
从图7中可以看出，目标设定值与反馈回来的二次网供回水温差作比较，产生的差值经过PID运算，得出控制量来调节阀门的开度，实现闭环控制。
图7 二次网控制原理图
4.3 补水恒压自控系统
（1）工艺系统组成
硬件由补水泵控制变频器、补水泵定压采样旁通（置于循环水泵上）、泄压旁通（置于补水泵上）、水箱、水箱液位计、给水电磁阀组成。
（2）工艺控制原理
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。在这里，从定压旁通上取压力信号是为了寻找真正的恒压点位置，如果恒压点位置确定准确，则系统恒压点的压力就能按设定值jingque控制。水箱液位是通过液位传感器提供的，当液位超过高液位时，给水电磁阀关闭；当水箱液位降到低于下水位时，给水补给，热力站按停机程序关机，待恢复到正常水位，热力站按开机程序自动投运。
（3）自动控制框图
如图8所示，在正常情况下，进行正常的PID调节，当系统压力超限时，管网上的排压阀打开。水箱控制策略是：当液位高于高高限时，控制器给出关闭给水阀的信号；当液位低于低低限时供水程序停止，直到液位恢复。
图8 变频供水控制原理图
4.4 热计量系统
（1）工艺系统组成与参数
硬件由一次供回水温度传感器，一次回水安装的liuliang计、积分仪组成。热计量需上传和就地显示的参数分别是瞬时liuliang、累计liuliang与瞬时热量、累计热量。
热力站设置热计量装置不仅为日后实施按热计量收费提供了计量手段，而且“热量与liuliang”作为重要的运行参数，对核算各个热力站技术经济指标和指导供热运行提供了重要依据。
5 系统功能
1）参数检测：主要完成热网现场过程的模拟量（如温度、压力、热量等）、状态量（如泵的状态、温度等）及脉冲量的测量。
2）数据存储：由于热网运行的大惰性和控制系统的非实时性，要求现场控制设备能按指定的时间间隔进行参数存储，一般情况下这些参数通过通讯网络定期传输到监控中心的服务器中。
3）通讯：LK系列PLC内置RS232、RS485、以太网、PROFIBUS-DP等多种接口，可采用MODBUS协议、TCP/IP协议、UDP协议、自由协议支持的拨号、无线电台、GPRS/CDMA、ADSL等多种通讯方式。该控制器能够在主动或被动方式下与监控中心通过某种通讯网络进行数据通信，以便监控中心能了解系统的整个运行状况，做到系统协调优化运行。
4）系统安全：LK系列PLC具有电源、CPU、以太网、总线冗余的功能。同时，LK的采集模块具有掉电检测、断路检测、短路检测等功能，tigao了系统得安全性。
5）显示操作功能：该控制器具备液晶显示和操作界面，以方便运行人员在现场对运行状况一目了然，同时可以人工直接控制调节系统运行工况。
6）报警功能：该控制器能够识别参数异常，并做出报警提示、报警上传等故障处理。
7）控制调节功能：LK控制器集成了PID运算模块，可以完成室外温度补偿、自动补水、温度调节、liuliang调节等环节的自动调节。
6 结束语
本文讨论了基于LK系列PLC的热网监控系统的设计与实现，充分发挥了LK可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便和可现场调试的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。该控制系统已在近的采暖期中得到实际应用，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。
1．概述
计量站是油田的重要组成部分，每个计量站都担负着多口油井的生产计量任务。通过计量站对油井生产情况的计量，可及时、准确地了解每口油井的工作情况，同时为油田地质部门提供油藏工程资料。但是，目前我国很多油田的计量站仍然采用人工计量方式，劳动强度大，效率低，且人工计量次数少、时间短，计量结果代表性差。
为了实现计量的自动化，tigao计量的效率和准确度，越来越多的PLC和HMI（人机界面）被应用在了计量站自动控制系统中。其中PLC安装在计量站，用于实现每天的自动计量与计量数据的传输；而HMI可放置在计量站，直接接收PLC的数据，进行实时显示，并自动记录生成相关报表，并将信息传送至厂区总控室等；也可由PLC的直接通过无线传输将计量相关信息数据送厂区总控室，在总控室的HMI上进行实时监控，实现无人值守。
通过浙大中自公司工程技术人员的实践，已成功地将SunyPLC250和SunyTech工业控制应用软件（HMI）成功的应用在了油田的计量站控制中。下面某一计量站为例，说明计量站自动控制系统的实现。
2．工艺流程
该计量站通过分离器可实现11口油井的计量工作。当某口油井需要计量时，将其对应的三通阀切到计量位，油井向分离器中进液，根据分离器中液位由计量下限上升到计量上限所需的时间，可换算出该井的产液量，再根据该井的油样化验，终得出其日产油量。依次通过导阀，分离器进液和排液，可实现对每口油井的计量。
3．系统构成
3.1 产品简介
SunyPLC250是浙大中自公司推出的一种模块式结构的中小型PLC，具有结构灵活、维护简单、的特点。产品采用32位嵌入式处理器，逻辑指令执行时间可达0.50us/步。
SunyPLC250由各种功能模块（CPU模块、接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、电源模块等）及底板、个人计算机、编程软件SunyTech工业控制应用软件、通信电缆和人机界面构成。
SunyTech工业控制应用软件是浙大中自公司推出的DCS系统组态软件，亦可单独作为HMI软件使用。
3.2 系统结构
计量站控制系统主要由SunyPLC250可编程逻辑控制器，SunyTech工业控制应用软件（上位机运行），传感器（液位、温度、压力）以及执行器（电动三通阀、电动球阀）组成。如下图所示：
温度传感器安装于单井来液管上，用于实时监测来液温度；液位传感器安装于分离器，用于测量计量液位，判断计量所处阶段；压力传感器安装于分离器，测量分离器内的压力。电动三通阀安装于来液管道上，根据SunyPLC250的输出控制产生相应动作，从而控制单井处于计量态还是生产态。
SunyPLC250可编程逻辑控制器是整个计量站自动控制系统的核心，它按照程序设定，每天定时进行自动计量，依次将每口单井三通阀切换到计量位，待计量完成后再将其切换到生产位。被计量的单井根据其在分离器中进液时，由计量下限到计量上限所需要的时间换算出该井的日产量。同时，SunyPLC250通过SNET网络，以ModbusRTU协议将采集到的温度、液位、压力信号，和计量结果送到上位机。上位机通过SunyTech软件实时显示、记录测量值，并在信号不正常时发出声光报警，提醒值班人员注意，并可根据需要定时打印生产报表。
3.3 系统配置
SunyPLC250为模块式结构，根据系统设计，该计量站自控系统得I/O点数为AI：13、DI：13、DO：26，系统配置如下：
4．控制方案
计量站自动计量控制主要完成以下功能：
每天定时单井按顺序进行自动计量，上位机可干预设置哪口井不参与计量，且单井停井时，计量必需跳过此井计量下一口井。
上位机可人工单独指定某口井进行计量。
单井计量完成时，自动打开分离器排液阀进行排液，并根据排液情况，关闭分离器气出口阀。
与一般的PLC编程软件不同，SunyPLC250编程软件提供了符合IEC61131-3标准的FBD、LD、SFC、IL和ST五种编程语言，编程者可根据编程需要选用任意一种或几种编程语言来实现。
4.1 自动计量
每天上午8：00点（时间可以由操作人员上位机更改）根据默认井位自动从口可计量井开始计量，计量井号由上位机给定。PLC将自动根据预先设定好的顺序进行倒阀、计量、排液操作。计量过程中,30分钟未长1公分（可由操作人员更改）的井（认为该井停产）将被跳过,继续计量下一口井。
操作步骤为：将要计量的井对应的三通阀切至计量位，当分离器液位达到计量下限时开始计时，到达计量上限时，记下计量时间；自动打开排液阀，关闭分离器气出口阀，开始排液；并将该井三通阀切至生产位；当液位排至低液位时，再打开气出口阀，关闭排液阀，并将所需计量的下一口井对应的三通阀切至计量位，进入下一口井的计量。
该程序采用LD语言组态，如下图所示：
4.2 指定计量
单井的指定计量由上位机控制，操作员发出指定计量的单井井号。
单井计量应选择自动计量完成后，操作员在计量控制表中点击所需计量井按钮，确认后上位机发出指令，SunyPLC250自动将自动对该井进行计量。计量时，先将其三通阀切换至计量位，向分离器进液，当液位到达计量下限时开始计时，当液位进一步上涨，到达计量上限时，记下计量时间，然后打开排液阀，关闭分离器气出口阀，开始排液，将三通阀切换至生产位计量完成。
单井指定计量流程图如图所示。
5．操作管理（HMI）
上位机的操作管理主要是通过SunyTech工业控制应用软件实现人机界面功能。通过对计量站工况的监控，操作员可监视自动计量的全过程，并控制哪口井参与自动计量，以及指定某口单井进行指定计量。HMI画面包括计量站总貌、自动计量选择、单井计量指定等画面。计量站总貌画面用于监视计量站的实时运行情况（如下图所示），自动计量画面用于选择设置参与自动计量的井号，单井计量画面用于设置要进行指定计量的单井。系统还可根据每天的计量情况生成计量站计量数据日报表。
6．结束语
SunyPLC250可编程逻辑控制器技术先进、功能丰富、运行稳定，在油田计量站的应用中，既tigao了计量站现场控制的自动化水平，又保证了计量的准确可靠性，取得了良好的效果，值得在泵站、气站等类似行业中推广使用。
