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                        力控科技

                        管控一體化解決之道

                        城市熱網運營管理系統

                        一.概述

                        隨著城市供熱管網的改造工程逐步深化,換熱站的數量越來越多,供熱面積越來越大,由一個熱力廠負責幾個片區供熱、或多個熱力廠聯合供熱已經成為目前城市集中供熱的發展趨勢。城市集中供熱系統由于供熱區域廣、供熱面積大,使得各區域的距離遠近、管網質量、供熱設備等硬環境參差不齊,存在著浪費人力、供熱效率低、供熱不平衡、能量浪費、熱網波動嚴重等諸多問題,所以建立起一套安全可靠、運行靈活準確的熱網調度系統,實現換熱站無人值守,達到節能降耗的目標就十分必要。

                        二.系統設計原則

                        安全性——在本系統網與公司辦公網之間采取可靠的技術手段,保證該系統的網絡安全性,防止實時/歷史數據庫服務器受到黑客和病毒的攻擊,保證數據的一致性和完整性。

                        可靠性——供熱企業的生產過程屬于連續運轉的生產過程,在系統設計時要從結構設計、產品選擇以及網絡管理上保證系統的可靠運行。

                        可擴展性——系統設計應留有擴展接口,以方便熱力企業內其它供熱控制系統、經營管理系統的接入和擴建企業生產控制系統的接入,以及提供給公司內ERP其它系統的接口。

                        開放性——系統的軟件平臺能提供多種數據訪問方式(如OPC、DDE、ODB等),保證系統的開放性,并能與第三方軟硬件兼容,實現系統間的無縫連接。

                        可維護性——系統應具有完備的網絡控制、診斷、測試功能和在線故障恢復能力,最終要使用戶維護起來方便,維護成本低。

                        三.系統設計目標

                        熱網智能調度指揮管理系統通過統一數據接口,將與生產運行調度密切相關的各個系統數據關聯起來,從多個不同的角度顯示、反映當前熱力管網系統的運行狀態以及調度具體工作全方面的信息,為生產調度人員提供全面及時準確的工作環境。系統將實現以下幾大目標:

                        1) 快速定位故障點,減少投訴

                        熱網監控中心與現場數據保持同步,設備工況的實時采集、報警與分析,有助于及時發現和預測故障,提高對事故的應急處理與預案能力,保證供熱指標,減少供暖用戶的投訴。

                        2)遠程管理換熱站,節省人力

                        無人值守換熱站數據通過VPN、GPRS等網絡方式自動傳送到調度管理平臺,工作人員通過簡單的可視化操作界面快速完成工作內容,減少人為操作的失誤,提高生產效率,同時節省人力。

                        3)集中供熱管理,更安全高效

                        整合供熱用戶、管網、換熱站、熱源的實時數據,建立供熱生產數據庫,實現各類信息的在統一的管理平臺上存儲,通過歷史數據和實時數據的比較,分析官網是否存在泄漏,設備是否需要維修,并且提供不同的用戶權限實現不同供熱系統的調度管理,保證了供熱過程的安全高效運行。

                        4)全網平衡,節能減排

                        調度系統根據室外溫度的變化,自動調節熱力站供水溫度、閥門開度等,并且通過對熱網進行水力、熱力計算以及熱網的控制運行分析,使熱網達到最優化的運行,實現熱網平衡運行,起到節能降耗的作用。

                        5)供熱能效考核,提高利潤

                        通過對供熱數據的進一步的篩選、統計、分析、對比等,整體了解各能源介質的消耗情況、節能指標完成情況,再依據系統處理后的數據指標進行考核,根據對比分析結果,幫助公司領導層進行決策支持,并依據這些數據制定新的節能指標或更加科學合理的考核依據。


                        四.系統架構設計


                        熱網智能調度指揮管理系統主要由三層組成:熱力站、通訊網路和調度中心。其中調度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、分析、報警、報表打印、向各現場設備發出調度控制指令,為供熱過程如熱源負荷分配、熱網平衡與分析等提供決策依據。通訊網絡平臺通過有線或無線等方式將反映換熱站、鍋爐、電廠熱源等狀態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。換熱站等硬件設備,用于供熱過程數據的采集、控制和調節。底層是熱力站,是熱力企業供熱流程的基本單元。

                        五.系統功能


                        1、數據采集

                        在調度中心設立供熱實時數據庫,與熱源、換熱站的當地監控系統進行遠程通訊,實現遠程數據采集、設備監控對工藝生產區進行監測報警,加強熱源、管網、換熱站的自動監控和管理。主要采集的參數有換熱站的一次供水回水溫度、二次供水回水溫度、室外溫度、水箱液位、循環泵起停、報警顯示等參數。

                        2、過程監控

                        供熱過程監控可以完成運行管理人員對供熱運行狀態的了解,可以顯示整個供熱系統部分參數運行狀態一覽表,如當前換熱機組的主要運行參數,以及工藝流程圖等,指導相關人員完成生產過程、系統或設備分析,更好地進行操作調整與管理決策。

                         

                        3、報表分析

                        以表格形式來展示指定點的數值,如流量、溫度、壓力、熱量等,同時提供班報、日報、周報、旬報、月報、季報和年報等各種報表類型。

                         

                        4、趨勢分析

                        以趨勢曲線、X-Y圖、棒圖/餅圖的形式顯示生產運行數據,協助運行管理人員進行特性分析和參數對比,并能提供數據表格、圖形、曲線的打印功能。

                         

                        5、報警顯示

                        系統實時顯示并記錄各種報警信息,如壓力/流量的超限、儀表工作電源不正常、通訊故障等報警信息。同時支持語音、短信等報警形式,對報警信息(包括時間、地點、報警值等)進行存儲,以便查詢。

                         

                        6、權限管理

                        管理員可以根據業務需要創建不同的崗位,如班長、工程師等,并對應授權,建立崗位與權限的對應關系,權限的分類可以分為報表的查看、閥門的控制、報警限值的修改、報警的確認等權限,同時記錄所有用戶操作過程。


                        7、設備管理

                        1)自動獲取或人工錄入當前設備的狀態數據,顯示記錄能源工藝設備狀態,運行工藝參數;

                        2)記錄設備運行記錄、點檢記錄、設備檢修記錄、設備故障記錄、設備報警記錄;

                        3)設備檔案管理(主要是計量設備和儀表):提供維護設備檔案錄入、查詢等維護功能;

                        4)設備維修管理:制定設備維修計劃、設備維修周期、設備維護管理;

                        8、負荷預測

                        考慮到不同環境下溫度、風速、濕度、輻射、城市熱島強度等多種參數對供暖的綜合影響,用實驗數據進行數理統計分析,建立節能數學模型,確定供暖氣象指數,例如可以根據天氣預報提供的溫度、風力,結合供暖面積、用戶實際室內溫度、房屋保溫系數等一系列數據,預測出未來24小時所需要的熱量負荷,并根據各區域需要的實際熱量進行相應調整,實現對熱量消耗的科學指導。 

                         

                        9、鍋爐效率分析

                        通過燃料消耗量和實際供熱量,計算鍋爐房供熱效率,即可橫向對比又可縱向分析鍋爐效率走向,全面掌握供熱系統整體運行狀況。

                         

                        10、水壓圖分析

                        利用水壓圖分析熱網水力工況變化,顯示管網的壓力值的變化、各管段的壓力損失值等,分析水力工況是否處于最佳工況,同時根據動態水壓圖模型和采集的壓力數據可以迅速判斷管道泄漏的大概位置。

                         

                        11、換熱站控制

                        熱力站就地監控系統完成的主要控制功能如下:

                        1)供熱量調節控制

                        供熱量的調節控制是以一次網供回水溫度為依據通過調節一次網流量來控制供熱量的。當電動調節閥開大時,一次網流量增加;電動調節閥關小時,一次網流量減小。通過對一次網流經換熱器流量的改變,來實現對二次網熱量的調節。其中主要有流量、開度、室外溫度等幾種控制方式。

                        2)二次循環水泵自動控制

                        循環泵變頻壓力、壓差控制,根據二次水供水壓力或供回水壓力差控制循環泵變頻器頻率,保證流量的穩定性。 循環泵可根據一次網的溫度來自動啟動、停止或限速運行。當一次網的熱源溫度低于循環泵的設定運行溫度時,循環泵處于停止或最低轉速運行狀態,這樣可以最大限度節約運行電費。 

                        3)補水定壓自動控制

                         補水定壓系統的作用是防止二次網倒空,保證系統在規定壓力下恒壓運行。該功能是通過變頻調速控制柜完成的。系統壓力信號來自定壓采樣旁通上的壓力傳感器,當此壓力值低于設定壓力時,變頻控制柜指令補水泵加速補水;當系統壓力高于設定壓力時,變頻控制柜指令補水泵減速補水;當系統壓力超過限定壓力時,泄壓旁通上的旁通閥開啟,進行排水泄壓。

                        12、能耗分析

                        能耗分析是將采集的數據進行歸納、分析和整理,實現基礎熱力管理功能,包括熱力的計劃管理、熱力數據的統計和分析。可以計算用戶的能耗和能耗平衡:能計算出每天各換熱站的平均能耗(每平方建筑面積的耗熱量、耗電量、耗水量)。

                         能耗分析系統主要統計換熱站的汽、水、電算耗用情況,找出可以找出能源總耗、單耗最高的換熱站、建筑、供熱處及供熱分公司也可以通過連續分析數據曲線,找到供熱異常的換熱站和建筑,及時發現供熱問題,及時解決問題,為熱力公司節約能源,降低運行費用。

                        13、地理信息系統集成

                        建立基于GIS的城市熱網管理信息系統,并且與監控調度系統無縫集成,通過地理系統實時查看各種生產數據,實現對城市熱網綜合管理,能隨時掌握全市輸配系統的最新資料,供有關部門管理集中供熱管網、規劃設計、運行調度、決策使用。

                         

                        14、視頻系統集成

                        將視頻系統嵌入監控調度系統中,實現監控畫面與視頻畫面聯動。

                         


                        六.系統產品設計

                        根據系統設計軟件由以下產品組成:SCADA平臺軟件、企業級實時歷史數據庫、計算引擎軟件、報警管理軟件、關系數據庫軟件、計算服務器、GIS平臺軟件、Web服務器軟件、安全防護軟件及相關應用軟件組成。軟件系統選型采用力控ForceCon一體化集成平臺,該平臺產品覆蓋整個工業信息化領域,通過分布式實時數據庫的特點實現系統間的高效集成、級聯及擴容,可為企業用戶提供一個快速/高效的平臺產品,滿足各種工業信息化企業需求。

                        平臺產品以“分布式實時數據庫”為核心搭建力控家族“工業控制消息總線”,并支持集成面向服務(SOA)系統架構的“信息服務總線”。消息總線和服務總線提供可靠通用的信息交互機制和廣域服務機制,實現整個系統間的安全高效的數據通信和應用集成。貫穿整個企業信息化業務,可以自由構建不同規模的應用,實現從底層工業現場控制(小型場站系統、嵌入式HMI)、到生產調度指揮管理(SCADA)及上層信息化管理(MES、ERP)的融合。

                        平臺產品軟件架構圖如下說明:

                        SCADA平臺軟件eForceConV5.0

                          本系統SCADA采用力控SCADA平臺軟件eForceCon V5.0,該平臺是以分布式區域實時數據庫為核心,分布式實時數據庫技術可以保證生產數據精確輸出并完成可視化,實時數據庫無限的分層結構可使大型企業信息盡收眼底。力控SCADA平臺組態軟件具有靈活的系統應用架構,可以自由構建不同規模的應用,滿足用戶對企業信息化的多樣性要求,用戶在此基礎上可以靈活的構建適合企業應用的解決方案。

                        eForceCon具備分布式的數據源管理模式,可視化人機交互界面無需編程,直接通過遠程數據源的組態方式就能與遠程數據庫進行信息交互,完成生產監控、查詢、曲線分析等各項功能。

                        SCADA平臺功能特性如下說明:

                        -支持以分布式實時數據庫為系統核心的一體化軟件平臺,具備開放、集成、面向對象的開發環境,系統開發人員可方便使用。

                        -支持客戶端/服務器(C/S)和B/S(“瘦”網絡客戶端)架構,不同網絡節點以分布式的數據源管理方式來進行信息交互。

                        -具備軟冗余、硬冗余及雙工熱備冗余模式。

                        -具備穩定、靈活架構及擴展能力,可支持超過萬點的通訊點數,靈活可靠,易于擴展客戶端的添加不影響整體系統的性能,

                        -具有完整的報警管理能力支持ISA18.2的報警標準,可支持多級報警管理、聲光等報警輸出以及參數在線調整等功能。

                        -提供部署服務器,可管理、編輯、監控遠程節點工程及平臺狀態。

                        -可提供編程語言供用戶使用,支持用戶自定義函數的開發。

                        -支持用戶自定義功能和二次開發組件,可以集成第三方插件及可執行程序。

                        -支持大分辨率的窗口圖形顯示,提供基于面向對象的模板化的可視化開發工具。

                        -支持將C/S客戶端完整發布到Web上,Web容器支持第三方插件發布。

                        -軟件開發出的工程應具備項目文件備份功能,并且應支持工程文件口令保護。

                        -支持使用用戶,權限,優先級,安全區的方式為用戶提供安全驗證。

                        2 企業級實時歷史數據庫pSpace6.1

                        本系統需要記錄大量的具有時間特征的監控數據,針對數據的讀取、歸檔、查詢和分析做綜合展示,本項目采用不依賴于任何關系數據庫的實時歷史數據庫軟件。企業級實時歷史數據庫軟件運行于數據庫服務器,數據庫服務器可根據要求設定集群冗余(磁盤陣列),實時歷史庫軟件支持集群冗余方式。

                        實時數據庫系統軟件實現實時采集生產過程裝置數據并連續進行存儲并統計,數據在存儲時根據每個數據點設定的壓縮比參數進行存儲。該軟件可對(系統項目)實現網絡化的生產監視和數據分析,使(系統項目)能夠實時掌握下屬生產企業的安全生產狀況。

                        力控企業級實時數據庫pSpace是一個高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實時/歷史數據庫系統,可以用于采集、壓縮、存儲、加工、分析等任何帶有時間特性的生產信息,pSpace提供全系列的工業通訊接口及ERP業務接口,實現生產監控到調度管理的完美整合。能極大地提高企業的智能化及決策的精度和速度。

                             多平臺的支持能力可運行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多種Linux操作系統。

                        企業級實時歷史數據庫pSpace產品特性與指標

                        支持在線連續存儲,并達到30萬條記錄/秒的存儲速度。

                        企業級實時歷史數據庫單臺服務器應可以支持100萬點的數據點。

                        數據壓縮率可高達40:150:1);

                        數據庫單客戶端單點查詢速度20萬條記錄/秒。

                        實時歷史數據庫1000個客戶端并發查詢,每秒應可達2萬條記錄。

                        實時庫應穩定支持256客戶端并發查詢。

                        3工業報警管理平臺FAlarm

                        力控工業智能報警平臺FAlarm可適用于多層監控系統的報警集中管理,采集模塊負責報警的采集可支持各類SCADA、DCS、關系數據庫等報警數據的接入,支持基于標準OPCAE、OPCUA的報警數據采集。中心模塊負責報警的處理、存儲、發布、顯示等功能,提供直觀的報警查詢分析功能,有效的提供報警管理的改進方案,輔助企業實現自底層現場到生產調度的報警集中管理。

                              ■ 報警系統設計

                        強大的分布式報警、事件處理,支持ISA18.2標準,可以單獨設立報警服務器,獨立管理報警的通知與存儲。

                        采用樹形結構的區域報警和報警組對象的組合管理方式,支持精確定位報警信息,方便查找與管理;

                        客戶端能顯示和確認來自分布式網絡上任何服務器上的實時報警;

                        支持網絡報警及操作事件的數據斷線存儲,并具備自動恢復功能;

                        支持工業現場報警“雪崩”處理,方便響應大型系統異常及緊急情況;

                        支持千萬條級別報警記錄存儲,并方便網絡查詢;

                        支持報警處置與評論,并可根據業務形成報警知識庫

                        支持高達10個條件報警判斷(H5、H4、H3、HH、HI、LO、LL、L3、L4、L5);

                        支持的報警類型有限值報警,偏差報警,變化率報警,開關量報警。可設置十種限值報警,報警支持1-9999種優先級,報警可分0-99組,每個報警點可設置最多10個報警標簽。


                              ■ 報警顯示與查詢

                        可視化報警的管理組件接收發生的報警信息,可將發生報警的點,數值,報警類型等信息及時輸出,主要功能包括:

                             支持實現對測點、區域、類型、級別的統計查詢,用戶可根據查詢條件設定統計規則,內置腳本函數也可實現統計查詢功能。

                        支持自定義的報警顯示擴展與調整,按照報警類別、時間、標簽可方便分類,支持腳本在后臺動態控制。

                        根據任意數據項作為索引來過濾和分類報警信息,可查詢任一單元、任一時間段內、任一報警級別和類別的歷史報警信息的檢索。

                        支持查詢窗口帶有內置滾動條、可調大小的顯示列、多項報警選擇、更新的狀態欄、動態顯示類型以及報警優先級顯示顏色。

                        支持根據用戶需求設定,能夠實現按照發生時間、報警等級的順序自上而下顯示。

                        支持用顏色變化、聲音、閃爍區別,每一種級別的報警都可設定指定顏色界面和聲音提示,報警聲音可根據需要進行調節和屏蔽。


                        ■  報警輸出

                        報警通知支持多媒體語音、視頻、文本語音轉換、郵件和短信等實時方式的報警通知與輸出。

                        支持將報警信息轉儲到第三方數據庫系統,提供對外的報警查詢接口,方便與第三方軟件進行調用。


                        4 智能生產信息門戶集成平臺FinforWorx

                        系統采用力控智能生產信息門戶集成平臺FinforWorx搭建企業的管理平臺,該平臺為企業提供生產動態管理駕駛艙、實時決策調度、設備動態管理、生產預警、能源管理等生產應用來持續不斷的改善生產過程,以達到改善企業生產管理的目的。

                               力控智能生產信息門戶集成平臺完全是模塊化設計,提供基礎的工廠數據建模和各類豐富的分析組件,該平臺可分為采集層、數據層、web服務層、web前端等,從而為企業智能制造的動態生產管理提供數據分析、診斷、展示的門戶平臺。針對節能降耗領域的管控中心建設可提供橫向和縱向能源分析、能源診斷、能源審計、能源設備診斷等管理功能。



                        智能生產信息門戶集成平臺功能包括:
                        生產設備管理:包括:生產裝置管理、設備臺賬管理、設備運行管理、設備維護管理等。

                        計量器具管理:包括:計量器具臺賬、計量器具檢定管理等。

                        生產計劃管理:包括:產品產能管理、計劃排產管理等。

                        生產報表管理:包括:生產報表模板、生產日報、月報、季報、年報、生產完成情況統計報表等。

                        生產調度管理:包括:生產異常情況管理、交接班日志管理、調度日志管理等。

                        能源管理:包括:能源計量設備管理、能源計劃、實績、成本,及能源統計分析等。

                        生產過程監控,包括:生產工藝流程圖、能流圖等。

                        關鍵的績效指標KPI展示、統計過程控制分析SPC等

                               設備運行效率OEE管理等

                        5.5 生產調度計算平臺Fycber

                        本系統需要通過實時歷史數據庫及計算引擎可實現系統的生產調度分析(如排程、預測等)。通過力控實時歷史數據庫提供的海量數據源與計算引擎的多種優化算法相結合,能夠實現在線優化全廠過程自動化系統,保證全廠裝置在實際生產過程中達到優化調度、節能降耗的作用。

                        力控計算引擎Fcyber基于node.js腳本引擎結合靈活的編程語言,實現海量數據的統計分析、關系數據庫交互以及第三方用戶自定義庫封裝調用等功能。結合力控企業級實時歷史數據庫pSpace、以及離線仿真平臺,可實現從采集、數據處理、數據模型建立、控制策略到全廠綜合自動化在線優化,進而可將企業領導者的經營決策、生產管理和調度信息落實至全廠裝置的實際生產過程中,達到統計分析、優化調度、節能降耗的作用。

                        計算引擎功能說明:

                        ■工程管理

                        支持工程任務的創建、刪除、修改

                        支持配置多任務,支持多任務的并行執行

                        支持工程備份、導入/導出

                        支持工程加密

                         任務管理

                        支持任務的編輯、調試

                        支持模板功能

                        任務運行狀態、結果監控

                         腳本編輯器

                        支持js腳本

                        支持復制、粘貼、撤銷

                        支持高亮、語法檢測、提示聯想

                        支持任務代碼配置調試、運行調試

                         函數

                        支持pSpace函數

                        支持各類關系數據庫操作函數

                        支持自定義函數

                        支持第三方算法調用

                        Node.js原生支持函數

                        工業安全隔離網關pSafetyLink

                        為了防范黑客及惡意代碼等對底層生產網絡的攻擊侵害及由此引發的生產事故,保障生產系統的安全穩定運行,需要建立生產系統安全防護體系,系統安全防護工作應當堅持安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證的原則,保障底層生產系統的安全。因此在保障生產系統的可靠和安全運行上,提供兩款工業級防護產品以供客戶根據現場實際情況選擇,一種是利用工業網絡安全防護裝置的雙系統,單項隔離傳輸功能,將病毒及網絡惡意行為徹底隔離在外網,做到最大限度的安全防護。另一種是使用白名單的默認禁止機制,為網絡進行邏輯的邊界隔離。

                        力控pSafetyLink是專為工業網絡應用設計的防護設施,用于解決工業SCADA控制網絡如何安全接入信息網絡(外網)的問題。它與防火墻等網絡安全設備本質不同的地方是它阻斷網絡的直接連接,只完成特定工業應用數據的交換。由于沒有了網絡的連接,攻擊就沒有了載體,如同網絡的“物理隔離”。由于目前的安全技術,無論防火墻、UTM等防護系統都不能保證攻擊的一定阻斷,入侵檢測等監控系統也不能保證入侵行為完全捕獲,所以最安全的方式就是物理的分開。

                        ■    最高級別安全設備

                        安全隔離網關是目前最高級別的安全防護設備,用于進行特別重要的區域安全隔離,我們的設備采用硬件加軟件的多重技術保障區域間的物理隔離。

                        ■   測點級訪問控制

                        安全隔離網關支持測點級的訪問控制,可以根據具體到點的讀、寫、可見、不可見、進行控制,杜絕誤操作、提高了數據和控制的管理粒度。

                          安全隔離技術

                        截斷TCP連接的方法,徹底割斷穿透性的TCP連接,內部采用高位加密技術進行傳輸數據的保護。

                         內核安全技術

                        基于Linux裁剪優化后的嵌入式內核,裁剪其它所有無關的網絡服務、系統功能,屏蔽了無關端口,進一步提高了系統安全性和抗攻擊能力。

                        自檢測自恢復

                        安全隔離網閘內嵌的高性能工業通信軟件提供完善的系統在線自診斷、故障自動恢復、“看門狗(軟件名稱)”管理等系統功能。

                         可靠身份認證

                        自帶專用配置工具,專用配置工具具有身份權限的簽名認證識別和構建高位加密的管理傳輸通道,保障了設備的自身登錄安全性。

                         高可靠硬件設計

                              在PCB電路板的設計中,加有線性穩壓及濾波裝置,并嚴格按照 EDA 對高頻電路設計的要求,設計了單獨的電源層與地層,進一步保證了整個板上電源的穩定性。硬件模塊都采用電子式長壽命設計,設計遵循分布均勻、布局合理的原則,風扇處增加了防護罩,而且緊靠散熱源,起過濾作用,避免灰塵和濕氣;通過增加專用轉接板,起到了更好的加固和抗震作用;

                        七.系統軟件清單


                        八.方案總結

                              力控熱網智能調度系統的應用既降低供熱成本,同時提高供熱效率,使供熱效果顯著提高。既提高了能源利用效率,又做到了綠色環保。力控科技產品的應用,為系統長期穩定運行提供了可靠保障。




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