RTU远程测控终端在油田矿区供热系统的中应用（上）
日期：2008-9-19 8:23:30 来源：中国自动化网
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摘要：
在油田矿区供热系统中，采用RTU（远程测控终端）技术后，使供热系统的过程参数检测和控制实现了自动化，提高了整个供热系统运行的可靠系性安全性，提高了生产过程控制和管理水平。
关键字：供热；热力站；SCADA；RTU；调节；控制；调节阀
1．概述
在油田矿区供热系统中，生产厂房、办公楼和居民住宅区之间地理位置比较分散，造成了供热面广，热力点多、热损失大的特点。给供热系统的操作及生产管理带来许多困难。供热站采用远程测控终端（RTU）技术后，与中心锅炉房的DCS构成一套SCADA系统。其功能是通过中心站全面了解整个供热系统的工艺参数，为供热管理人员提供集中供热系统的运行状态，帮助工作人员选择合适的运行方式，进行优化生产和运行，实现过程检测和控制及生产管理自动化。取得了明显的社会效益和经济效益。
2．系统描述
集中供热已经成为北方城市冬季采暖的主要供热形式，也是节约能源、保护环境、实现城市现代化的重要措施。辽河油田近两年来在矿区供热系统经过一系列技术改造，进行了热电厂扩建和油改煤工程，使中心地区和部分外围地区实现了集中供热。但由于供热地域大、用户比较分散，造成了热力点多且相距较远,给供热过程参数检测和控制及管理带来一定的困难。在欢喜岭地区集中供热工程中由于采用了RTU技术
，很好解决了这一难题，保证区域供热在安全、合理、经济的条件下运行。集中供热工程采用了SCADA系统，整个系统分为三级，即第一级---控制管理级（主控中心即中控室），设在锅炉中控室；第二级---过程控制级（PLC、RTU），分别位于中控室控制柜和各供热站处；第三级---现场就地控制级，即为就地测控仪表设备。系统结构如所示。
3.供热系统中央控制和RTU控制原理
3．1 供热系统中央控制
集中供热通常采用的方法是根据二次网的供水温度，调节一次网流量，进而控制二次网的供热量。但是，从温度调节的基本关系式可知，只有当二次网的循环流量是设定流量时，二次网的供水才是室外气温（亦即热负荷）的单值函数，此时调节二次网的热水温度相当于调节了二次网的供热量。由于存在冷热不均的失调现象，要保证二次网流量按设计条件运行是很困难的，供热系统二次网的流量是在大流量的工况下运行的，此时按照二次网的供水温度进行自动调节，二次网必然是过热的，将造成热能的浪费。
在没有实现自动调节的状态下，变频调节普遍存在工况失调现象，导致热用户冷热不均。为了满足冷偏用户的供热要求，不断地提高系统的供水温度，实际上是提高了各用户的平均温度，很显然，这种措施本质上是靠增加热源总供热量来改善供热效果的，实际上并没有缩小最热用户与最冷用户之间的室温差别，因此，达不到消除系统热力失调的作用。解决系统热力失调的主要方法是调节各个热力站一次网供水阀门，使各热力站的流量与它所需供暖面积的比例相同。
均匀性调节可将外网的调节与热源的调节，分为两个独立环节分别单独进行，相互之间基本互不干扰。外网调节的目标是实现均匀化供热，而总的供热效果则通过对热源的调节来实现，热源的调节可根据室外天气温度、回水温度及负荷情况进行调节。利用气象预测和历年气象统计资料进行计算，绘制出温度调节特性曲线指导供热，当热源的供热量和外网的需热量不一致时，依靠自动调节系统来维持供热的均匀性。
按上述的调节方法进行设计，将具有很强的通用性。不管是大流量运行，还是变流量运行，只要根据全网温度设定值控制二次网的供、回水平均温度，就能实现供热量调节，既实用又方便。
热网的运行状态总是会有一些变化，例如，在不同的月份可能供水温度不同，热源发生故障时可能会减小总供水量或是热力站扩大面积使负荷增加，遇到这些情况，控制系统都能自动调节热网的运行状态使之适应新的变化，而不需对控制系统作任何调整。随着室外环境温度的变化，为保证供热效果，热源需进行统一调节。这时，可以随室外环境温度降低而升高供水温度，也可提高总的出水流量，无论采用哪种方式，都是全面地升高或降低各热力站的采暖效果，不会改变其均匀性。只有当个别热力站二次管网发生变化，新增添或关闭一些用户，管网做某种调节和转换时，才需地对相应热力站及相邻几个热力站的供水阀门进行调节。
3．2热力站RTU控制原理
系统采用中央控制，即通过计算机网络将各热力站的RTU连在一起。中央控制系统是在全网统一监测系统的基础上，以各热力站二次网的供、回水平均温度彼此一致为调节目标，各热力站的RTU将一次仪表测量出的二次网供回水温度，计算全网调节均匀后的供、回水平均温度值，并将此值发送到各热力站RTU作为设定值进行具体的调节。保证各热力站间的均匀供热，这种调节系统调节精度高，控制效果好，热网的平均失调度可控制在最低的水平，因而节能效果也最明显，这种均匀调节一般不会导致系统振荡。
只有二次网的供、回水平均温度才是室外气温（亦即热负荷）的单值函数，而与二次网的循环流量大小没有关系。也就是说，不管二次网循环流量的大小如何，只要二次网的供回水平均温度一定，二次网的供热量就一定。因此适合我国国情的二次网的供热量的调节，应该是二次网的平均温度，而不是二次网的供水温度。各热力站的RTU将检测供回水温度基本上反映了该热力站所负责建筑的平均室温。如果将各个热力站的二次网供回水平均温度调为一致，则可以近似认为采暖房间的室温是彼此均匀的。
各热力站的RTU根据主机所发出的命令，围绕本站的二次网供、回水温度的设定值，采用PID算法进行自动调节。由于各热力站的供热面积、用热情况、地理位置等不同，以及室外气温的变化，二次网的回水温度是一个非常重要的指标，RTU通过现场仪表测量本站热工参数，并远传到中控室的主机，这些数据直接反映此站所供用户的整体耗热情况。若为了保证冷偏用户达到要求而以二次网的回水温度来调节，则会造成过热用户的浪费和热源不足。另外各热力站所带的供热面积不会经常改变，并且各建筑物的负荷主要由室外环境温度所决定。因此，随室外环境温度变化，各热力站的热负荷同步升高或降低，各热力站间热负荷之比基本不变。因此，系统一旦调节均匀，就基本能够保持整体平衡，而且各热力站调节阀门动作的频繁程度较低，这样系统可以长期稳定运行。
远程自动：中控室协调控制，将二次网供回水温度平均设定值发往各热力站，进行全网平衡调节。在热源不足时，实现热量均摊。
远程手动：特殊情况下，在监控中心计算机上直接对某一热力站阀门的开度进行调节，控制阀门的开度。
就地自动：在热源充足的情况下，各站现场控制机根据本站供回水温度平均设定值，就地调节阀门，保证温度恒定。
就地手动：当通讯系统或本站现场控制机出现故障时，由人工手动调节阀门
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在油田矿区供热系统中，采用RTU（远程测控终端）技术后，使供热系统的过程参数检测和控制实现了自动化，提高了整个供热系统运行的可靠系性安全性，提高了生产过程控制和管理水平。
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关键字：供热；热力站；SCADA；RTU；调节；控制；调节阀
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1．概述
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在油田矿区供热系统中，生产厂房、办公楼和居民住宅区之间地理位置比较分散，造成了供热面广，热力点多、热损失大的特点。给供热系统的操作及生产管理带来许多困难。供热站采用远程测控终端（RTU）技术后，与中心锅炉房的DCS构成一套SCADA系统。其功能是通过中心站全面了解整个供热系统的工艺参数，为供热管理人员提供集中供热系统的运行状态，帮助工作人员选择合适的运行方式，进行优化生产和运行，实现过程检测和控制及生产管理自动化。取得了明显的社会效益和经济效益。
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2．系统描述
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集中供热已经成为北方城市冬季采暖的主要供热形式，也是节约能源、保护环境、实现城市现代化的重要措施。辽河油田近两年来在矿区供热系统经过一系列技术改造，进行了热电厂扩建和油改煤工程，使中心地区和部分外围地区实现了集中供热。但由于供热地域大、用户比较分散，造成了热力点多且相距较远,给供热过程参数检测和控制及管理带来一定的困难。在欢喜岭地区集中供热工程中由于采用了RTU技术
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，很好解决了这一难题，保证区域供热在安全、合理、经济的条件下运行。集中供热工程采用了SCADA系统，整个系统分为三级，即第一级---控制管理级（主控中心即中控室），设在锅炉中控室；第二级---过程控制级（PLC、RTU），分别位于中控室控制柜和各供热站处；第三级---现场就地控制级，即为就地测控仪表设备。系统结构如所示。
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3.供热系统中央控制和RTU控制原理
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3．1 供热系统中央控制
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集中供热通常采用的方法是根据二次网的供水温度，调节一次网流量，进而控制二次网的供热量。但是，从温度调节的基本关系式可知，只有当二次网的循环流量是设定流量时，二次网的供水才是室外气温（亦即热负荷）的单值函数，此时调节二次网的热水温度相当于调节了二次网的供热量。由于存在冷热不均的失调现象，要保证二次网流量按设计条件运行是很困难的，供热系统二次网的流量是在大流量的工况下运行的，此时按照二次网的供水温度进行自动调节，二次网必然是过热的，将造成热能的浪费。
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在没有实现自动调节的状态下，变频调节普遍存在工况失调现象，导致热用户冷热不均。为了满足冷偏用户的供热要求，不断地提高系统的供水温度，实际上是提高了各用户的平均温度，很显然，这种措施本质上是靠增加热源总供热量来改善供热效果的，实际上并没有缩小最热用户与最冷用户之间的室温差别，因此，达不到消除系统热力失调的作用。解决系统热力失调的主要方法是调节各个热力站一次网供水阀门，使各热力站的流量与它所需供暖面积的比例相同。
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均匀性调节可将外网的调节与热源的调节，分为两个独立环节分别单独进行，相互之间基本互不干扰。外网调节的目标是实现均匀化供热，而总的供热效果则通过对热源的调节来实现，热源的调节可根据室外天气温度、回水温度及负荷情况进行调节。利用气象预测和历年气象统计资料进行计算，绘制出温度调节特性曲线指导供热，当热源的供热量和外网的需热量不一致时，依靠自动调节系统来维持供热的均匀性。
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按上述的调节方法进行设计，将具有很强的通用性。不管是大流量运行，还是变流量运行，只要根据全网温度设定值控制二次网的供、回水平均温度，就能实现供热量调节，既实用又方便。
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热网的运行状态总是会有一些变化，例如，在不同的月份可能供水温度不同，热源发生故障时可能会减小总供水量或是热力站扩大面积使负荷增加，遇到这些情况，控制系统都能自动调节热网的运行状态使之适应新的变化，而不需对控制系统作任何调整。随着室外环境温度的变化，为保证供热效果，热源需进行统一调节。这时，可以随室外环境温度降低而升高供水温度，也可提高总的出水流量，无论采用哪种方式，都是全面地升高或降低各热力站的采暖效果，不会改变其均匀性。只有当个别热力站二次管网发生变化，新增添或关闭一些用户，管网做某种调节和转换时，才需地对相应热力站及相邻几个热力站的供水阀门进行调节。
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3．2热力站RTU控制原理
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系统采用中央控制，即通过计算机网络将各热力站的RTU连在一起。中央控制系统是在全网统一监测系统的基础上，以各热力站二次网的供、回水平均温度彼此一致为调节目标，各热力站的RTU将一次仪表测量出的二次网供回水温度，计算全网调节均匀后的供、回水平均温度值，并将此值发送到各热力站RTU作为设定值进行具体的调节。保证各热力站间的均匀供热，这种调节系统调节精度高，控制效果好，热网的平均失调度可控制在最低的水平，因而节能效果也最明显，这种均匀调节一般不会导致系统振荡。
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只有二次网的供、回水平均温度才是室外气温（亦即热负荷）的单值函数，而与二次网的循环流量大小没有关系。也就是说，不管二次网循环流量的大小如何，只要二次网的供回水平均温度一定，二次网的供热量就一定。因此适合我国国情的二次网的供热量的调节，应该是二次网的平均温度，而不是二次网的供水温度。各热力站的RTU将检测供回水温度基本上反映了该热力站所负责建筑的平均室温。如果将各个热力站的二次网供回水平均温度调为一致，则可以近似认为采暖房间的室温是彼此均匀的。
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各热力站的RTU根据主机所发出的命令，围绕本站的二次网供、回水温度的设定值，采用PID算法进行自动调节。由于各热力站的供热面积、用热情况、地理位置等不同，以及室外气温的变化，二次网的回水温度是一个非常重要的指标，RTU通过现场仪表测量本站热工参数，并远传到中控室的主机，这些数据直接反映此站所供用户的整体耗热情况。若为了保证冷偏用户达到要求而以二次网的回水温度来调节，则会造成过热用户的浪费和热源不足。另外各热力站所带的供热面积不会经常改变，并且各建筑物的负荷主要由室外环境温度所决定。因此，随室外环境温度变化，各热力站的热负荷同步升高或降低，各热力站间热负荷之比基本不变。因此，系统一旦调节均匀，就基本能够保持整体平衡，而且各热力站调节阀门动作的频繁程度较低，这样系统可以长期稳定运行。
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远程自动：中控室协调控制，将二次网供回水温度平均设定值发往各热力站，进行全网平衡调节。在热源不足时，实现热量均摊。
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远程手动：特殊情况下，在监控中心计算机上直接对某一热力站阀门的开度进行调节，控制阀门的开度。
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