力控科技为智能制造

提供最佳实践案例及解决方法

力控软件在天津凯森集团智慧供热管理中的应用

摘要:凯森集团智慧供热综合管控平台将自动化和信息化手段相结合,实现集团供热生产调度信息化、现代化,整合生产调度信息资源,将运行调度、供热设施管理和应急指挥融为一体。通过该系统实现从热源到管网再到换热站的实时生产数据的监控管理,直观、高效的调整各种参数,准确、及时的处理供热事故,科学分析历史数据,从而达到科学调度、节能增效、提前预警、减少事故的效果。

1 项目概述

近几年来,随着城市的扩容建设,凯森集团在天津地区换热站已由原来的33座增至64座,原监控系统和软件已远远不能满足现实需要。随着凯森集团供热管网的改造工程逐步深化,所辖换热站的数量越来越多,供热面积越来越大,集团集中供热系统供热区域广、供热面积大,使得各区域的距离远近、管网质量、供热设备等硬环境参差不齐,也存在着供热效率低、供热不平衡、能量浪费、热网波动严重等诸多问题。传统的供热系统多以小区为单位,缺少集中协调和自动化控制;供暖运营水平落后,缺乏自动化和信息化运营,供热问题难以及时诊断,集团急需通过自动化和信息化的手段改造供热总控中心,将辖区所有片区供热、或多个热力供热站联合调控。

2 建设目标

完善凯森集团供热管理信息系统,优化供热监控子系统,并将系统建设成为集团智慧供热管理平台。凯森智慧供热管理平台以智慧供热管理为主要业务,包括热计量温控节能,热力管网调度监控,热源厂自动化控制和热力信息监管平台四个业务模块:

热计量温控节能模块:提供户表集抄,室内温控及供热节能服务等;

热力管网调度监控模块:以无人值守换热站建设和改造为主,提供热力管网监控和调度;

热源厂自动化业务模块:主要为传统锅炉自控节能和环保业务;

热力信息监管平台业务模块:建设供热专家系统,热力信心中心建设和管理中心。

 

3 方案介绍

3.1 系统架构

凯森集团智慧供热综合管控平台主要由三层组成:供热站或换热站、通讯网路和调度中心。其中调度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、分析、报警、报表打印、向各现场设备发出调度控制指令,为供热过程如热源负荷分配、热网平衡与分析等提供决策依据。通讯网络平台通过有线或无线等方式将反映换热站、锅炉、电厂热源等状态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。换热站等硬件设备,用于供热过程数据的采集、控制和调节。底层是热力站,是集团供热流程的基本单元。系统架构如下图所示:

3.2 系统网络及通信架构


3.3 系统介绍

智慧供热管控平台主要由实时服务器、历史服务器、工程师站、操作员站、Web服务器、供热计量服务器、客服系统服务器等部分组成。调度控制中心的计算机系统按客户机/服务器结构设置。局域网采用高速以太网。为了提高系统的可靠性,服务器采用双机热备、局域网冗余配置。操作员工作站、工程师工作站等均作为局域网上的一个节点,共享服务器的资源。服务器采用分布式结构,按功能将它们分开设置,以降低单台服务器的负荷,提高系统的处理能力和可靠性,并便于管理。

3.3.1 实时服务器

实时服务器采用力控eForceCon 5.0产品,主要负责采集换热站和热源采集传送来的现场过程数据,来完成实时数据的处理、存储、统计、管理等功能,可以通过以太网与换热站和热源现场的控制器进行通讯,将操作员站的控制指令发送到换热站和热源现场控制器,实现控制要求。并为网络中的其它服务器和工作站提供相关实时数据。

3.3.2 历史服务器

历史服务器采用力控pSpace 6.1产品,作为智慧供热管理平台系统的核心,历史服务器是分析展示软件的数据来源,它可以实时记录采集的各个换热站和热源的数据,长期保存,为今后生产运营提供数据支持,并为网络中的其它服务器和工作站提供数据服务。能自动恢复通信中断期间的数据。为了保证历史数据服务器的数据安全性,配置两台服务器,以磁盘阵列的方式进行双机热备冗余。

3.3.3 工程师站

工程师站是进行工程开发的平台,可完成如下功能

Ø 经过授权的维护人员(维护工程师),通过工程师站可以对整个系统进行维护,包括控制网络的组态设置(网络节点的增减、通讯速率的设置等)、人机界面(HMI)画面的修改、现场过程数据采样点和被控点的增减等;

Ø 具有操作员站的全部功能,需要时可以作为操作员站使用。

3.3.4 操作员站

总部调度室的操作员,在操作员站对各个换热站和热源进行监视、控制、产生报表和曲线。

Ø 作为人机界面(HMI),通过多媒体手段(画面、声音等),为操作人员提供各个换热站和热源形象直观的现场过程数据、过程报警、事件报警等;

Ø 作为人机界面,操作员通过输入设备(鼠标、键盘等),向各个换热站和热源发送调控指令。

3.3.5 Web服务器

Web服务器是实时监控系统与管理应用系统之间的衔接服务器。实时监控系统将有关信息写入Web服务器,并对其实时更新。Web服务器在管理信息网络中以网站的形式出现,它既为管理系统提供生产信息,又避免了与生产实时监控系统等无直接关系的计算机直接访问实时监控系统服务器。以方便快捷的方式为领导和管理者展示企业信息,从WEB提供的数据分析及专业应用工具中了解企业的运作。

3.3.6 三维可视化平台服务器

三维可视化平台服务器将换热站和热源、管网节点等设备以三维形式进行展现,操作人员可在三维场景中进行监控。

三维可视化平台可与管理平台无缝集成。在管理平台中可随时二维、三维场景进行浏览,也可在有异常情况发生时,随时切换到相关的监测点,查看画面情况。

3.3.7 供热计量服务器

供热计量服务器实现集团所辖区域供热计费管理,做到现有所有客户95%以上的业务覆盖包括:管网建设费、罚款、面积热费、热计量热费、二次加压费等。其余需求基本上可以通过实施人员现场调整实现全覆盖,做到“系统不只是用来收热费”

3.3.8 客服系统服务器

客服系统采用B/S方式建立。将各使用单位和管理部门通过Web浏览器进行日常使用和管理。实现分布式访问,集中处理。便于系统安装、维护、更新。服务器在响应通过对客户端的请求后,对数据库进行访问及数据更新,并通过合成动态页面返回客户端所需的信息。

3.4 系统产品设计

该系统软件由力控ForceCon平台组成,包括SCADA平台软件eForceCon 5.0、企业级实时历史数据库 pSpace 6.1、智能生产信息门户集成平台FinforWorx 、Web服务器软件及相关应用软件组成。该平台产品覆盖整个工业信息化领域,通过分布式实时数据库的特点实现系统间的高效集成、级联及扩容,可为企业用户提供一个快速/高效的平台产品,满足各种工业信息化企业需求。

平台产品以“分布式实时数据库”为核心搭建力控家族“工业控制消息总线”,并支持集成面向服务(SOA)系统架构的“信息服务总线”。消息总线和服务总线提供可靠通用的信息交互机制和广域服务机制,实现整个系统间的安全高效的数据通信和应用集成。贯穿整个企业信息化业务,可以自由构建不同规模的应用,实现从底层工业现场控制(小型场站系统、嵌入式HMI)、到生产调度指挥管理(SCADA)及上层信息化管理(MES、ERP)的融合。

3.4.1 SCADA平台软件eForceConV5.0

本系统SCADA采用力控SCADA平台软件eForceCon V5.0,该平台是以分布式区域实时数据库为核心,分布式实时数据库技术可以保证生产数据精确输出并完成可视化,实时数据库无限的分层结构可使大型企业信息尽收眼底。力控SCADA平台组态软件具有灵活的系统应用架构,可以自由构建不同规模的应用,满足用户对企业信息化的多样性要求,用户在此基础上可以灵活的构建适合企业应用的解决方案。

eForceCon具备分布式的数据源管理模式,可视化人机交互界面无需编程,直接通过远程数据源的组态方式就能与远程数据库进行信息交互,完成生产监控、查询、曲线分析等各项功能。

SCADA平台功能特性如下说明:

-支持以分布式实时数据库为系统核心的一体化软件平台,具备开放、集成、面向对象的开发环境,系统开发人员可方便使用。

-支持客户端/服务器(C/S)和B/S(“瘦”网络客户端)架构,不同网络节点以分布式的数据源管理方式来进行信息交互。

-具备软冗余、硬冗余及双工热备冗余模式。

-具备稳定、灵活架构及扩展能力,可支持超过万点的通讯点数,灵活可靠,易于扩展, 客户端的添加不影响整体系统的性能,

-具有完整的报警管理能力, 支持ISA18.2的报警标准,可支持多级报警管理、声光等报警输出以及参数在线调整等功能。

-提供部署服务器,可管理、编辑、监控远程节点工程及平台状态。

-可提供编程语言供用户使用,支持用户自定义函数的开发。

-支持用户自定义功能和二次开发组件,可以集成第三方插件及可执行程序。

-支持大分辨率的窗口图形显示,提供基于面向对象的模板化的可视化开发工具。

-支持将C/S客户端完整发布到Web上,Web容器支持第三方插件发布。

-软件开发出的工程应具备项目文件备份功能,并且应支持工程文件口令保护。

-支持使用用户,权限,优先级,安全区的方式为用户提供安全验证。

3.4.2 企业级实时历史数据库pSpace6.1

本系统需要记录大量的具有时间特征的监控数据,针对数据的读取、归档、查询和分析做综合展示,本项目采用不依赖于任何关系数据库的实时历史数据库软件。企业级实时历史数据库软件运行于数据库服务器,数据库服务器可根据要求设定集群冗余(磁盘阵列),实时历史库软件支持集群冗余方式。

实时数据库系统软件实现实时采集生产过程装置数据并连续进行存储并统计,数据在存储时根据每个数据点设定的压缩比参数进行存储。该软件可对(系统项目)实现网络化的生产监视和数据分析,使(系统项目)能够实时掌握下属生产企业的安全生产状况。

力控企业级实时数据库pSpace是一个高性能、高吞吐能力、可靠性强、跨平台的实时/历史数据库系统,可以用于采集、压缩、存储、加工、分析等任何带有时间特性的生产信息,pSpace提供全系列的工业通讯接口及ERP业务接口,实现生产监控到调度管理的完美整合。能极大地提高企业的智能化及决策的精度和速度。

 

多平台的支持能力可运行于Windows以及RedHat、Ubuntu、CentOS等多种Linux操作系统。

企业级实时历史数据库pSpace产品特性与指标

支持在线连续存储,并达到30万条记录/秒的存储速度。

企业级实时历史数据库单台服务器应可以支持100万点的数据点。

数据压缩率可高达40:1(50:1);

数据库单客户端单点查询速度20万条记录/秒。

实时历史数据库1000个客户端并发查询,每秒应可达2万条记录。

实时库应稳定支持256客户端并发查询。

3.4.3 智能生产信息门户集成平台FinforWorx

系统采用力控智能生产信息门户集成平台FinforWorx搭建企业的管理平台,该平台为企业提供生产动态管理驾驶舱、实时决策调度、设备动态管理、生产预警、能源管理等生产应用来持续不断的改善生产过程,以达到改善企业生产管理的目的。

力控智能生产信息门户集成平台完全是模块化设计,提供基础的工厂数据建模和各类丰富的分析组件,该平台可分为采集层、数据层、web服务层、web前端等,从而为企业智能制造的动态生产管理提供数据分析、诊断、展示的门户平台。针对节能降耗领域的管控中心建设可提供横向和纵向能源分析、能源诊断、能源审计、能源设备诊断等管理功能。

 

智能生产信息门户集成平台功能包括:

生产设备管理:包括:生产装置管理、设备台账管理、设备运行管理、设备维护管理等。

计量器具管理:包括:计量器具台账、计量器具检定管理等。

生产计划管理:包括:产品产能管理、计划排产管理等。

生产报表管理:包括:生产报表模板、生产日报、月报、季报、年报、生产完成情况统计报表等。

生产调度管理:包括:生产异常情况管理、交接班日志管理、调度日志管理等。

能源管理:包括:能源计量设备管理、能源计划、实绩、成本,及能源统计分析等。

生产过程监控,包括:生产工艺流程图、能流图等。

关键的绩效指标KPI展示、统计过程控制分析SPC等

设备运行效率OEE管理等

 

3.4.4 三维可视化平台软件

系统三维可视化平台采用力控三维可视化平台软件搭建,力控三维可视化平台软件是一个生产智能化与业务可视化的综合生产管理平台。为生产制造企业提供功能强大、性能稳定和高性价比的三维可视化解决方案。使用力控三维可视化平台软件,用户能够轻松地创建、浏览、监控、分析设备、仪表、管线等数据。并且通过智能感知、实时监控、虚拟现实等手段提升企业的管理水平。

力控三维可视化平台软件既支持对生产车间、单一场、站的运行监控管理,也支持对于高自动化现代工厂、场、站的全方位管理,既支持长输管线的运行管理,也支持对城市管网的综合运维管理。

 力控三维可视化平台软件能够与力控科技的全线产品在SCADA、数字工厂、油气、燃气、水利、水务、供热等应用与行业上进行无缝融合,为客户提供完整的高附加值解决方案,实现企业的智能化与精细化管理。

力控三维可视化平台软件的主要功能包括空间三维数据可视化、三维建模与组态、三维监控、虚拟现实、三维分析、管网管理等。

 

 


4 系统功能

凯森智慧供热管理平台是企业信息化建设的调度指挥中心,采集的各个换热站、热源厂等现场数据,并对采集的数据进行分析处理,做为整个管网调度依据。对整个热力输配管网进行生产调度,并对各个换热站、热源厂等现场设备状态进行监控,及时对设备异常状况进行维护调度,对突发事件进行抢修调度,对整个热网输配管网进行科学的调度和维护。

4.1 数据采集

在调度中心设立供热实时数据库,与供热站、换热站的现场监控系统或者控制板卡、PLC系统等进行远程通讯,实现远程数据采集、设备监控对工艺生产区进行监测报警,加强热源、管网、换热站的自动监控和管理,增强企业的事故反应和处理能力,保障供热安全和运行经济。

4.2 过程监控

供热过程监控可以完成运行管理人员对供热运行状态的了解,可以显示整个供热系统部分参数运行状态一览表,如当前换热机组的主要运行参数,以及工业流程图等。根据运行操作、生产管理及设备管理人员的要求,提供完善、灵活的显示方式,对生产过程进行有效的监控,指导相关人员完成生产过程、系统或设备分析,更好地进行操作调整与管理决策。 

 

4.3 报表分析

以表格形式来展示指定点的数值,如流量、温度、压力、热量等,同时提供班报、日报、周报、旬报、月报、季报和年报等各种报表类型。

 

4.4 趋势分析

以趋势曲线、X-Y图、棒图/饼图的形式显示生产运行数据,协助运行管理人员进行特性分析和参数对比,并能提供数据表格、图形、曲线的打印功能。

 

4.5 报警管理

系统实时显示并记录各种报警信息,如压力/流量的超限、仪表工作电源不正常、阀门工作异常、通讯故障等报警信息。同时提供报警限值调整、语音画面短信等报警通知、报警分组管理、报警联动。

 

4.6 负荷预测

调度管控中心能够根据实时工况、气象预报、实际供暖负荷等信息,自动预测生成4-6小时后热量规划表及温度、流量、压力等参数曲线模拟图并具有实时滚动刷新、随气温突变等情况修正功能。根据此实时的预测曲线随时调整参数。

4.7 锅炉效率分析

通过燃料消耗量和实际供热量,计算锅炉房供热效率,即可横向对比又可纵向分析锅炉效率走向,全面掌握供热系统整体运行状况。

4.8 管网水力平衡

利用水压图分析热网水力工况变化,显示管网的压力值的变化、各管段的压力损失值等,分析水力工况是否处于最佳工况,同时根据动态水压图模型和采集的压力数据可以迅速判断管道泄漏的大概位置。

4.9 地理信息系统集成

建立基于GIS的城市热网管理信息系统,并且与监控调度系统无缝集成,通过地理系统实时查看各种生产数据,实现对城市热网综合管理,能随时掌握全市输配系统的最新资料,供有关部门管理集中供热管网、规划设计、运行调度、决策使用。

 

4.10 视频系统集成

视频监控系统可与管理平台无缝集成。在管理平台中随时对指定地点的视频进行浏览,也可在有异常情况发生时,随时切换到相关的视频监测点,查看画面情况。平台中支持视频的录制与回放,对当前画面进行抓图,对画面进行暂停,播放等操作。

4.11 能耗分析

将采集的数据进行归纳、分析和整理,实现基础热力管理功能,包括各个供热站和换热站的二次供水温度、二次回水温度等重要对比数据,以便可以更好地进行片区同类供热区域供热效率进行直观有效地比对,从而能指导运行人员进行查找原因和后续改进。

 


4.12 全网应急管理

当紧急事件发生时,启动全网应急管理系统,根据适当的报警信息,动态的提出各类救援方案和资源调度方案,帮助指挥中心领导对救援方案和资源调度进行果断、合理的决策,提高应急指挥的决策质量和应变能力。

5 方案总结

凯森集团智慧供热综合管控平台的应用为供热客服系统为供热企业建设供热信息化管理系统,可帮助供热企业显著降低运营成本,提高效率和收益,并提高热网可靠性,达成真正的热网节能运行和管理的最优化。随着集中供热自动化的快速发展以及政府节能减排的政策推行,供热综合管控平台及信息化建设将成为集中供热发展的方向,其实施将从根本上增强供热企业的整体实力,活动显著经济效益,实现国家节能减排与供热企业效益一致的目的。