關(guān)坤
摘 要:建設(shè)節(jié)約型社會、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是我國的一項國策。地源熱泵技術(shù)是一種利用地下淺表地熱能源既能供熱又能制冷的高效節(jié)能環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng),是一項經(jīng)濟有效的節(jié)能技術(shù),而且環(huán)境效益顯著。該文對天津港國際物流有限公司的地源熱泵能源遠程監(jiān)控工程進行了詳細介紹,為同類工程的建設(shè)和優(yōu)化提供了有益參考。
關(guān)鍵詞:地源熱泵 節(jié)能技術(shù) 遠程監(jiān)控
中圖分類號:TU831 文獻標志碼:A 文章編號:1674-098X(2014)05(a)-0064-04
當前我國20%左右的能源消耗用于建筑物采暖和制冷,抓好建筑節(jié)能對于實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和保護環(huán)境具有重要意義。此外,加強能源利用管理,提高能源利用效率,是提高經(jīng)濟運行質(zhì)量、改善環(huán)境和增強企業(yè)市場競爭力的重要措施,也是緩解當前經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的能源約束矛盾、建設(shè)節(jié)約型社會、實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的根本保障。
地源熱泵技術(shù)利用地球淺表熱能等可再生和綠色能源向建筑提供采暖、生活熱水供應(yīng)、制冷,是一項優(yōu)秀的建筑節(jié)能技術(shù),所以我國政府必將進一步支持此技術(shù)的發(fā)展,市場也能更進一步的認可此項技術(shù),地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在房地產(chǎn)項目的全面應(yīng)用前景是十分美好的。天津港國際物流有限公司地源熱泵能源遠程監(jiān)控工程的能源監(jiān)控系統(tǒng)采用了世界領(lǐng)先的“低碳型建筑系統(tǒng)方案”,系統(tǒng)能效高,在建筑制冷、制熱系統(tǒng)中處于領(lǐng)先地位。
1 系統(tǒng)概述和系統(tǒng)總體設(shè)計說明
為了實現(xiàn)該系統(tǒng)的安全、高效運行,該監(jiān)控系統(tǒng)充分利用信息化技術(shù)和自動控制技術(shù)的新成果,實現(xiàn)全程全時段自動監(jiān)視和控制,提高了能源管理和利用效率,大大節(jié)約了運行成本,實現(xiàn)了預期建設(shè)目標。
天津港國際物流地源熱泵有四個機房,分別在汽配中心四小樓、辦公樓、海關(guān)驗放中心以及辦公大樓。由于機房位置比較分散,部署維護人員較多,設(shè)備由西亞特、克萊門特和美意三家廠家提供,難于及時解決運行過程中出現(xiàn)的問題。因此,必須通過能源調(diào)度監(jiān)控和分析管理,實現(xiàn)天津港地源熱泵等的實時監(jiān)視和自動控制,以及科學化的調(diào)度管理和數(shù)據(jù)分析,以最大程度地方便管理、減少維護費用,實現(xiàn)最佳節(jié)能控制。此工程分兩期進行,前期實現(xiàn)了天津港國際物流能源監(jiān)控中心自控系統(tǒng)的四個機房對于地源熱泵系統(tǒng)的遠程監(jiān)控(見圖1),后期又完成了整個海關(guān)系統(tǒng)的樓宇自動化控制。
1.1 建設(shè)目標
傳統(tǒng)的能源中心自控系統(tǒng)主要側(cè)重于實現(xiàn)能源設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集,在控制方面采用分散式控制。這些系統(tǒng)在能源監(jiān)測、統(tǒng)計、能源預測方面的功能往往還有不少欠缺,不能有效地實現(xiàn)系統(tǒng)的整體集中監(jiān)控、管理。在能耗數(shù)據(jù)分析、節(jié)能優(yōu)化的決策支持及系統(tǒng)故障診斷等方面通常都比較薄弱。本系統(tǒng)的設(shè)計目標明確為下述四個方面:
(1)實現(xiàn)天津港物流地源熱泵機組等的全部數(shù)據(jù)采集,實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的實時動態(tài)顯示,并以立體美觀的流程圖方式進行展示。
(2)實現(xiàn)能源系統(tǒng)現(xiàn)地監(jiān)控和中心監(jiān)控,能夠方便的進行系統(tǒng)控制指令下發(fā)。
(3)實現(xiàn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定,保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性、唯一性、可靠性和穩(wěn)定性。
(4)實現(xiàn)基本的能源數(shù)據(jù)存儲、分析和管理。
1.2 系統(tǒng)架構(gòu)
依據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計目標、總體實現(xiàn)思路、主要技術(shù)路線,本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如(圖2)所示,本系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備層(狹義的現(xiàn)場設(shè)備層+設(shè)備控制層)、集中監(jiān)控層、信息管理層組成。
(1)現(xiàn)場設(shè)備層
現(xiàn)場設(shè)備層由布置在現(xiàn)場的測量儀表和PLC及控制網(wǎng)絡(luò)組成?,F(xiàn)場測量儀表主要包括電力、溫度、壓力、流量等監(jiān)控儀表,統(tǒng)一采用RS-485總線方式和現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏相連,通過MODBUS方式和現(xiàn)場監(jiān)控顯示屏內(nèi)的組態(tài)軟件進行通訊?,F(xiàn)場設(shè)備層主要包括地源熱泵機組、室外循環(huán)水泵、室內(nèi)循環(huán)水泵、循環(huán)水進/出口溫度、壓力、一次水進/出口溫度、壓力、地源熱泵機組冬夏轉(zhuǎn)換、出口溫度設(shè)置、報警等8個子系統(tǒng),所有PLC采用Hostlink協(xié)議與現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏軟件進行通訊。
(2)現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏
現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏主要完成各種監(jiān)控畫面、采集參數(shù)的顯示,并實現(xiàn)一些參數(shù)設(shè)定信息的輸入。主要功能:一是分別實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成,包括對設(shè)備運行狀態(tài)(如熱泵機組、水泵運行狀態(tài)、閥位等)、設(shè)備運行參數(shù)(如溫度、壓力、頻率、流量及熱量等)進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集;二是實現(xiàn)各個子站系統(tǒng)的控制,包括按設(shè)定的控制策略對各個設(shè)備進行機組啟停、空調(diào)一二次泵變頻等進行自動控制;三是向能源中心層提供集中監(jiān)視和遠程操作的數(shù)據(jù)接口,即在通訊網(wǎng)絡(luò)的支撐下,將各個子站運行數(shù)據(jù)傳送到能源監(jiān)控中心,同時接能源監(jiān)控中心發(fā)來的調(diào)度控制指令。另外,現(xiàn)場控制系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)存儲、自我保護(如斷電保護、短路檢測等)、顯示操作、參數(shù)異常檢測并做出報警提示及上傳等功能。
(3)能源監(jiān)控中心層
能源監(jiān)控中心層由監(jiān)控服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器等組成,主要功能包括:通過部署在能源中心控制室的監(jiān)控服務(wù)器來實現(xiàn)各子站設(shè)備的集中監(jiān)視和遠程操作;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實現(xiàn)全部數(shù)據(jù)的集中存儲分析和查詢;能源監(jiān)控中心層采集所有子站的實時數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行存儲、歷史趨勢分析、報警查詢、報表管理及輸出等,在此基礎(chǔ)上,還可以向各現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出調(diào)度控制指令。
①監(jiān)控服務(wù)器
主要提供與設(shè)備接口層的通訊驅(qū)動服務(wù)、變量輸入/輸出服務(wù)、變量計算服務(wù)、實時報警服務(wù)、實時趨勢服務(wù)、實時監(jiān)視畫面服務(wù)、操作權(quán)限控制服務(wù);同時作為能源中心操作人員實現(xiàn)能源設(shè)備集中監(jiān)視功能、遠程操作、參數(shù)下傳等功能的操作終端;
兩臺監(jiān)控服務(wù)器互為冗余,實現(xiàn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運行。
其中一臺監(jiān)控服務(wù)器兼做工程師站,供管理人員使用,用于系統(tǒng)開發(fā)、編輯、修改或更新系統(tǒng)的各種參數(shù)和常數(shù),對SCADA服務(wù)器所提供的各項服務(wù)進行組態(tài)、維護、管理;
②數(shù)據(jù)庫服務(wù)器endprint
主要部署SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)的集中存儲、查詢和數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)能夠存儲多年,根據(jù)系統(tǒng)要求實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢服務(wù)。根據(jù)系統(tǒng)要求實現(xiàn)各種能源分析。
③網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
通訊是整個控制系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的樞紐,各個子站、PLC、現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏及能源中心通過通訊系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體。為了實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、控制、調(diào)度,必須建立連接所有監(jiān)控點的通訊網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲如下圖所示,整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為3個部分:
(1)RS-485網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)的一次儀表(水表、電量表、熱表等)、現(xiàn)場主要設(shè)備(地源熱泵機組、水泵、閥門等)全部采用RS-485通訊方式,分別連成兩條總線,通過Modbus協(xié)議進行通訊連接,使電量表的的運行參數(shù)、控制參數(shù)、電量參數(shù)、和流量計的計量參數(shù)快速的與監(jiān)控觸摸屏進行交互,支持實時讀寫數(shù)據(jù)。
(2)Hostlink網(wǎng)絡(luò)
各個子站的OMRON PLC與監(jiān)控觸摸屏之間的通信采用OMRON公司專業(yè)的Hostlink協(xié)議,PLC的CPU上配有專業(yè)的Hostlink接口,完成CPU與監(jiān)控觸摸屏之間的通訊連接,支持數(shù)據(jù)的實時讀寫。監(jiān)控觸摸屏上配置了TCP/IP接口,把監(jiān)控觸摸屏接入能源中心的網(wǎng)絡(luò)。
(3)能源監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)
能源監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)是一個由交換機和計算機、服務(wù)器組成的典型的局域網(wǎng),監(jiān)控服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互,通過路由器把局域網(wǎng)連接到現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏,形成一個全面的局域網(wǎng),實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏與能源監(jiān)控中心局域網(wǎng)之間的連接。
2 能源中心設(shè)計
2.1 能源中心的硬件系統(tǒng)架構(gòu)
能源監(jiān)控UEMS中心監(jiān)控系統(tǒng)配置IBM服務(wù)器2臺,互為冗余,作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;配置2臺Advantech原裝IPC-610H工控機,互為冗余,作為監(jiān)控服務(wù)器。配置1臺Advantech工控機作為web服務(wù)器
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(IBM X3650服務(wù)器)為操作塔式服務(wù)器。四核英特爾至強處理器E5504 2.0 GHz(4MB三級緩存,最高支持800MHz內(nèi)存頻率,4.8GT/s QPI), 可擴展至2個處理器,集成雙千兆以太網(wǎng),支持網(wǎng)絡(luò)喚醒、網(wǎng)絡(luò)卸載引擎。服務(wù)器配置專用機柜,擺放在單獨的房間,避免了噪聲污染和因環(huán)境導致的故障。此外,采用兩臺互為冗余的監(jiān)控計算機分別作為工程師站和操作員站,另有一臺Web服務(wù)器計算機和4臺研華EKI-1522數(shù)據(jù)采集模塊,連接到30個PT100溫度傳感器,30個壓力傳感器。
2.2 軟件和數(shù)據(jù)庫配置
數(shù)據(jù)庫的配置依據(jù)主要是工程總點數(shù)和工程需做存儲的點數(shù),目前市場將用戶工程按總點數(shù)分為三個級別:2000點以下都用組態(tài)軟件;2000點至5000點組態(tài)軟件和實時數(shù)據(jù)庫都可能被選擇;5000點以上,工程需保存的總點數(shù)大于1000點時,一般都選擇實時數(shù)據(jù)庫。本項目有站點多且分散、數(shù)據(jù)量大等特點,信息管理層需要保存大量的數(shù)據(jù)。
考慮到本項目,第一期僅采集四個地源熱泵的站能源數(shù)據(jù),配置SQL Server數(shù)據(jù)庫,在該平臺上監(jiān)控組態(tài)軟件和其他信息管理軟件能夠同時讀寫數(shù)據(jù)。
考慮到將來能源中心需要采集更多分站的數(shù)據(jù),為了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和運算速度,建議第二期采用我公司的工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件eHistorian作為全部歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件不同于SQL Server等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,是專門設(shè)計用于進行工業(yè)控制過程數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫,它具有存儲速度快、并發(fā)存儲數(shù)據(jù)量大、存儲壓縮比高、查詢速度快,數(shù)據(jù)分析工具豐富等特點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金、能源計量等多行業(yè)的能源監(jiān)控中心項目上,已經(jīng)成為能源監(jiān)控中心項目的必須選擇。
2.3 數(shù)據(jù)通信功能實現(xiàn)
能源中心的監(jiān)控服務(wù)器內(nèi)配置的能源監(jiān)控UEMS軟件采集通過與現(xiàn)地監(jiān)控觸摸屏通訊,采集相關(guān)數(shù)據(jù)。這樣監(jiān)控服務(wù)器不但可以顯示、統(tǒng)計和分析各設(shè)備的數(shù)據(jù),也可以對各設(shè)備直接進行控制和調(diào)節(jié)。監(jiān)控服務(wù)器與現(xiàn)地監(jiān)控觸摸屏通訊采用TCP/IP方式,利用UEMS軟件內(nèi)部的接口協(xié)議進行快速的數(shù)據(jù)通訊。
(1)實時監(jiān)控
在能源監(jiān)控中心的監(jiān)控計算機上對各子系統(tǒng)的工作流程畫面進行監(jiān)視(圖3和圖4),可以清楚直觀的看到每個設(shè)備的當前運轉(zhuǎn)情況及相關(guān)參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)(圖5)。當發(fā)現(xiàn)設(shè)備工作不正?;蛘邊?shù)超出范圍時,可以通知現(xiàn)場工作人員進行處理,也可以在能源監(jiān)控中心層直接對相關(guān)設(shè)備發(fā)出控制或調(diào)節(jié)指令讓設(shè)備以最優(yōu)方式運行。
(2)監(jiān)控數(shù)據(jù)實時和歷史變化曲線顯示
此外,該監(jiān)控系統(tǒng)還有以下功能:實時報警;自動生成各種復雜報表;數(shù)據(jù)存儲;數(shù)據(jù)查詢;遠程控制;故障診斷與恢復;操作記錄查詢;系統(tǒng)冗余保障;操作權(quán)限管理。
3 數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計
針對能源中心采集存儲的數(shù)據(jù),利用該軟件從歷史實時數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù),進行相應(yīng)的運算后,實現(xiàn)相應(yīng)的報表、棒圖餅圖等分析形式,為能源管理提供依據(jù)。計量統(tǒng)計功能對熱源系統(tǒng)的投入量、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換量、輸送分配環(huán)節(jié)的輸送分配量、用能環(huán)節(jié)的最終使用量進行分別統(tǒng)計匯總,支持各級管理人員準確和清晰地掌握整個系統(tǒng)的各區(qū)域的計量信息。能源統(tǒng)計分析按日、月、年統(tǒng)計指定介質(zhì)(電、熱、水、氣等)的產(chǎn)生量、使用量,并可統(tǒng)計到工序。對統(tǒng)計結(jié)果,可根據(jù)能源介質(zhì)類型、時間以及工序查詢統(tǒng)計結(jié)果,并可打印。統(tǒng)計結(jié)果支持趨勢、表格和柱狀圖方式顯示,如圖7。
地源熱泵能源遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行效果
地源熱泵系統(tǒng)集中控制的優(yōu)勢主要有:高效、快捷、科學管理模式形成。在機房內(nèi)我們可根據(jù)每個建筑物的耗能情況及時調(diào)整出水溫度、水泵循環(huán)速度;對出現(xiàn)異常情況能及時發(fā)出指令,迅速做出響應(yīng)??茖W而高效的管理為機房各類設(shè)備長期正常運行創(chuàng)造了良好的條件,同時還能延長設(shè)備壽命。原先四個機房每日值班人員多達8人,改造后只需要2人,一年可節(jié)省人工費18萬元。實行集中控制后由于能夠做到及時調(diào)整運行效率,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上估計一年能降10%~15%運行費用,折合約20萬元左右。
遠程監(jiān)控系統(tǒng)于2013年11月10日試運行,到11月15日地源熱泵系統(tǒng)供暖后正式運行。供暖初期系統(tǒng)設(shè)置35~37 ℃之間的出水溫度后,主機按照軟件指令自動運轉(zhuǎn),當出水溫度達到設(shè)置溫度時機組停止運行;天氣轉(zhuǎn)冷時,將出水溫度設(shè)置在40~42 ℃之間運行;同時在每天不同時間段設(shè)置不一樣的出水溫度(根據(jù)早、中、晚、晴天、陰天等因素設(shè)置供暖溫度)。
運行期間,只需要在主機房內(nèi)控制軟件,合理輸入溫度設(shè)置,同時能監(jiān)控所有主機的運行工況。本單位月用電量下降12%,其中,遠程監(jiān)控系統(tǒng)對節(jié)能作出了較大貢獻,節(jié)能效果顯著。
5 結(jié)語
天津港集裝箱物流中心地源熱泵遠程監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后其運行效果良好,該系統(tǒng)軟件和硬件安裝后只要通信保持暢通,就能持續(xù)正常工作。采用該系統(tǒng)可以運行過程中有效地加強對各機房內(nèi)的溫度傳感器和泵站有等硬件設(shè)備的保護和檢查,保證地源熱泵系統(tǒng)能合理調(diào)節(jié)溫度,達到良好節(jié)能效果。
參考文獻
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主要部署SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)的集中存儲、查詢和數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)能夠存儲多年,根據(jù)系統(tǒng)要求實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢服務(wù)。根據(jù)系統(tǒng)要求實現(xiàn)各種能源分析。
③網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
通訊是整個控制系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的樞紐,各個子站、PLC、現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏及能源中心通過通訊系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體。為了實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、控制、調(diào)度,必須建立連接所有監(jiān)控點的通訊網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲如下圖所示,整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為3個部分:
(1)RS-485網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)的一次儀表(水表、電量表、熱表等)、現(xiàn)場主要設(shè)備(地源熱泵機組、水泵、閥門等)全部采用RS-485通訊方式,分別連成兩條總線,通過Modbus協(xié)議進行通訊連接,使電量表的的運行參數(shù)、控制參數(shù)、電量參數(shù)、和流量計的計量參數(shù)快速的與監(jiān)控觸摸屏進行交互,支持實時讀寫數(shù)據(jù)。
(2)Hostlink網(wǎng)絡(luò)
各個子站的OMRON PLC與監(jiān)控觸摸屏之間的通信采用OMRON公司專業(yè)的Hostlink協(xié)議,PLC的CPU上配有專業(yè)的Hostlink接口,完成CPU與監(jiān)控觸摸屏之間的通訊連接,支持數(shù)據(jù)的實時讀寫。監(jiān)控觸摸屏上配置了TCP/IP接口,把監(jiān)控觸摸屏接入能源中心的網(wǎng)絡(luò)。
(3)能源監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)
能源監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)是一個由交換機和計算機、服務(wù)器組成的典型的局域網(wǎng),監(jiān)控服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互,通過路由器把局域網(wǎng)連接到現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏,形成一個全面的局域網(wǎng),實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏與能源監(jiān)控中心局域網(wǎng)之間的連接。
2 能源中心設(shè)計
2.1 能源中心的硬件系統(tǒng)架構(gòu)
能源監(jiān)控UEMS中心監(jiān)控系統(tǒng)配置IBM服務(wù)器2臺,互為冗余,作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;配置2臺Advantech原裝IPC-610H工控機,互為冗余,作為監(jiān)控服務(wù)器。配置1臺Advantech工控機作為web服務(wù)器
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(IBM X3650服務(wù)器)為操作塔式服務(wù)器。四核英特爾至強處理器E5504 2.0 GHz(4MB三級緩存,最高支持800MHz內(nèi)存頻率,4.8GT/s QPI), 可擴展至2個處理器,集成雙千兆以太網(wǎng),支持網(wǎng)絡(luò)喚醒、網(wǎng)絡(luò)卸載引擎。服務(wù)器配置專用機柜,擺放在單獨的房間,避免了噪聲污染和因環(huán)境導致的故障。此外,采用兩臺互為冗余的監(jiān)控計算機分別作為工程師站和操作員站,另有一臺Web服務(wù)器計算機和4臺研華EKI-1522數(shù)據(jù)采集模塊,連接到30個PT100溫度傳感器,30個壓力傳感器。
2.2 軟件和數(shù)據(jù)庫配置
數(shù)據(jù)庫的配置依據(jù)主要是工程總點數(shù)和工程需做存儲的點數(shù),目前市場將用戶工程按總點數(shù)分為三個級別:2000點以下都用組態(tài)軟件;2000點至5000點組態(tài)軟件和實時數(shù)據(jù)庫都可能被選擇;5000點以上,工程需保存的總點數(shù)大于1000點時,一般都選擇實時數(shù)據(jù)庫。本項目有站點多且分散、數(shù)據(jù)量大等特點,信息管理層需要保存大量的數(shù)據(jù)。
考慮到本項目,第一期僅采集四個地源熱泵的站能源數(shù)據(jù),配置SQL Server數(shù)據(jù)庫,在該平臺上監(jiān)控組態(tài)軟件和其他信息管理軟件能夠同時讀寫數(shù)據(jù)。
考慮到將來能源中心需要采集更多分站的數(shù)據(jù),為了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和運算速度,建議第二期采用我公司的工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件eHistorian作為全部歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件不同于SQL Server等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,是專門設(shè)計用于進行工業(yè)控制過程數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫,它具有存儲速度快、并發(fā)存儲數(shù)據(jù)量大、存儲壓縮比高、查詢速度快,數(shù)據(jù)分析工具豐富等特點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金、能源計量等多行業(yè)的能源監(jiān)控中心項目上,已經(jīng)成為能源監(jiān)控中心項目的必須選擇。
2.3 數(shù)據(jù)通信功能實現(xiàn)
能源中心的監(jiān)控服務(wù)器內(nèi)配置的能源監(jiān)控UEMS軟件采集通過與現(xiàn)地監(jiān)控觸摸屏通訊,采集相關(guān)數(shù)據(jù)。這樣監(jiān)控服務(wù)器不但可以顯示、統(tǒng)計和分析各設(shè)備的數(shù)據(jù),也可以對各設(shè)備直接進行控制和調(diào)節(jié)。監(jiān)控服務(wù)器與現(xiàn)地監(jiān)控觸摸屏通訊采用TCP/IP方式,利用UEMS軟件內(nèi)部的接口協(xié)議進行快速的數(shù)據(jù)通訊。
(1)實時監(jiān)控
在能源監(jiān)控中心的監(jiān)控計算機上對各子系統(tǒng)的工作流程畫面進行監(jiān)視(圖3和圖4),可以清楚直觀的看到每個設(shè)備的當前運轉(zhuǎn)情況及相關(guān)參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)(圖5)。當發(fā)現(xiàn)設(shè)備工作不正常或者參數(shù)超出范圍時,可以通知現(xiàn)場工作人員進行處理,也可以在能源監(jiān)控中心層直接對相關(guān)設(shè)備發(fā)出控制或調(diào)節(jié)指令讓設(shè)備以最優(yōu)方式運行。
(2)監(jiān)控數(shù)據(jù)實時和歷史變化曲線顯示
此外,該監(jiān)控系統(tǒng)還有以下功能:實時報警;自動生成各種復雜報表;數(shù)據(jù)存儲;數(shù)據(jù)查詢;遠程控制;故障診斷與恢復;操作記錄查詢;系統(tǒng)冗余保障;操作權(quán)限管理。
3 數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計
針對能源中心采集存儲的數(shù)據(jù),利用該軟件從歷史實時數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù),進行相應(yīng)的運算后,實現(xiàn)相應(yīng)的報表、棒圖餅圖等分析形式,為能源管理提供依據(jù)。計量統(tǒng)計功能對熱源系統(tǒng)的投入量、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換量、輸送分配環(huán)節(jié)的輸送分配量、用能環(huán)節(jié)的最終使用量進行分別統(tǒng)計匯總,支持各級管理人員準確和清晰地掌握整個系統(tǒng)的各區(qū)域的計量信息。能源統(tǒng)計分析按日、月、年統(tǒng)計指定介質(zhì)(電、熱、水、氣等)的產(chǎn)生量、使用量,并可統(tǒng)計到工序。對統(tǒng)計結(jié)果,可根據(jù)能源介質(zhì)類型、時間以及工序查詢統(tǒng)計結(jié)果,并可打印。統(tǒng)計結(jié)果支持趨勢、表格和柱狀圖方式顯示,如圖7。
地源熱泵能源遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行效果
地源熱泵系統(tǒng)集中控制的優(yōu)勢主要有:高效、快捷、科學管理模式形成。在機房內(nèi)我們可根據(jù)每個建筑物的耗能情況及時調(diào)整出水溫度、水泵循環(huán)速度;對出現(xiàn)異常情況能及時發(fā)出指令,迅速做出響應(yīng)??茖W而高效的管理為機房各類設(shè)備長期正常運行創(chuàng)造了良好的條件,同時還能延長設(shè)備壽命。原先四個機房每日值班人員多達8人,改造后只需要2人,一年可節(jié)省人工費18萬元。實行集中控制后由于能夠做到及時調(diào)整運行效率,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上估計一年能降10%~15%運行費用,折合約20萬元左右。
遠程監(jiān)控系統(tǒng)于2013年11月10日試運行,到11月15日地源熱泵系統(tǒng)供暖后正式運行。供暖初期系統(tǒng)設(shè)置35~37 ℃之間的出水溫度后,主機按照軟件指令自動運轉(zhuǎn),當出水溫度達到設(shè)置溫度時機組停止運行;天氣轉(zhuǎn)冷時,將出水溫度設(shè)置在40~42 ℃之間運行;同時在每天不同時間段設(shè)置不一樣的出水溫度(根據(jù)早、中、晚、晴天、陰天等因素設(shè)置供暖溫度)。
運行期間,只需要在主機房內(nèi)控制軟件,合理輸入溫度設(shè)置,同時能監(jiān)控所有主機的運行工況。本單位月用電量下降12%,其中,遠程監(jiān)控系統(tǒng)對節(jié)能作出了較大貢獻,節(jié)能效果顯著。
5 結(jié)語
天津港集裝箱物流中心地源熱泵遠程監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后其運行效果良好,該系統(tǒng)軟件和硬件安裝后只要通信保持暢通,就能持續(xù)正常工作。采用該系統(tǒng)可以運行過程中有效地加強對各機房內(nèi)的溫度傳感器和泵站有等硬件設(shè)備的保護和檢查,保證地源熱泵系統(tǒng)能合理調(diào)節(jié)溫度,達到良好節(jié)能效果。
參考文獻
[1] 賈振航,姚偉,高紅.企業(yè)節(jié)能技術(shù)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009:77-87.
[2] 李先瑞.供熱空調(diào)系統(tǒng)運行管理、節(jié)能、診斷技術(shù)指南[M].北京:中國電力出版社,2004.endprint
主要部署SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)的集中存儲、查詢和數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)能夠存儲多年,根據(jù)系統(tǒng)要求實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢服務(wù)。根據(jù)系統(tǒng)要求實現(xiàn)各種能源分析。
③網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
通訊是整個控制系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的樞紐,各個子站、PLC、現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏及能源中心通過通訊系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體。為了實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、控制、調(diào)度,必須建立連接所有監(jiān)控點的通訊網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲如下圖所示,整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為3個部分:
(1)RS-485網(wǎng)絡(luò)
系統(tǒng)的一次儀表(水表、電量表、熱表等)、現(xiàn)場主要設(shè)備(地源熱泵機組、水泵、閥門等)全部采用RS-485通訊方式,分別連成兩條總線,通過Modbus協(xié)議進行通訊連接,使電量表的的運行參數(shù)、控制參數(shù)、電量參數(shù)、和流量計的計量參數(shù)快速的與監(jiān)控觸摸屏進行交互,支持實時讀寫數(shù)據(jù)。
(2)Hostlink網(wǎng)絡(luò)
各個子站的OMRON PLC與監(jiān)控觸摸屏之間的通信采用OMRON公司專業(yè)的Hostlink協(xié)議,PLC的CPU上配有專業(yè)的Hostlink接口,完成CPU與監(jiān)控觸摸屏之間的通訊連接,支持數(shù)據(jù)的實時讀寫。監(jiān)控觸摸屏上配置了TCP/IP接口,把監(jiān)控觸摸屏接入能源中心的網(wǎng)絡(luò)。
(3)能源監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)
能源監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)是一個由交換機和計算機、服務(wù)器組成的典型的局域網(wǎng),監(jiān)控服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互,通過路由器把局域網(wǎng)連接到現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏,形成一個全面的局域網(wǎng),實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控觸摸屏與能源監(jiān)控中心局域網(wǎng)之間的連接。
2 能源中心設(shè)計
2.1 能源中心的硬件系統(tǒng)架構(gòu)
能源監(jiān)控UEMS中心監(jiān)控系統(tǒng)配置IBM服務(wù)器2臺,互為冗余,作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;配置2臺Advantech原裝IPC-610H工控機,互為冗余,作為監(jiān)控服務(wù)器。配置1臺Advantech工控機作為web服務(wù)器
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(IBM X3650服務(wù)器)為操作塔式服務(wù)器。四核英特爾至強處理器E5504 2.0 GHz(4MB三級緩存,最高支持800MHz內(nèi)存頻率,4.8GT/s QPI), 可擴展至2個處理器,集成雙千兆以太網(wǎng),支持網(wǎng)絡(luò)喚醒、網(wǎng)絡(luò)卸載引擎。服務(wù)器配置專用機柜,擺放在單獨的房間,避免了噪聲污染和因環(huán)境導致的故障。此外,采用兩臺互為冗余的監(jiān)控計算機分別作為工程師站和操作員站,另有一臺Web服務(wù)器計算機和4臺研華EKI-1522數(shù)據(jù)采集模塊,連接到30個PT100溫度傳感器,30個壓力傳感器。
2.2 軟件和數(shù)據(jù)庫配置
數(shù)據(jù)庫的配置依據(jù)主要是工程總點數(shù)和工程需做存儲的點數(shù),目前市場將用戶工程按總點數(shù)分為三個級別:2000點以下都用組態(tài)軟件;2000點至5000點組態(tài)軟件和實時數(shù)據(jù)庫都可能被選擇;5000點以上,工程需保存的總點數(shù)大于1000點時,一般都選擇實時數(shù)據(jù)庫。本項目有站點多且分散、數(shù)據(jù)量大等特點,信息管理層需要保存大量的數(shù)據(jù)。
考慮到本項目,第一期僅采集四個地源熱泵的站能源數(shù)據(jù),配置SQL Server數(shù)據(jù)庫,在該平臺上監(jiān)控組態(tài)軟件和其他信息管理軟件能夠同時讀寫數(shù)據(jù)。
考慮到將來能源中心需要采集更多分站的數(shù)據(jù),為了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和運算速度,建議第二期采用我公司的工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件eHistorian作為全部歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件不同于SQL Server等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,是專門設(shè)計用于進行工業(yè)控制過程數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫,它具有存儲速度快、并發(fā)存儲數(shù)據(jù)量大、存儲壓縮比高、查詢速度快,數(shù)據(jù)分析工具豐富等特點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、化工、冶金、能源計量等多行業(yè)的能源監(jiān)控中心項目上,已經(jīng)成為能源監(jiān)控中心項目的必須選擇。
2.3 數(shù)據(jù)通信功能實現(xiàn)
能源中心的監(jiān)控服務(wù)器內(nèi)配置的能源監(jiān)控UEMS軟件采集通過與現(xiàn)地監(jiān)控觸摸屏通訊,采集相關(guān)數(shù)據(jù)。這樣監(jiān)控服務(wù)器不但可以顯示、統(tǒng)計和分析各設(shè)備的數(shù)據(jù),也可以對各設(shè)備直接進行控制和調(diào)節(jié)。監(jiān)控服務(wù)器與現(xiàn)地監(jiān)控觸摸屏通訊采用TCP/IP方式,利用UEMS軟件內(nèi)部的接口協(xié)議進行快速的數(shù)據(jù)通訊。
(1)實時監(jiān)控
在能源監(jiān)控中心的監(jiān)控計算機上對各子系統(tǒng)的工作流程畫面進行監(jiān)視(圖3和圖4),可以清楚直觀的看到每個設(shè)備的當前運轉(zhuǎn)情況及相關(guān)參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)(圖5)。當發(fā)現(xiàn)設(shè)備工作不正常或者參數(shù)超出范圍時,可以通知現(xiàn)場工作人員進行處理,也可以在能源監(jiān)控中心層直接對相關(guān)設(shè)備發(fā)出控制或調(diào)節(jié)指令讓設(shè)備以最優(yōu)方式運行。
(2)監(jiān)控數(shù)據(jù)實時和歷史變化曲線顯示
此外,該監(jiān)控系統(tǒng)還有以下功能:實時報警;自動生成各種復雜報表;數(shù)據(jù)存儲;數(shù)據(jù)查詢;遠程控制;故障診斷與恢復;操作記錄查詢;系統(tǒng)冗余保障;操作權(quán)限管理。
3 數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計
針對能源中心采集存儲的數(shù)據(jù),利用該軟件從歷史實時數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù),進行相應(yīng)的運算后,實現(xiàn)相應(yīng)的報表、棒圖餅圖等分析形式,為能源管理提供依據(jù)。計量統(tǒng)計功能對熱源系統(tǒng)的投入量、轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換量、輸送分配環(huán)節(jié)的輸送分配量、用能環(huán)節(jié)的最終使用量進行分別統(tǒng)計匯總,支持各級管理人員準確和清晰地掌握整個系統(tǒng)的各區(qū)域的計量信息。能源統(tǒng)計分析按日、月、年統(tǒng)計指定介質(zhì)(電、熱、水、氣等)的產(chǎn)生量、使用量,并可統(tǒng)計到工序。對統(tǒng)計結(jié)果,可根據(jù)能源介質(zhì)類型、時間以及工序查詢統(tǒng)計結(jié)果,并可打印。統(tǒng)計結(jié)果支持趨勢、表格和柱狀圖方式顯示,如圖7。
地源熱泵能源遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行效果
地源熱泵系統(tǒng)集中控制的優(yōu)勢主要有:高效、快捷、科學管理模式形成。在機房內(nèi)我們可根據(jù)每個建筑物的耗能情況及時調(diào)整出水溫度、水泵循環(huán)速度;對出現(xiàn)異常情況能及時發(fā)出指令,迅速做出響應(yīng)??茖W而高效的管理為機房各類設(shè)備長期正常運行創(chuàng)造了良好的條件,同時還能延長設(shè)備壽命。原先四個機房每日值班人員多達8人,改造后只需要2人,一年可節(jié)省人工費18萬元。實行集中控制后由于能夠做到及時調(diào)整運行效率,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上估計一年能降10%~15%運行費用,折合約20萬元左右。
遠程監(jiān)控系統(tǒng)于2013年11月10日試運行,到11月15日地源熱泵系統(tǒng)供暖后正式運行。供暖初期系統(tǒng)設(shè)置35~37 ℃之間的出水溫度后,主機按照軟件指令自動運轉(zhuǎn),當出水溫度達到設(shè)置溫度時機組停止運行;天氣轉(zhuǎn)冷時,將出水溫度設(shè)置在40~42 ℃之間運行;同時在每天不同時間段設(shè)置不一樣的出水溫度(根據(jù)早、中、晚、晴天、陰天等因素設(shè)置供暖溫度)。
運行期間,只需要在主機房內(nèi)控制軟件,合理輸入溫度設(shè)置,同時能監(jiān)控所有主機的運行工況。本單位月用電量下降12%,其中,遠程監(jiān)控系統(tǒng)對節(jié)能作出了較大貢獻,節(jié)能效果顯著。
5 結(jié)語
天津港集裝箱物流中心地源熱泵遠程監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后其運行效果良好,該系統(tǒng)軟件和硬件安裝后只要通信保持暢通,就能持續(xù)正常工作。采用該系統(tǒng)可以運行過程中有效地加強對各機房內(nèi)的溫度傳感器和泵站有等硬件設(shè)備的保護和檢查,保證地源熱泵系統(tǒng)能合理調(diào)節(jié)溫度,達到良好節(jié)能效果。
參考文獻
[1] 賈振航,姚偉,高紅.企業(yè)節(jié)能技術(shù)[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009:77-87.
[2] 李先瑞.供熱空調(diào)系統(tǒng)運行管理、節(jié)能、診斷技術(shù)指南[M].北京:中國電力出版社,2004.endprint