基于GCS系统的城市热网远程监控方案.doc

1引言
城市热网是将大量热力用户通过热力管网连接起来，采用集中热源提供热量的一种供热系统。我国北方地区冬季寒冷，供暖期较长，人口相对密集的地区供热需求量大，城市热网的应用非常广泛。
城市热网监控系统的作用是提高供热系统的运行管理水平，为供热系统的运行管理提供一个良好的支持环境[1]。GCS控制系统是一种新型的、集成了多种控制功能、可视化、网络和信息技术的自动化系统平台。以GCS控制系统平台为基础，综合运用4C（computer，control，communication，CRT）技术构建出先进的城市热网远程监控系统，可使城市热网具有自动、高效、安全的运行特征，对于节约能源、减少污染、降低运营成本、提高人民生活水平等方面具有重要的意义。本文将针对热网远程监控系统的构建问题展开讨论。
2城市热网远程监控的技术难点
2.1复杂的通信网络
在一个城市的热网系统中，换热站的数量可多至上百个，地理分布非常分散；热网也需要不断进行改扩建、扩容。这对热网监控系统的通信架构的灵活性和可扩展性提出了很高的要求。站控系统需对监控中心提供丰富的通信方式，重要换热站还需同时具备有线、无线的冗余通信方案。站控系统内部也需提供各类常用通信接口，以方便地连接触摸屏、专用控制器和变频器等智能仪表。
2.2复杂的现场环境
由气候条件和工艺特点决定，换热站站控系统的模块经常安放在没有环境控制的现场。因此站控系统必须具备较宽的环境适应能力：
工作环境温度范围：（-35~+70）℃；
工作环境湿度范围：相对湿度5％～95％；
机柜（箱）IP防护等级：IP54；
系统部件IP防护等级：IP20。
换热站中普遍使用的大功率变频设备容易对站控系统产生较强的传导性干扰，雷击等干扰源容易通过通信线缆或供电线缆对站控系统造成干扰，换热站常用的无线通信设备也会产生空间电磁辐射骚扰，这就要求站控系统具备良好的EMC性能。
2.3无人值守的站控系统
当换热站与监控中心之间的通信中断时，站控系统可以独立地完成就地控制，并在本地保存工艺过程数据，当通信恢复后将缓存数据续传至监控中心。换热站站控系统的控制规模不大，但是信号类型丰富、控制类型复杂，既要保证回路控制的平稳运行，又要保证顺序控制和连锁保护的快速可靠。
换热站控系统在供电中断状态下，站控系统的模块不应丢失程序，供电恢复后，站控系统会自动、快速进入正常工作状态，不需要人为干预。通过满足上述需求，使换热站真正实现无人值守。
3基于GCS的热网远程监控方案
3.1GCS系统概述
由中控研发的GCS系统是一种具备通用性的工业自动化控制平台，在应用领域上分为G3和G5两个系列，两系列之间可无缝连接。GCS控制平台结构如图1所示。
图1GCS控制平台结构

（1）G3是分布式RTU控制系统，产品主要特点：
一体化设计、型号丰富，便捷地实现就地控制；
系统组网灵活，支持各种拓扑结构；
支持多种通讯协议，可方便地链接第三方设备；
防爆，防腐，工作温度范围（-40~80）℃。
（2）G5是大型混合控制系统，产品主要特点：
复杂模拟量控制和快速逻辑控制并重；
通信和I/O接口EMC性能达到工业三级A等；
提供多种协议接口、支持多种操作平台；
支持全系统冗余配置，高可靠性。
G3与G5模块都有大容量Flash存储器，用于数据的掉电保持和断线缓存，使换热站站控系统真正实现无人值守。
3.2热网远程监控方案
热网远程监控系统的整体拓扑见图2。

图2基于GCS平台的热网远程监控方案拓扑结构

管理层所浏览到的画面及各类图表均由监控中心上位机监控软件采用WEB发布，管理层可通过企业内部局域网或Internet浏览各个监控画面、生产数据，打印报表和实时分析，及时有效地掌控现场情况，实现换热站无人值守。
换热站中根据信号点的类型和数量确定RTU模块的型号和数量，完成本地控制，并将换热站的温度、压力、流量等运行参数通过各类通信方式上送至监控中心，接受监控中心下达的指令。换热站一般需配置触摸屏或一体化电脑作为就地操作站。
监控中心中每个操作员站安装一套监控软件VxSCADA，它可以通过OPC或DDE实现与管理层工作站或第三方设备间数据共享，它还提供104规约、Modbus和用户自定义I/O驱动用于异构通信。过程控制网与管理层网络通过防火墙进行隔离。
监控中心和各换热站之间，根据通信距离、安装条件、链接关系、节点数量、速率要求、成本控制等因素，可灵活选择不同类型的通信方式，通常分为四大类：
利用控制系统的远程总线行进通信；
经由公网的有线或无线通信方式；
利用公共电话网络进行通信；
建立无线局域网（WLAN）进行通信。
若通过公网进行数据，无论采用有线或无线的方式，都可在监控中心配置一个连接静态IP的路由器。各换热站相应地配置接入公网的通信设备，如路由器、GPRSDTU