----計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

     隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，尤其是計算機(jī)、通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，自動控制水平也得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，隨著對集中供熱系統(tǒng)的自動化程度要求越來越高，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用也變得尤為重要。人機(jī)界面在集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)工程應(yīng)用的一個非常典型的發(fā)展方向，通過人機(jī)界面的互動交流，管理者與使用者可以通過人機(jī)界面非常直觀清晰的了解到系統(tǒng)的實時狀態(tài)、被控對象的運(yùn)行工況。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的發(fā)展為人民的生產(chǎn)生活帶來了非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益與便捷性，例如計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)工藝流程的管理上可以成倍的提高生產(chǎn)效率，降低風(fēng)險成本，進(jìn)而降低產(chǎn)品成倍；如果將計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于集中供熱系統(tǒng)中，不但可以提高供熱的品質(zhì)，還可以減少人工操作，實現(xiàn)按需供熱、智能供熱的最終目的。

1.1 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的概念

     自1956年美國首先研究了用于軍事上測試項目的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后，經(jīng)歷了集中式監(jiān)控系統(tǒng)、微型計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、分層分散監(jiān)控系統(tǒng)、開放式SCADA系統(tǒng)的發(fā)展。目前計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是指具有數(shù)據(jù)、監(jiān)視、控制功能的計算機(jī)系統(tǒng)。這類產(chǎn)品中，比較典型的、具有代表性的是監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是人們常說的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)發(fā)展過程與數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程類似切密切相關(guān)，可以大致歸納為：
     （1）70年代前是第一代集中式監(jiān)控系統(tǒng)，從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展看，這期間叫網(wǎng)絡(luò)的第一步，即遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)階段；
     （2）70年代中至80年代中期是第二代微型計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)還是集中式的；
     （3）80年代中至今是第三代分層分散型監(jiān)控系統(tǒng)（DCS和SCADA）。
    此時，監(jiān)控系統(tǒng)雖然大多數(shù)還是“監(jiān)控島”概念的系統(tǒng)，不同的監(jiān)控系統(tǒng)之間不能直接互通信息，不滿足或不完全符合開放系統(tǒng)；隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的迅速發(fā)展，有的系統(tǒng)采用符合TCP/IP的Ethernet、DECnet局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)，可以說第四代的開放式SCADA系統(tǒng)已經(jīng)問世。計算機(jī)檢測控制系統(tǒng)（簡稱計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)），是以檢測控制計算機(jī)為主題，加上檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與被檢測控制的對象（生產(chǎn)過程）共同構(gòu)成的整體。在這個系統(tǒng)中，計算機(jī)直接參與被監(jiān)控對象的檢測、監(jiān)督和控制，應(yīng)具有：采集與處理功能、監(jiān)督功能、控制功能。
    計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從單臺計算機(jī)的直接監(jiān)測控制到多極計算機(jī)檢測控制系統(tǒng)，以及分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、五次暗花系統(tǒng)的發(fā)展；然而，計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展是隨著傳感器、計算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展而發(fā)展，其中任何一種技術(shù)有了新的突破，必然帶來監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)步和改革。
監(jiān)控系統(tǒng)是依靠傳感器、專業(yè)攝像機(jī)等設(shè)備來檢測信息的，檢測到的信息越多，監(jiān)控范圍和作用就越大；對信息的處理采用常規(guī)的濾波和去噪，控制則是以PID為核心的算法。今后傳感器仍朝著集成化、多功能智能化傳感器發(fā)展。智能型儀器儀表和智能控制器能方便聯(lián)網(wǎng)，有利于組成開放式SCADA系統(tǒng)。
    網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)技術(shù)
    監(jiān)控系統(tǒng)是通過傳輸介質(zhì)來傳遞信息的，傳輸介質(zhì)傳遞信息的信息越快，監(jiān)控系統(tǒng)的響應(yīng)就越靈敏，傳遞的信息也就越多。傳輸介質(zhì)從雙絞線、同軸電纜、光纜到視野內(nèi)信號（微波、紅外線）及衛(wèi)星通信等，實現(xiàn)從有線到無線發(fā)展，也促進(jìn)了監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展。
90年代以后的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到第四階段，即網(wǎng)絡(luò)電腦和信息高速公路網(wǎng)絡(luò)階段，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身就是一個極其龐大又復(fù)雜的綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，本身就需要一個綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)。第四代綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中包括大范圍的環(huán)境圖像監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、商業(yè)金融服務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)等。這種新一代的綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)可以是幾個監(jiān)控系統(tǒng)組成，他們可以連接到一個總線網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)或星形網(wǎng)，而且網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)可以增加或減少，也可以是單獨(dú)的一個龐大的監(jiān)控系統(tǒng)。
     計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用水平不斷提高，計算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的發(fā)展，一個新的概念正在逐漸被人們接受和認(rèn)可，這就是計算機(jī)系統(tǒng)集成。計算機(jī)系統(tǒng)集成是根據(jù)應(yīng)用需求，將硬件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫及相關(guān)的應(yīng)用軟件組合成為有效的、可用的、具有良好性價比的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。
     基于CDPD的無線上網(wǎng)、移動辦公、移動炒股、無線刷卡支付、無線記者站、遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控等交通運(yùn)輸和道路工程的運(yùn)用。無線綜合監(jiān)控系統(tǒng)和溫度控制裝置正在形成，該系統(tǒng)采用無線傳送，聲光報警、中央控制、自動化管理[38]。

1.2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及分類

     由于計算機(jī)應(yīng)用廣泛的特性，導(dǎo)致其應(yīng)用種類十分多樣化，應(yīng)用于不同領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)都有其獨(dú)特的功能和要求，但是一般的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都有以下的基本共同特點(diǎn)：
    （1）可靠性，可靠性是計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的第一要素，一個出色的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必須要有較強(qiáng)的抗干擾能力，“平均無故障運(yùn)行時間”[39]應(yīng)能滿足系統(tǒng)的最低要求，我們更希望計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在有故障的情況下還能完整可靠的記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
    （2）滿足監(jiān)控要求，最大限度的滿足安全和生產(chǎn)的要求，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用是為了提高效率，如果一個計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連最基本的生產(chǎn)和安全的要求都無法滿足，那么該系統(tǒng)的先進(jìn)性、智能性也無從談起。
    （3）先進(jìn)性，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動化程度在一定意義上是先進(jìn)性的代表，計算機(jī)監(jiān)控的所有組成部分應(yīng)該符合其發(fā)展的方向，并且具有人工操作無法比擬的準(zhǔn)確性及便捷性。
    （4）人機(jī)界面，能夠通過流暢，簡單的交互方式，讓操作人員能夠獲取自己期望的信息及操作需求，并且能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)儲存方式無法代替的保存功能。
      計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)構(gòu)成的不同可以分為以下幾類[40]：
      數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System)是計算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制最早、也是最基本的一種類型。生產(chǎn)過程中被控對象的大量參數(shù)經(jīng)測量變送儀表發(fā)送和A/D通道或DI通道巡回采集后送入計算機(jī)，由計算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并按操作要求進(jìn)行屏幕顯示、制表打印和越限報警。計算機(jī)不直接參與控制過程。     操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(OGC)，操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種開環(huán)結(jié)構(gòu)。計算機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)以及工藝要求進(jìn)行最優(yōu)化計算，計算出的最優(yōu)操作條件，并不直接輸出控制被控對象，而是顯示或打印出來，操作人員據(jù)此去改變各個控制器的給定值或操作執(zhí)行器，以達(dá)到操作指導(dǎo)的作用。它相當(dāng)于模擬儀表控制系統(tǒng)的手動與半自動工作狀態(tài)。OGC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作，速度受到限制，不能同時控制多個回路。     直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)，DDC系統(tǒng)是用一臺計算機(jī)不僅完成對多個被控參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，而且能按一定的控制規(guī)律進(jìn)行實時決策，并通過過程輸出通道發(fā)出控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制，為了操作方便，DDC系統(tǒng)還配置一個包括給定、顯示、報警等功能的操作控制臺。DDC系統(tǒng)中的一臺計算機(jī)不僅完全取代了多個模擬調(diào)節(jié)器，而且在各個回路的控制方案上，不改變硬件只通過改變程序就能有效地實現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜控制。     監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)（SCC），監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)即SCC是OGC系統(tǒng)與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)或與DDC系統(tǒng)綜合而成的兩級系統(tǒng)。顯然，這屬于計算機(jī)在線最優(yōu)控制的一種形式。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時，可由下位機(jī)獨(dú)立完成控制。下位機(jī)直接參與生產(chǎn)過程控制，要求其實時性好，可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)；而上位機(jī)承擔(dān)高級控制與管理任務(wù)，應(yīng)配置數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，存儲容量大的高檔計算機(jī)。 　 分散控制系統(tǒng)（dcs），分散控制系統(tǒng)--是以微處理器為基礎(chǔ)，借助于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中管理和分散控制的先進(jìn)計算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上具有分散式系統(tǒng)的特征，因此國外將該類系統(tǒng)取名為分散控制系統(tǒng)，國內(nèi)也有人將其稱為集散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)簡稱為DCS。DCS 采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則。    現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)即FCS--是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)改進(jìn)了DCS成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點(diǎn)，采用集管理控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場儀表中去，形成一個徹底的分散控制模式。每個現(xiàn)場儀表(例如變送器、執(zhí)行器)都作為一個智能節(jié)點(diǎn)，都帶CPU單元，可分別獨(dú)立完成測量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。

1.3 換熱站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求

      根據(jù)用戶的熱負(fù)荷來進(jìn)行按需供熱以及保證系統(tǒng)安全高效的運(yùn)行，是換熱站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必須實現(xiàn)的兩個基本目標(biāo)。為了實現(xiàn)這兩個基本目標(biāo)，我們對換熱站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由下面四個具體的要求：
    （1）二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的供回水溫度必須可以隨著實時采集的室外溫度進(jìn)行可調(diào)節(jié)的變化。用戶的熱負(fù)荷一般是隨著天氣的變化而改變的，當(dāng)室外溫度發(fā)生變化后，集中供熱系統(tǒng)的二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的供回水溫度發(fā)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而影響一次熱網(wǎng)管道的回水溫度，從而實現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)按照用戶的熱負(fù)荷進(jìn)行實時控制。
   （2）當(dāng)室外溫度變化不大時，二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的供水溫度須保持恒定。當(dāng)天氣條件比較穩(wěn)定，室外溫度維持在一個相對穩(wěn)定的數(shù)值時，一次熱網(wǎng)管道內(nèi)的水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)發(fā)生變化的情況下，二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的供水溫度就會隨著變化。此時二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的供水溫度沒有保持恒定，因此我們需要可以實現(xiàn)一次熱網(wǎng)流量和二次熱網(wǎng)供水溫度相互獨(dú)立的控制策略。
   （3）當(dāng)室外溫度變化不大時，二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的回水溫度須保持恒定。根據(jù)換熱站的散熱量與二次熱網(wǎng)管道內(nèi)供回水溫差的正比關(guān)系，二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的回水溫度非常直觀的反應(yīng)了整個換熱站系統(tǒng)的運(yùn)行效率，因此當(dāng)二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的供水溫度不變，且二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的供回水溫差保持恒定時，我們也要求二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的回水溫度保持恒定。
   （4）保證二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的恒定壓力采集點(diǎn)壓力穩(wěn)定。保證二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的恒定壓力采集點(diǎn)壓力穩(wěn)定是集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的標(biāo)志，當(dāng)二次熱網(wǎng)管道內(nèi)的恒定壓力采集點(diǎn)壓力值波動較大時，證明二次熱網(wǎng)管道運(yùn)行工況已經(jīng)發(fā)生異常情況，此時整個系統(tǒng)就無法保證二次熱網(wǎng)的供回水溫度以及流量的穩(wěn)定性。

 本文小結(jié)

     本文的首先闡述了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本概念，及計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及分類，并將計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)引入集中供熱系統(tǒng)，并促進(jìn)集中供熱系統(tǒng)的自動化、智能化。通過對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用及更專業(yè)的控制要求，使得集中供熱系統(tǒng)更加先進(jìn)、節(jié)能、人性化。