熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究

本文提出了一種基于ADSL的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。整個系統(tǒng)由監(jiān)控中心和若干個控制節(jié)點組成?？刂乒?jié)點采集現(xiàn)場的溫度、流量、壓力等數(shù)據(jù)，并通過ADSL傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過WEB方式顯示工況數(shù)據(jù)并向控制節(jié)點發(fā)送指令，調(diào)整供熱平衡。論文討論了實現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并給出了控制節(jié)點的軟硬件系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計。

1. 基于ADSL的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 概述

城市熱網(wǎng)監(jiān)測與控制是城市市政工程的重要組成部分，熱網(wǎng)監(jiān)控制系統(tǒng)的控制節(jié)點一般在地理上分布范圍較廣，很難用一種接入方式實現(xiàn)所有節(jié)點的接入。目前比較常見的接入方式有PSTN接入方式、GPRS接入方式、數(shù)傳電臺接入方式、專線接入等方式。[1]

這些接入方式都有其適用的場合，但是都存在帶寬低、運行成本高的缺點。本文提出一種基于ADSL的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，以ADSL方式實現(xiàn)節(jié)點的通信接入。其優(yōu)點是：(1)接入方便，一般城市中有電話網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方都可以提供這種接入方式；(2)帶寬高，最大可以達到2Mbps，可以大幅度地提高監(jiān)控的實時性；(3)投資小；(4)運行成本低。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于ADSL的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，一個典型的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由一個監(jiān)控中心和多個控制節(jié)點組成。監(jiān)控服務(wù)器負(fù)責(zé)與各控制節(jié)點的數(shù)據(jù)通信，接收控制節(jié)點發(fā)出的工況數(shù)據(jù)，并根據(jù)熱網(wǎng)的的運行狀況，向控制節(jié)點發(fā)送指令，調(diào)整整個熱網(wǎng)的供熱平衡。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器保存當(dāng)日及歷史工況數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)分析和決策提供支持；WEB服務(wù)器顯示熱網(wǎng)運行工況監(jiān)控界面。

熱力公司下設(shè)有若干個熱力站，一般每個熱力站設(shè)置一個控制節(jié)點，控制節(jié)點由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成?？刂乒?jié)點一方面通過傳感器采集現(xiàn)場的供/回水溫度、流量、壓力等工況數(shù)據(jù)，并控制電磁閥、調(diào)節(jié)閥和變頻器，調(diào)節(jié)現(xiàn)場運行參數(shù)；另一方面，通過ADSL Modem 接入Internet，將工況數(shù)據(jù)通過Internet傳送到監(jiān)控中心，控制節(jié)點也可以接收監(jiān)控中心發(fā)出的指令，調(diào)整現(xiàn)場工況運行參數(shù)。[2]


圖1:基于ADSL的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 .基于ADSL的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

基于ADSL的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中有效地利用了控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)領(lǐng)域的最新成果，采用的關(guān)鍵技術(shù)有：

2.1監(jiān)控中心基于WEBGIS的監(jiān)控界面的設(shè)計與實現(xiàn)

GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)的發(fā)展對熱網(wǎng)監(jiān)控的界面提出了更高的要求，不僅要能夠以表格、曲線等顯示工況數(shù)據(jù)，還要求能夠以電子地圖導(dǎo)航的方式在瀏覽器中實現(xiàn)熱力站的數(shù)據(jù)查詢與顯示。目前，WEBGIS的實現(xiàn)有兩種種方法，一種是在商用GIS軟件其基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)完成。第二種方法是在開源的WEBGIS服務(wù)器的基礎(chǔ)上二次開發(fā)完成。在實際應(yīng)用中，由于商用GIS造價昂貴，采用開源的Mapserver作為GIS服務(wù)器。

2.2網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制算法的研究

熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一個網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS），其控制對象是一個大滯后的對象，目前還沒有一個很好的數(shù)學(xué)模型和控制算法能夠解決這一控制問題。目前，熱力公司一般采用的方法是通過人的經(jīng)驗來完成熱網(wǎng)平衡的調(diào)整，研究一個適合熱網(wǎng)監(jiān)控的控制算法，并充分考慮的環(huán)境溫度的影響，對節(jié)約能源，提高供熱效率意義重大。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中由于帶寬的限制會產(chǎn)生時延，研究時延對控制算法的影響也是一個需要解決的問題。

2.3控制節(jié)點軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計

熱力站控制節(jié)點如果采用工控機、PLC等技術(shù)實現(xiàn)的話，控制節(jié)點的成本較高。采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)控制節(jié)點將降低整個系統(tǒng)的造價，有利于大規(guī)模推廣。

2.4 VPN協(xié)議的設(shè)計與實現(xiàn)

采用ADSL的節(jié)點接入方式后，由于利用了Internet傳輸控制數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)安全性的問題。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，可以采用VPN(虛擬專用網(wǎng))技術(shù)保證傳輸數(shù)據(jù)的安全性。[3]