----計算機監控系統在集中供熱系統中的應用

     隨著科學技術的日新月異，尤其是計算機、通訊技術的迅速發展，自動控制水平也得到了快速的發展和廣泛的應用，隨著對集中供熱系統的自動化程度要求越來越高，計算機監控系統在集中供熱系統中的應用也變得尤為重要。人機界面在集中供熱監控系統工程應用的一個非常典型的發展方向，通過人機界面的互動交流，管理者與使用者可以通過人機界面非常直觀清晰的了解到系統的實時狀態、被控對象的運行工況。計算機監控系統在各個領域的發展為人民的生產生活帶來了非常可觀的經濟效益與便捷性，例如計算機技術應用于生產工藝流程的管理上可以成倍的提高生產效率，降低風險成本，進而降低產品成倍；如果將計算機監控系統應用于集中供熱系統中，不但可以提高供熱的品質，還可以減少人工操作，實現按需供熱、智能供熱的最終目的。

1.1 計算機監控系統的概念

     自1956年美國首先研究了用于軍事上測試項目的計算機監控系統后，經歷了集中式監控系統、微型計算機監控系統、分層分散監控系統、開放式SCADA系統的發展。目前計算機監控系統是指具有數據、監視、控制功能的計算機系統。這類產品中，比較典型的、具有代表性的是監控和數據采集系統，也就是人們常說的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統。SCADA系統發展過程與數據通信、網絡的發展過程類似切密切相關，可以大致歸納為：
     （1）70年代前是第一代集中式監控系統，從網絡的發展看，這期間叫網絡的第一步，即遠程聯機系統階段；
     （2）70年代中至80年代中期是第二代微型計算機監控系統，其基本結構還是集中式的；
     （3）80年代中至今是第三代分層分散型監控系統（DCS和SCADA）。
    此時，監控系統雖然大多數還是“監控島”概念的系統，不同的監控系統之間不能直接互通信息，不滿足或不完全符合開放系統；隨著網絡技術應用的迅速發展，有的系統采用符合TCP/IP的Ethernet、DECnet局域網、廣域網、互聯網，可以說第四代的開放式SCADA系統已經問世。計算機檢測控制系統（簡稱計算機監控系統），是以檢測控制計算機為主題，加上檢測裝置、執行機構，與被檢測控制的對象（生產過程）共同構成的整體。在這個系統中，計算機直接參與被監控對象的檢測、監督和控制，應具有：采集與處理功能、監督功能、控制功能。
    計算機監控系統從單臺計算機的直接監測控制到多極計算機檢測控制系統，以及分布式、網絡化、智能化、五次暗花系統的發展；然而，計算機監控技術的發展是隨著傳感器、計算機、通信及網絡技術等的發展而發展，其中任何一種技術有了新的突破，必然帶來監控系統的進步和改革。
監控系統是依靠傳感器、專業攝像機等設備來檢測信息的，檢測到的信息越多，監控范圍和作用就越大；對信息的處理采用常規的濾波和去噪，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展。智能型儀器儀表和智能控制器能方便聯網，有利于組成開放式SCADA系統。
    網絡傳輸介質技術
    監控系統是通過傳輸介質來傳遞信息的，傳輸介質傳遞信息的信息越快，監控系統的響應就越靈敏，傳遞的信息也就越多。傳輸介質從雙絞線、同軸電纜、光纜到視野內信號（微波、紅外線）及衛星通信等，實現從有線到無線發展，也促進了監控系統的發展。
90年代以后的網絡技術發展到第四階段，即網絡電腦和信息高速公路網絡階段，計算機網絡系統本身就是一個極其龐大又復雜的綜合網絡系統，本身就需要一個綜合網絡監控管理系統。第四代綜合網絡監控系統中包括大范圍的環境圖像監控系統、設備監控系統、商業金融服務監控系統等。這種新一代的綜合網絡監控系統可以是幾個監控系統組成，他們可以連接到一個總線網、環形網或星形網，而且網上節點可以增加或減少，也可以是單獨的一個龐大的監控系統。
     計算機系統應用水平不斷提高，計算機硬件、軟件及網絡、數據庫等技術的發展，一個新的概念正在逐漸被人們接受和認可，這就是計算機系統集成。計算機系統集成是根據應用需求，將硬件、網絡、數據庫及相關的應用軟件組合成為有效的、可用的、具有良好性價比的計算機應用系統。
     基于CDPD的無線上網、移動辦公、移動炒股、無線刷卡支付、無線記者站、遠程環境監控等交通運輸和道路工程的運用。無線綜合監控系統和溫度控制裝置正在形成，該系統采用無線傳送，聲光報警、中央控制、自動化管理[38]。

1.2 計算機監控系統的特點及分類

     由于計算機應用廣泛的特性，導致其應用種類十分多樣化，應用于不同領域的監控系統都有其獨特的功能和要求，但是一般的計算機監控系統都有以下的基本共同特點：
    （1）可靠性，可靠性是計算機監控系統的第一要素，一個出色的計算機監控系統必須要有較強的抗干擾能力，“平均無故障運行時間”[39]應能滿足系統的最低要求，我們更希望計算機監控系統在有故障的情況下還能完整可靠的記錄關鍵數據。
    （2）滿足監控要求，最大限度的滿足安全和生產的要求，計算機監控系統的應用是為了提高效率，如果一個計算機監控系統連最基本的生產和安全的要求都無法滿足，那么該系統的先進性、智能性也無從談起。
    （3）先進性，計算機監控系統的自動化程度在一定意義上是先進性的代表，計算機監控的所有組成部分應該符合其發展的方向，并且具有人工操作無法比擬的準確性及便捷性。
    （4）人機界面，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，并且能夠代替傳統儲存方式無法代替的保存功能。
      計算機監控系統根據構成的不同可以分為以下幾類[40]：
      數據采集系統（DAS），數據采集系統(Data Acquisition System)是計算機應用于生產過程控制最早、也是最基本的一種類型。生產過程中被控對象的大量參數經測量變送儀表發送和A/D通道或DI通道巡回采集后送入計算機，由計算機對這些數據進行分析和處理，并按操作要求進行屏幕顯示、制表打印和越限報警。計算機不直接參與控制過程。     操作指導控制系統(OGC)，操作指導控制系統是基于數據采集系統的一種開環結構。計算機根據采集到的數據以及工藝要求進行最優化計算，計算出的最優操作條件，并不直接輸出控制被控對象，而是顯示或打印出來，操作人員據此去改變各個控制器的給定值或操作執行器，以達到操作指導的作用。它相當于模擬儀表控制系統的手動與半自動工作狀態。OGC系統的優點是結構簡單，控制靈活和安全。缺點是要由人工操作，速度受到限制，不能同時控制多個回路。     直接數字控制系統(DDC)，DDC系統是用一臺計算機不僅完成對多個被控參數的數據采集，而且能按一定的控制規律進行實時決策，并通過過程輸出通道發出控制信號，實現對生產過程的閉環控制，為了操作方便，DDC系統還配置一個包括給定、顯示、報警等功能的操作控制臺。DDC系統中的一臺計算機不僅完全取代了多個模擬調節器，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各種各樣的復雜控制。     監督計算機控制系統（SCC），監督計算機控制系統即SCC是OGC系統與常規儀表控制系統或與DDC系統綜合而成的兩級系統。顯然，這屬于計算機在線最優控制的一種形式。當上位機出現故障時，可由下位機獨立完成控制。下位機直接參與生產過程控制，要求其實時性好，可靠性高和抗干擾能力強；而上位機承擔高級控制與管理任務，應配置數據處理能力強，存儲容量大的高檔計算機。 　 分散控制系統（dcs），分散控制系統--是以微處理器為基礎，借助于計算機網絡對生產過程進行集中管理和分散控制的先進計算機控制系統。由于早期開發的分散控制系統在體系結構上具有分散式系統的特征，因此國外將該類系統取名為分散控制系統，國內也有人將其稱為集散型控制系統，或者是分布式控制系統。分散控制系統簡稱為DCS。DCS 采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協調的設計原則。    現場總線控制系統（FCS），現場總線控制系統即FCS--是新一代分布式控制結構。該系統改進了DCS成本高和由于各廠商的產品通信標準不統一而造成的不能互聯等弱點，采用集管理控制功能于一身的工作站與現場總線智能儀表的二層結構模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型現場儀表中去，形成一個徹底的分散控制模式。每個現場儀表(例如變送器、執行器)都作為一個智能節點，都帶CPU單元，可分別獨立完成測量、校正、調節、診斷等功能，靠網絡協議把它們連接在一起統籌工作。

1.3 換熱站計算機監控系統的要求

      根據用戶的熱負荷來進行按需供熱以及保證系統安全高效的運行，是換熱站計算機監控系統必須實現的兩個基本目標。為了實現這兩個基本目標，我們對換熱站的計算機監控系統由下面四個具體的要求：
    （1）二次熱網管道內的供回水溫度必須可以隨著實時采集的室外溫度進行可調節的變化。用戶的熱負荷一般是隨著天氣的變化而改變的，當室外溫度發生變化后，集中供熱系統的二次熱網管道內的供回水溫度發生相應的變化，進而影響一次熱網管道的回水溫度，從而實現集中供熱系統按照用戶的熱負荷進行實時控制。
   （2）當室外溫度變化不大時，二次熱網管道內的供水溫度須保持恒定。當天氣條件比較穩定，室外溫度維持在一個相對穩定的數值時，一次熱網管道內的水流量進行調節發生變化的情況下，二次熱網管道內的供水溫度就會隨著變化。此時二次熱網管道內的供水溫度沒有保持恒定，因此我們需要可以實現一次熱網流量和二次熱網供水溫度相互獨立的控制策略。
   （3）當室外溫度變化不大時，二次熱網管道內的回水溫度須保持恒定。根據換熱站的散熱量與二次熱網管道內供回水溫差的正比關系，二次熱網管道內的回水溫度非常直觀的反應了整個換熱站系統的運行效率，因此當二次熱網管道內的供水溫度不變，且二次熱網管道內的供回水溫差保持恒定時，我們也要求二次熱網管道內的回水溫度保持恒定。
   （4）保證二次熱網管道內的恒定壓力采集點壓力穩定。保證二次熱網管道內的恒定壓力采集點壓力穩定是集中供熱系統運行穩定的標志，當二次熱網管道內的恒定壓力采集點壓力值波動較大時，證明二次熱網管道運行工況已經發生異常情況，此時整個系統就無法保證二次熱網的供回水溫度以及流量的穩定性。

 本文小結

     本文的首先闡述了計算機監控系統的基本概念，及計算機監控系統的特點及分類，并將計算機監控系統引入集中供熱系統，并促進集中供熱系統的自動化、智能化。通過對計算機監控系統的應用及更專業的控制要求，使得集中供熱系統更加先進、節能、人性化。