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1 案例背景

熱源站是城市供熱節點的熱源場所。它的作用是根據熱網工況和不同的條件，調節熱源，向熱用戶系統分配熱量以滿足用戶采暖需求，并根據需要，進行集中計量、檢測供熱熱媒的參數和數量。

控制、調節設備的完善程度是熱源站技術水平高低的重要標志。由于熱負荷具有隨生產工藝過程、季節和時間變化的特點，只有采用自動調節才能使供熱介質的數量和參數適應用戶采暖需要，避免浪費。

青島某熱源站包括一套部署在監控室管網控制系統以及兩個鍋爐自身的控制系統。管網控制系統由一套小型PLC及電氣柜HMI組成，該電氣柜HMI與小型PLC負責熱源站整體工藝狀態顯示，并按照管網供水、回水側溫度、壓力等參數，自動調節管網補水泵、循環水泵。此外，兩個鍋爐本身的PLC控制器以及HMI負責本鍋爐自身的控制調節。

熱源站的工程師表示：“目前監控室的小型PLC無法接入兩個鍋爐的控制器，導致監控室HMI無法實現監視鍋爐數據，無法從監控室HMI控制鍋爐，運行時工程師需要到三個地方分別監視、操作三個HMI，極不方便?！?/p>

此外，作為熱源站運營方，燃氣公司希望能夠采集到運行數據，包括管網數據以及鍋爐狀態數據，而管網控制系統的PLC無法接入兩個鍋爐的控制器以及熱源站的電表和熱表，如果要采集整個熱源站數據則需要部署多個網關設備，耗費較大。

2 案例實施

如何能夠解決城市熱源站的痛點，東土科技打造全新以工業服務器為核心的控制系統方案，進行智慧升級。該控制系統主要解決這些問題：

（1）提供一套統一操作員站環境，該操作員站不僅可以實現對供熱管網參數、設備的監視控制，還能對兩個鍋爐進行狀態監視和節能控制；

（2）提供歷史數據存儲功能，可支持一個供暖季的運行數據保存到本地；

（3）提供統一對外數據接口，將鍋爐數據及熱源站管網的設備狀態數據以及管網參數數據外發給燃氣公司的邊緣應用以及數據上云；

為了解決這些問題，其重點是要統一接入現場的數據，包括熱源站管網的設備狀態數據、鍋爐數據以及熱源站電表、熱表數據。并基于整體的現場數據；

（4）進行統一的節能策略運算；

（5）提供統一的監視環境；

（6）提供統一的數據存儲以及對外數據接口。

圖1 硬件系統架構圖

該控制系統外部接口包括：

（1）通過Modbus接入兩個鍋爐控制器、電表、熱表；

（2）通過MQTT將現場數據外發客戶云平臺；

（3）通過遠程I/O的方式連接現場傳感器及水泵、變頻器、風機等設備，取代原監控室管網控制系統的小型PLC；

（4）外接一套顯示屏及鼠標鍵盤提供了操作員站人機交互環境。

工業服務器預裝具備高實時虛擬化特性的Intewell-H工業互聯網邊緣操作系統，提供了若干個實時系統可用于執行虛擬PLC控制任務以及一個非實時系統可用于執行SCADA任務和邊緣計算任務。

圖2 軟件系統架構圖

工業服務器的虛擬PLC完全替代監控室的原小型PLC，通過遠程I/O系統，完成管網設備的控制、傳感器數據采集功能。同時，虛擬PLC接入兩個鍋爐控制器、熱源站的電表以及熱表，在虛擬PLC內運行熱源站的氣候節能以及時間節能算法，并下發給鍋爐控制器實現對鍋爐的節能調節。

東土科技提供完全自主研發的、符合IEC61131-3規范的工業控制編程平臺MaVIEW，以支持工程人員對進行虛擬PLC控制編程。MaVIEW支持常見的IEC61131-3編程語言，支持圖形化拖拽式編程，支持對工業服務器進行虛擬化配置。

Intewell-H的非實時系統預裝KySCADA應用，通過KySCADA的數據庫整合整個熱源站控制系統包括管網設備數據、鍋爐數據以及電表熱表數據，統一了數據的存儲和訪問接口。

Intewell-H提供了開放的編程生態。非實時系統支持常見的Windows/Linux，提供支持C/C++的針對操作系統的開發軟件以支持用戶深度開發應用，KySCADA數據庫提供了數據讀寫的API，支持客戶基于應用需要開發數據清理、預測性維護等邊緣計算應用。

工業服務器提供了豐富的接口和協議。集成常見的Modbus RTU、Modbus TCP、CANopen、EtherCAT、MQTT等協議，輕松對接現場各種專用設備。非實時系統提供了KyGate協議網關軟件，將KySCADA數據庫的數據通過KyGate實現與客戶云平臺對接。

3 效益分析

（1）節能。從前每個鍋爐自己的節能策略單獨設置，且鍋爐的節能策略無法與管網的水泵等設備實現綜合自動控制。我們將鍋爐控制器數據與管網設備參數統一接入到一個虛擬PLC，建立統一的節能策略，可以根據環境溫度以及所處時間段，自動調節鍋爐燃燒溫度以及水泵頻率，實現實時節能。

（2）解放人力。提供了統一的人機監控界面，工程師無需跑三地操作三個HMI。

（3）遠程監視。由工業服務器統一采集了鍋爐房整體工藝的參數狀態以及鍋爐控制器的參數狀態，提供了統一數據庫接口，實現按需將采集數據統一上云，運營方可遠程對熱源站的運行狀態進行監視以及運營計量。

4 案例總結

該項目結合了燃氣公司的節能理念，建立了一種以工業服務器為核心的控制系統，是行業內首家實現實時控制、人機交互、邊緣計算、物聯上云于一體的落地案例。

采用一臺工業服務器替代了傳統熱源站方案的PLC控制器、SCADA服務器、操作員站工控機、工程師站工控機、邊緣計算工控機、邊緣網關多臺設備，可以給熱源站控制系統搭建帶來更低的設備采購成本、更少監控系統占地面積、更短的工程施工周期。這一全新的控制系統方案將引領行業內眾多供熱企業向智能化升級。

摘自《自動化博覽》2020年3月刊