熱網監控系統的設計研究

本文提出了一種基于ADSL的熱網監控系統解決方案。整個系統由監控中心和若干個控制節點組成。控制節點采集現場的溫度、流量、壓力等數據，并通過ADSL傳送到遠程監控中心，監控中心通過WEB方式顯示工況數據并向控制節點發送指令，調整供熱平衡。論文討論了實現該系統的關鍵技術，并給出了控制節點的軟硬件系統詳細設計。

1. 基于ADSL的熱網監控系統總體結構

1.1 概述

城市熱網監測與控制是城市市政工程的重要組成部分，熱網監控制系統的控制節點一般在地理上分布范圍較廣，很難用一種接入方式實現所有節點的接入。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的熱網監控系統，以ADSL方式實現節點的通信接入。其優點是：(1)接入方便，一般城市中有電話網絡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控的實時性；(3)投資小；(4)運行成本低。

1.2 系統總體結構

基于ADSL的熱網監控系統的總體結構如圖1所示，一個典型的熱網監控系統由一個監控中心和多個控制節點組成。監控服務器負責與各控制節點的數據通信，接收控制節點發出的工況數據，并根據熱網的的運行狀況，向控制節點發送指令，調整整個熱網的供熱平衡。數據庫服務器保存當日及歷史工況數據，為數據分析和決策提供支持；WEB服務器顯示熱網運行工況監控界面。

熱力公司下設有若干個熱力站，一般每個熱力站設置一個控制節點，控制節點由嵌入式系統構成。控制節點一方面通過傳感器采集現場的供/回水溫度、流量、壓力等工況數據，并控制電磁閥、調節閥和變頻器，調節現場運行參數；另一方面，通過ADSL Modem 接入Internet，將工況數據通過Internet傳送到監控中心，控制節點也可以接收監控中心發出的指令，調整現場工況運行參數。[2]


圖1:基于ADSL的熱網監控系統結構圖

2 .基于ADSL的熱網監控系統關鍵技術

基于ADSL的熱網監控系統中有效地利用了控制技術、計算機技術和通信技術領域的最新成果，采用的關鍵技術有：

2.1監控中心基于WEBGIS的監控界面的設計與實現

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

2.2網絡控制系統控制算法的研究

熱網遠程監控系統是一個網絡控制系統（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學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驗來完成熱網平衡的調整，研究一個適合熱網監控的控制算法，并充分考慮的環境溫度的影響，對節約能源，提高供熱效率意義重大。網絡控制系統中由于帶寬的限制會產生時延，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控制節點軟、硬件系統設計

熱力站控制節點如果采用工控機、PLC等技術實現的話，控制節點的成本較高。采用嵌入式系統設計實現控制節點將降低整個系統的造價，有利于大規模推廣。

2.4 VPN協議的設計與實現

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