動力設備自動控製係統
公用動力設備是工業企業、工業園區以及大型公共建築物正常運營必配的機電基礎設施，負責為生產過程提供動力能源保障和適宜的建築環境，同時也是重點耗能設備。動力設備集中控製係統采取“分散控製、集中管理、綜合監控”方式，實現公用動力設備自動化運行、節能控製、故障診斷和遠程集中管理，是企業維持正常運營和節能減排的重要支撐性係統之一。
動力設備集中控製係統基於成熟的自控技術和工業互聯網技術，為分散的公用動力設備配置現場自控係統，並通過工業級自控網絡實現數據通訊、係統集成和集中管理。根據不同的應用場合和用戶需求，自控係統現場控製站可選擇工業級PLC控製器和樓宇級DDC控製器。
本公司提供的動力設備集中控製係統的控製對象包括：中央空調係統、製冷係統、鍋爐熱力站、空壓站、真空站、除塵係統、給排水係統、照明係統等。
動力設備集中管理層主要由操作員站（上位機）、SCADA數采服務器、工程師站、實時數據庫服務器、監控組態軟件等組成，實現各動力設備子係統的運行參數監測、設定值參數調整、故障監測、遠程啟停操作、通訊集成、報表報告管理等功能。
操作員站為各動力設備子係統提供操作管理人機界麵，包括動力設備和係統工藝流程圖顯示、平麵圖顯示、故障報警顯示、趨勢圖顯示、參數設定值調整、設備遠程啟停控製、日曆表規劃、報表、報告等功能。工程師站為授權工程師提供軟件程序修改、重新組態等功能。
集中監控層采用C/S與B/S相結合的模式。C/S模式下，通過多台操作員站（上位機），由操作人員負責監控管理各動力設備子係統的設備運行。B/S模式下，係統對外提供WEB發布功能，允許授權用戶在全廠網絡連接到的任何地方查看各動力設備子係統的過程參數、流程圖形和統計分析數據。
1. 動態流程圖監控界麵
在監控上位機以全中文3D圖形界麵監控各動力子係統主設備、輔聯設備、電機、管道、電控閥等器件的當前運行狀態和運行參數。動態顯示係統流程及單台主機、輔聯設備的模擬運行畫麵，按設備工藝流程將單台主機設備、輔聯設備的實時運行狀態和各測控點實時參數進行顯示，數據刷新時間按“秒”級設計（可調）。根據底層設備控製係統監控點的設置，界麵上顯示參數包括：
係統實時運行參數：空氣溫濕度、管道溫度、壓力、壓差、流量、液位、調節閥開度、風機或電機運行頻率、變頻器內部通訊集成參數等；
設備實時運行狀態：以動畫形式顯示被控設備主機設備、輔聯設備、管道氣流或水（汽）流等運行狀態。
設備運行故障：以顏色、文本等顯示被控設備主機設備和輔聯設備的故障信息（故障位置、故障原因等），提醒運維人員及時對設備維修。
參數設定值修改：流程圖界麵為授權操作人員提供參數設定值修改功能，包括空氣溫濕度設定值，管道溫度、壓力、流量設定值等。設定值可預設上下限閾值範圍。
設備遠程啟停控製：流程圖界麵為授權操作人員提供設備遠程啟停控製功能，並預設安全聯鎖啟停順序。
流程圖監控界麵可根據操作員角色、管理權限進行定製化人機界麵設計，讓操作人員、管理人員、維護人員及時了解不同崗位職責所關注的監控內容。
2. 參數趨勢圖管理
操作員站對各動力子係統的設備運行參數以趨勢圖、棒圖等形式顯示。根據相互關聯的運行參數分析係統能效狀態、故障征兆，建立係統預警和預防性維護機製。
實時趨勢圖：實時顯示各工藝參數的變化趨勢，如流量、溫度、濕度、壓力、電流、頻率、液位、調節閥開度等，有助運行操作人員和管理人員實時掌握生產工藝參數變化情況。
曆史趨勢圖：選擇顯示參數設定保存時間內任一時間段的變化趨勢。
棒圖：以柱狀圖將參數SP（設定值）和PV（反饋值）形象的顯示出來，並可根據實際需要在允許的範圍內調節SP值。
3. 故障報警管理功能
設備故障及有關參數超限診斷和報警、網絡（總線、節點、器件）故障診斷及報警，發出聲光報警和中文信息提示，報出機組名稱、編號、位置、設備發生故障日期、時間等。
報警級別管理：根據報警內容嚴重程度，按人身安全、事故、故障、預警、提示等級區別對待，通過不同顏色、報警提示音等加以區別。
實時報警管理：以自動彈出報警窗口、置頂報警摘要條閃爍等形式實時顯示當前出現的報警信息，定位報警日期、時間、地點、內容描述、確認情況和值班班次等內容。故障報表可打印，供檢修人員參考，以加強生產安全性並提高設備利用率。
曆史報警管理：主要歸檔記錄設定時間內的所有報警信息，以備查看分析。
製冷站為生產工房、辦公樓宇的中央空調末端機組提供集中冷源，冷凍供回水溫度一般為7℃/12℃。隨著生產車間負荷和室外氣象參數的變化，以及室內溫濕度設定值的調整，製冷站的冷水機組運行台數、冷凍水流量、冷凍供水溫度應進行自動化調節，以滿足空調末端係統對空氣進行降溫、除濕的工藝要求，並最大限度地節省製冷站的運行能耗。
製冷站自控係統在本地配置PLC控製站和現場觸摸屏，PLC控製站和現場觸摸屏就近接入動力設備集控係統主幹環網上的網絡交換機。製冷站PLC控製櫃內配置設備層交換機，製冷站內的水泵、冷卻塔風機變頻器通過PROFINET接口接入設備層交換機，實現與PLC控製站聯網運行。PLC控製站配置ModBus-RTU通訊模塊，實現與冷水機組自帶控製器通訊集成。
1. 監測功能及數據采集
每台冷水機組冷凍供回水溫度、流量、壓力監測；
製冷站分集水器溫度、壓力監測；
製冷站分集水器上各供回水支路上溫度、壓力、流量監測；
每台冷水機組冷卻供回水溫度、流量、壓力監測；
製冷站冷卻水總管上供回水溫度、壓力監測；
室外大氣溫濕度參數監測；
每台冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風扇運行狀態及故障狀態監測；
冷卻塔水池或集中回水箱液位監測；
每台冷水機組冷凍水、冷卻水回路電動蝶閥開度監測；
製冷站分集水器旁通電動調節閥開度監測；
製冷站冷卻水回路旁濾器壓差狀態監測；
冷卻塔補水電動調節閥開度監測；
製冷站自控係統網絡結構示意圖
2. 通訊集成
與每台冷水機組自帶控製器（ModBus-RTU等）通訊集成，讀取冷水機組內部運行參數，並實現冷凍供水溫度再設定功能。冷水機組內部運行參數包括：蒸發溫度和壓力、冷凝溫度和壓力、油槽溫度和油泵壓差、壓縮機馬達電流/電壓和電流百分比、機組運行時間和啟停次數、機組運行故障信息等；
與冷凍泵、冷卻泵變頻器通訊集成，讀取變頻器內部運行參數，並實現水泵變頻控製。變頻器內部運行參數包括：電流、電壓、頻率、功率、功率因數、累計消耗電能、單位時間能耗、累計運行時間、上電次數、散熱器溫度、轉矩、加減速時間、本地遠程狀態、故障信息等；
與製冷站流量計（ProfiBus-PA/DP、ModBus-RTU等）通訊集成，實時監測、顯示每台流量計的瞬時流量、累計流量等參數。
3. 控製功能
製冷站主機設備及輔聯設備按正確的邏輯順序自動啟停控製：開機時，先啟動冷凍水和冷卻水回路設備（水泵、電動蝶閥、冷卻塔風扇等），再啟動冷水機組；停機時，先停冷水機組，再停
冷凍水和冷卻水回路設備；
冷水機組運行台數節能群控：根據空調末端側負荷實際需求及預測需求，自動投入冷水機組運行台數，保證每台冷水機組在最佳能效範圍內運行；
冷水機組變冷凍供水溫度節能控製：根據空調末端側對除濕露點溫度需求或降溫需求，自動調節冷水機組的冷凍供水溫度（質調節），實現冷水機組運行節能；
冷凍水泵變頻變流量節能控製：根據空調末端側最遠端表冷器供回水壓差需求或製冷站供回水總管溫差需求，自動調節冷凍水泵的運行頻率。通過分集水器旁通電動閥調節，保證冷水機組最低流量需求；
冷卻水泵、冷卻塔風扇變頻節能控製：在冷水機組獲取最優冷凝溫度的範圍內，自動調節冷凍水泵、冷卻塔風扇的運行頻率。
冷卻水係統或冷卻塔水池液位恒壓補水自動控製；
備用設備自動投入控製：當值班設備（如：水泵、冷水機組）出現故障後，備用設備自動投入運行。
4. 集中製冷站監控原理圖
5. 地源熱泵係統監控原理圖
鍋爐熱力站為工藝生產線、中央空調末端機組提供集中熱源（蒸汽或高溫熱水）和餘熱回收係統，是企業能源管理體係中節能降耗工作重點關注的對象之一。目前，工業企業一般采用燃氣式蒸汽鍋爐，鍋爐額定供汽壓力一般為1.0～1.3MPa。鍋爐自帶智能控製係統，對鍋爐本體的燃燒係統、給水係統、煙氣排放餘熱回收裝置進行自動化調節。
鍋爐熱力站控製係統主要完成鍋爐及其輔聯設備的節能均衡群控、運行狀態及故障狀態監測、能源計量等功能。鍋爐熱力站的被控輔聯設備一般包括：除氧器（含除氧水增壓泵、除氧軟水泵）、軟水供水係統（含軟水箱、軟水泵）、蒸汽凝結水回收機組、凝結水除鐵機組、定期和連續排汙擴容器、汽水換熱機組等設備及相關管路閥門。
1. 監測功能及數據采集
每台鍋爐的蒸汽流量、天然氣耗量、給水流量監測；
每台鍋爐的蒸汽溫度、壓力監測；
鍋爐熱力站分汽缸各供汽支路上壓力、流量監測；
除氧器溫度、壓力、液位及電動調節閥開度監測；
增壓泵母管壓力、運行狀態及故障狀態監測；
蒸汽凝結水回水總管溫度、壓力、流量監測；
汽水換熱機組一次及二次側溫度、壓力及一次側電動調節閥開度監測；
軟水箱液位、補水電動調節閥開度監測；
鍋爐熱力站自來水、軟水總管流量監測；
每台鍋爐煙氣排放在線監測係統（上傳至當地環保部門）
鍋爐熱力站自控係統網絡結構示意圖
2. 通訊集成
與每台鍋爐自帶控製器（ModBus-RTU、ProfiNet等）通訊集成，讀取鍋爐本體內部運行參數。鍋爐本體內部運行參數包括：蒸汽壓力、液位、電導率、鍋爐排煙溫度、給水量、產汽量、進爐天然氣溫度、故障信息；鍋爐給水泵的手動/自動模式、運行狀態、故障信息；鍋爐連續給水調節閥的開度狀態等。
與除氧軟化水恒壓供水機組自帶控製器通訊集成，采集的參數包括：軟化水供水總管壓力、供水泵的運行狀態、故障信息等，並與供水泵的變頻器進行通訊集成。
與凝結水餘熱回收機組自帶控製器通訊集成，采集的參數包括：罐體液位、水泵運行狀態、變頻電機頻率、水溫、壓力、故障信息等。
與凝結水除鐵機組自帶控製器通訊集成，采集的參數包括：水泵運行狀態、電動調節閥開度、壓力、溫度、含鐵濃度、故障信息等。
3. 控製功能
3.1 鍋爐及輔機設備的安全聯動控製
根據分汽缸壓力、流量參數綜合判斷確定鍋爐負荷及投切，實現鍋爐的輪流均衡運行和 自動切換；當鍋爐發生故障時，備用鍋爐自動投入功能。
鍋爐控製係統與消防報警、燃氣報警等係統實現安全聯鎖控製和報警控製。
通過控製係統監測的供汽壓力、鍋爐液位、除氧器液位、天然氣濃度、管道閥門狀態等鍋爐安全運行的保障條件，不滿足安全條件時，係統自動切換為禁止狀態；不滿足運行條件時，按係統安全聯鎖啟停控製；鍋爐控製係統內的軟水處理係統、除氧器係統、連續排汙係統、定時排汙係統自動控製，直至滿足鍋爐啟動的前提條件。
3.2 鍋爐及輔機設備最優節能群控
鍋爐房本地控製中心
每台鍋爐的供汽壓力由鍋爐本體自帶控製器完成，並實現燃氣自動檢漏、爐膛煙氣自動吹掃、燃氣電動閥門和風門開度、風機變頻等自動控製和安全運行，以達到燃燒的最佳效果。鍋爐供給壓力超過設定值後，燃燒器自動停止燃燒，鍋爐其他自動控製功能仍舊處於正常工作狀態，對鍋爐進行控製和保護，鍋爐繼續供汽，當蒸汽壓力低於設定值後，燃燒自動啟動，鍋爐正常運行、供汽。
鍋爐節能群控運算圖
針對多台台鍋爐係統群控，製定如下節能群控策略：
1）蒸汽壓力供應需求（Header Pressure Demand，HPD）
HPD = f（△P）
式中：△P=高壓分汽缸實測壓力－高壓分汽缸壓力設定值
2）蒸汽流量供應需求（Steam Consumption Demand，SCD）
SCD = 蒸汽供應實測總流量÷四台鍋爐額定設計總流量
3）蒸汽供應需求（Overall Demand）：取HPD、SCD中的最大值。
4）鍋爐節能群控運算圖（以四台鍋爐群控為案例）：
圖中：
P1—1號鍋爐滿負荷時對應的蒸汽需求值（Demand），取40%
P2—2號鍋爐滿負荷時對應的蒸汽需求值（Demand），取60%
P3—3號鍋爐滿負荷時對應的蒸汽需求值（Demand），取80%
P4—4號鍋爐滿負荷時對應的蒸汽需求值（Demand），取100%
L2—1號鍋爐滿負荷時，2號鍋爐未投入運行的餘量，取40%
L3—2號鍋爐滿負荷時，3號鍋爐未投入運行的餘量，取40%
L4—3號鍋爐滿負荷時，4號鍋爐未投入運行的餘量，取40%
A1、A2、A3、A4：1至4號鍋爐投入運行時對應的蒸汽需求臨界值（Demand）。
其中A1=0，A2/A3/A4計算公式如下：
4. 鍋爐熱力站監控原理圖
壓縮空氣是現代工業生產過程中一種必不可少的動力能源。空壓係統一般由空壓機組、幹燥機組、儲氣罐、分氣缸、冷卻水係統等組成。隨著生產車間對壓縮空氣壓力和流量的需求變化，空壓站的空壓機組、幹燥機組的運行台數、或運行頻率應進行自動化調節，以滿足生產末端對壓縮空氣壓力和流量的工藝要求，並最大限度地節省空壓站的運行能耗。
空壓站自控係統在本地配置PLC控製站和現場觸摸屏，將其就近接入動力設備集控係統主幹環網上的網絡交換機。空壓站PLC控製櫃內配置設備層交換機，空壓站內的水泵、冷卻塔風機變頻器通過PROFINET接口接入設備層交換機，實現與PLC控製站聯網運行。PLC控製站配置ModBus-RTU通訊模塊，實現與空壓機組、幹燥機組自帶控製器通訊集成。
1. 監測功能及數據采集
每台空壓機組供氣管（或儲氣罐）的壓力、流量監測；
每台幹燥機組出口空氣露點溫度監測；
每台空壓機組出口管路上粗過濾器、每台幹燥機組出口管路上精過濾器壓差監測；
每台空壓機組、幹燥機組供氣管路上電動蝶閥開度監測；
冷卻供回水總管上溫度、壓力，以及每台空壓機組冷卻出水溫度監測；
每台空壓機組、幹燥機組冷卻水回路電動蝶閥開度監測；
每台空壓機組、幹燥機組、冷卻水泵、冷卻塔風扇運行狀態及故障狀態監測；
冷卻塔水池或集中回水箱液位監測；
冷卻塔補水電動調節閥開度監測；
空壓站自控係統網絡結構示意圖
2. 通訊集成
與每台空壓機組、幹燥機組自帶控製器（ModBus-RTU等）通訊集成，讀取空壓機組、幹燥機組內部運行參數，並實現供氣壓力再設定功能。
與冷卻泵變頻器通訊集成，讀取變頻器內部運行參數，並實現水泵變頻控製。變頻器內部運行參數包括：電流、電壓、頻率、功率、功率因數、累計消耗電能、單位時間能耗、累計運行時間、上電次數、散熱器溫度、轉矩、加減速時間、本地遠程狀態、故障信息等；
與冷卻泵變頻器通訊集成，讀取變頻器內部運行參數，並實現水泵變頻控製。變頻器內部運行參數包括：電流、電壓、頻率、功率、功率因數、累計消耗電能、單位時間能耗、累計運行時間、上電次數、散熱器溫度、轉矩、加減速時間、本地遠程狀態、故障信息等；
3. 控製功能
空壓機組、幹燥機組及輔聯設備安全聯動控製：開機時，先啟動冷卻水回路設備（水泵、電動蝶閥、冷卻塔風扇等），再啟動幹燥機組，最後啟動空壓機組；停機時，先停空壓機組，再停幹
燥機組，最後停止冷卻水泵和冷卻水回路設備；
空壓機組運行台數節能群控：建立空壓機組群控模型，實現定頻空壓機組智能精準啟停、加卸載以及變頻空壓機運行頻率調整，保證空壓分氣缸壓力恒定，滿足生產車間用氣需要，實現空壓站節能控製；
冷卻水係統自動控製功能：
冷卻塔節能啟停控製：當空壓冷卻塔出水溫度低於設定值時，冷卻塔風機停止運轉；當水溫高於設定值時，冷卻塔風機開始運轉。
冷卻水泵變頻節能控製：根據冷卻水係統供水壓力對冷卻水泵進行變頻節能控製。當空壓機台數減少時，對應空壓機的冷卻水電動蝶閥關閉，水泵出口總管壓力上升，根據設定壓力對冷卻水泵進行變頻控製。
循環冷卻水箱液位控製及故障報警：根據循環冷水箱液位監測，實現儲水箱自動補水功能。當水箱液位低於下限時，自動打開補水閥；當水箱液位高於上限時，關閉補水閥。
4. 空壓站監控原理圖
真空站為工業企業生產過程提供負壓空氣，是企業動力能源實施中常見耗能設備。真空係統一般由水環式真空泵、真空緩衝罐、冷卻循環水泵、冷卻塔、旋風除塵器等組成。隨著生產車間對負壓空氣壓力和流量的需求變化，真空站的真空泵運行台數、或運行頻率應進行自動化調節，以滿足生產末端對負壓空氣壓力和流量的工藝要求，並最大限度地節省真空站的運行能耗。
真空站自控係統在本地配置PLC控製站和現場觸摸屏，PLC控製站和現場觸摸屏就近接入動力設備集控係統主幹環網上的網絡交換機。真空站PLC控製櫃內配置設備層交換機，真空站內的真空泵、冷卻水泵、冷卻塔風機變頻器通過PROFINET接口接入設備層交換機，實現與PLC控製站聯網運行。
1. 監測功能及數據采集
每台真空泵進氣管的壓力、流量監測；
真空站負壓總管、緩衝罐的壓力，以及旋風除塵器的壓差監測；
真空站負壓總管流量監測；
每台真空泵進出氣管路上電動蝶閥開度監測；
冷卻供回水總管上溫度、壓力，以及每台真空泵冷卻出水溫度監測；
每台真空泵冷卻水回路電動蝶閥開度監測；
每台真空泵、冷卻水泵、冷卻塔風扇運行狀態及故障狀態監測；
冷卻塔水池或集中回水箱液位監測；
冷卻塔補水電動調節閥開度監測；
2. 通訊集成
與真空泵、冷卻泵、冷卻塔風扇變頻器通訊集成，讀取變頻器內部運行參數，並實現水泵變頻控製。變頻器內部運行參數包括：電流、電壓、頻率、功率、功率因數、累計消耗電能、單位時間能耗、累計運行時間、上電次數、散熱器溫度、轉矩、加減速時間、本地遠程狀態、故障信息等；
與真空站流量計（ProfiBus-PA/DP、ModBus-RTU等）通訊集成，實時監測、顯示每台流量計的瞬時流量、累計流量等參數。
3. 控製功能
真空泵及輔聯設備安全聯動控製：開機時，先啟動冷卻水回路設備（水泵、電動蝶閥、冷卻塔風扇等），再啟動真空泵；停機時，先停真空泵，最後停止冷卻水泵和冷卻水回路設備；
真空泵運行台數節能群控：建立真空泵群控模型，實現真空泵精準啟停、加卸載以及變頻節能調節，保證負壓緩衝罐壓力恒定，滿足生產車間用氣需要，實現真空站節能控製；
冷卻水係統自動控製功能：
冷卻塔節能啟停控製：空壓冷卻塔出水溫度低於設定值時，冷卻塔風機停止運轉；當水溫高於設定值時，冷卻塔風機開始運轉。
冷卻水泵變頻節能控製：根據冷卻水係統供水壓力對冷卻水泵進行變頻節能控製。當真空泵台數減少時，對應真空泵冷卻水電動蝶閥關閉，水泵出口總管壓力上升，根據設定壓力對冷卻水泵進行變頻控製。
循環冷卻水箱液位控製及故障報警：根據循環冷水箱液位監測，實現儲水箱自動補水功能。當水箱液位低於下限時，自動打開補水閥；當水箱液位高於上限時，關閉補水閥。
4. 真空站監控原理圖
