一、 工程概况
1、总体技术方案
项目所依据的技术原理: 能量守恒原理
主要技术与性能指标: 要对注水站站进行自动化节能改造，实现无人的自动职守，实现监控中心对注水站的实时的情况进行了解控制和报警。 能够实现注水井单井分压注水，消除节流损失，达到节能降耗的目的。
按创新点分条目描述创新内容；
目前常规注水系统在注水站采用注水泵集中升压，一座注水站一般管辖注水井10到50口，为了满足系统中压力最高的注水井注水需要，注水站出站压力一般高出压力最高的注水井注入压力的0.5到1.0MPa，由于系统中注水井压力相差比较大，压力低的注水井需要通过调节阀控制注入压力，存在节流损失。经过测算，1m3水节流11.0MPa损失电能0.34kWh。以采油八厂为例，全厂全年注水量580×104m3，平均节流损失5.85 MPa，全年多耗电1163×104 kWh。研究开发单井增压装置，采用低压供水，单井增压的方式，满足不同注水井的注水压力需要，避免电能浪费。
2. 技术要求：
要有监控中心和现场控制器对注水站管辖的每口注水井的压力、流量、电机过压保护（欠压、过夺、缺相）监控和控制（如：注水站到每个注水井的长度不一样，终端的压力和流量就会有所差别，这样就需要数据换算用控制器控制每口注水井的出水压力、流量保证终端的压力和流量保持一致达到节能的效果）。并把数据传回到监控中心保留。
二、监控内容
建立监控调度中心，实现对所有注水站的运行参数远程监测、远程控制及参数设定。
采用CDMA、GPRS、宽带ADSL通讯网络实现各个注水站和监控调度中心数据通讯。
各注水站监控内容如下：
注水站液位高低补水和泄水的连锁保护（根据用户要求）
各注水井的出水压力、流量
根据注水井的出水压力、流量数据（反馈及控制）
三、监控系统简述
一个完整的注水站监控系统如图1所示，在物理层面上它主要由四部分组成：监控中心、通讯网络、现场监控设备、一次仪表；在软件层面上主要包括三部分：现场控制软件、通讯软件、中央监控调度软件。
注水站监控系统采用分布式计算机系统结构。有两种不同的思路和方案：一种是采用中央集中式监控方法；另一种是采用中央与本地分工协作的监控方法。前一种方法是中央独揽大权，注水站机组只有测试仪表和执行机构，它的功能只是参数和指令的上传下达，注水站现场控制器不做自动调控的决策功能。这种方法对中央监控软件的功能要求比较高，例如，当中央调度室发生通讯故障的时候，整个热网的调节就全部失灵了。第二种方法，即中央与本地分工协作监控方法，其出水压力的自动调节决策功能完全“下放”给本地的注水站机组，中央控制室只负责全网参数的监视以及总压力、流量的自动调控。这种方法比较灵活，故障率少，容易适应注水站不同建设期的需要。第二种方法概括起来也可以叫做：“中央监测，统一调度，现场控制”。这种方法经过我公司多年的实际工程经验积累，从现场控制硬件设备和控制软件到中央监控软件已经非常成熟，也是我公司极力推荐的系统结构模式。
以下根据监控系统的四部分组成，分别进行介绍。
3.1、中央管理工作站
HOMS5.0热网运行管理软件安装在作为监控中心的服务器上，该服务器将采集现场控制机的数据，监测现场控制机的运行情况并指导操作员进行操作。服务器定期从现场控制机采集数据以保证其数据库不断更新。服务器还向现场控制机发送控制和参数设置指令。操作员从控制中心通过该系统能够方便地得到子站运行的数据并向子站下达指令。
HOMS5.0监控软件是硕人STEC2000可编程控制器监控系统的中央监控软件， 除了具备通用组态软件的功能外，更多的侧重于提供专业性的分析、优化决策功能，基本功能如下：
完善的系统组态：站点、图形、数据、数据库、设备、报警、以及趋势图等功能的组态
优秀的视窗人机交互界面，用户使用更加方便
直观的地图显示功能，以地图的方式根据各注水站的地理位置进行注水站的查找、浏览，实时图形化显示注水站的工艺流程及运行参数。图形界面可以支持拖动、放大、缩小等操作，方便浏览。
动态显示各注水站的工艺参数，监测画面可以显示该站内所有测点数据，包括模拟输入/输出点，数字输入/输出点，并标明每个过程点的文字说明、数值、工程单位等基本属性。
监控中心定时统一发送控制策略给各注水站，并提供一致的室外温度指导注水站的运行调节。当通讯故障时，各注水站采用站内的压力、流量进行调节。
接收来自各现场控制机的事件报警，监控中心可以实时接受来自各注水站的报警信息，并提示操作人员进行报警信息处理。同时记录所有报警信息，形成报警日志，可以方便进行报警信息查找，如下图所示：
根据要求，输出生产报表和管理报表；
收集数据信息建立历史和管理数据库；
实现现场数据远程调用、存储、对过程状态进行显示；
利用局域网、电话拨号实现在任何地点时间采集浏览现场数据，并根据不同权限对现场进行远程控制和调整；
实现热力站数据监测和企业信息管理系统的相互融合。
专业化的分析、统计功能，方便管理者了解系统运行状况
先进的报警管理功能
扩展的历史数据及趋势记录，收集所有采集的数据信息并建立历史数据库，要求显示所有运行参数如压力、流量、等的历史趋势曲线，并可以选择同类参数进行比较分析。
标准和自由格式的报表生成，可形成日报表、周报表、月报表等多种报表格式，并给出所有注水站的重点参数汇总报表，支持报表定制功能。
支持多种用户权限管理，充分保证系统的安全、可靠性，示例如下：
丰富的应用开发环境，根据客户需要，可实现定制和二次开发。
HOMS5.0主要监控画面和历史曲线、报表格式摘录部分实际工程界面如后附各图所示，根据注水站工程的实际情况，进行适当的二次开发即可定制出完全切合自身所需的中央监控系统。
HOMS5.0最主要的特点是完全采用B/S结构设计，支持远程网络访问、远程控制、远程维护，使得公司管理层、运行维护人员不管处于什么地方，只要能通过电话或Internet访问服务器，即可将注水站运行状况了然于胸。
中央管理站服务器的任务应该进行分配。通过计算数据处理的信息总量，在监控中心设置1台数据自动冗余备份的数据库服务器兼网络发布服务器、1台网络通讯服务器，其他根据需要设置操作员站。各注水站由通讯服务器调度，包括对注水站控制器的数据进行采集和控制指令的发送，并将采集到的数据传送到数据库服务器进行数据存贮，并通过网络发布服务器将采集到的数据进行实时发布。
服务器技术性能要求如下：
一、通讯服务器（工控机）
处理器： 奔腾至强 2.4G
内存： 最低512M
驱动器CD-ROM： 50X
硬盘： IDE 80GB
功能键盘+MOUSE, 3.5″软驱
显示器： 17″ 液晶显示器
以太网卡： 1000M
二、数据库服务器（IBM、DELL或HP）
处理器： 奔腾至强2.4G
内存： 1 GB
驱动器CD-ROM： 50X
硬盘： SCSI 72GB*3, RAID 5自动备份系统
功能键盘+MOUSE, 3.5″软驱
彩显卡： 17″液晶
操作系统： Windows 2000 Server
以太网卡： 1000M
3.2、通讯系统
通讯是整个注水站控制系统联络的枢纽，各个注水站、管道监控节点和泵站通过通讯系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度，必须建立连接所有监控点的通讯网络。
随着网络技术的飞速发展，各种虚拟宽带技术已经越来越成熟，从最初的ISDN到ADSL、VPN（虚拟专用网）、VPDN（虚拟拨号专用网），可供用户选择的空间越来越大。硕人的STEC2000控制系统正是看到宽带技术的迅速发展对传统的控制通讯方式（RS485，光纤）带来的冲击，基于最新的宽带技术开发的一款控制设备，STEC2000可以不需要任何附属硬件设备即可直接支持PTSN（公用电话网）、VPDN、ADSL、工业以太网（TCP/IP）。根据当地各种电信运营商提供的服务和价格，业主应根据实用性、经济性原则做出比较分析，下面我们提供四种主要的通讯方案以供参考：
3.2.1 电话拨号
即每个注水站申请一条专用的普通电话线即可，监控中心根据需要适当申请2-5条电话线。该种方式实施最为简单，投资最低，运行费用低，而且通讯线路非常可靠，几乎不会出现线路故障，但实时性较差，10几个热力站站通常30分钟左右可以保证轮巡一遍，同时注水站有故障报警时必须立刻传到监控中心，监控中心也可以发送控制指令直接控制某个注水站的运行参数，现场控制器又可以每隔1-5分钟保存一个历史数据，并在通讯时一次传到监控中心。
3.2.2 ADSL宽带通讯
ADSL是这两年电信运营商推广力度最大的一种通讯解决方案，主要面向个人或企业用户实现在家里高速上网的要求，其通讯速度可以达到512K或1M，完全可以达到实时在线的系统要求，其障碍关键在于运行费用，各地收费价格差异很大。对于企业用户而言，一条ADSL不限时包月费用在200-2000元不等。对于众多的注水站来说，每个注水站申请一条ADSL，监控中心必须申请一条固定IP地址的ADSL（2000元/月）。由于采用Internet通讯技术，数据通讯的安全性需要考虑，附加的好处时，任何能上网的地方原则上都可以访问监控中心，对远程访问、远程维护非常有利。
3.2.3 GPRS移动通讯
随着手机的日益普及，移动通讯网络已经覆盖几乎所有地区，而且GPRS作为第2.5代的通讯技术，其数据通讯能力较强，通讯带宽可以达到与普通电话拨号调制解调器相当的速度，即30Kbps左右，完全能够满足一般的数据通讯速度要求。采用GPRS通讯，通常有两种实施方案。
方案一：移动虚拟网
监控中心：采用一个与计算机连接的GPRS调制解调器，实现监控中心与Internet网络的连接。
各注水站：采用一个GPRS通讯模块，通过移动通讯网络建立Internet网络的连接。
方案二：Internet接入
监控中心：申请申请一路2M宽带专线Intenrnet接入，并要求提供固定IP地址，用户可以提供对外网络发布功能。
各注水站：采用一个GPRS通讯模块，注水站内控制器通过一个GPRS模块实现与Internet的连接。
3.2.4 电话虚拟网络
该种通讯方式仍然是采用普通电话拨号网络，但要求保证一直在线，对于一些大型企业来说比较适合，即企业内部拨号是免费的，虽然注水站非常分散，但要看电信运营商是否愿意提供这种服务，将所有注水站的电话号码绑定在一个虚拟内部网络内，只需要拨后4位或5位电话号码即可，并采用固定包月的收费模式，这样监控中心通过申请与注水站数量相同的电话线路，拨通每个注水站的电话并永远不挂断，从而保证通讯的实时性。该种方案的具体实施较为复杂，主要是和电信商谈判的问题，在有些公司和电信商关系较好的地方，也有不少采用这种方式的。该种方式主要适合于大型厂矿企业内部供热系统，如油田、煤矿企业等。
3.2.5 技术经济比较
综合技术性能比较一览表
电信商支持度 一般 高 高 不支持
3.3、注水站自动控制
3.3.1、控制器简介
STEC2000嵌入式控制器主要由两部分组成：主控制器、彩色液晶显示操作终端。其中主控制器在调试完毕投入运行后，禁止运行人员进行任何操作，出现故障时必须由我公司技术人员或经过我公司培训的系统维护人员进行故障排除。注水站的运行人员对STEC2000控制器的所有操作只能通过液晶显示操作终端进行。其主要功能是对热网各运行参数（压力、流量等）进行实时监控及采集，并根据气象环境和负荷的变化按预先设定的控制策略对网中的泵和调节阀进行自动调节，来实现注水站的完全自动控制，同时通过VPDN、PSTN、ADSL等多种通讯方式与监控中心进行通讯。
STEC2000控制器以嵌入式技术为基础，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式实时LINUX操作系统，集现场采集、显示操作、控制、通讯为一体，可广泛应用于市政（热力、自来水、煤气等）、楼宇自动化（空调、安防等）等领域。STEC2000控制器采用模块化体系结构，根据控制规模选配相应的I/O模块，可以组建几个点到上百个点的现场控制设备，主要技术性能如下：
32位CPU，主频66M，嵌入式实时LINUX操作系统
8M FLASH 内存，16M 外存DOC，512K EEPROM
一个10M以太网接口（RJ45），支持DDN、ADSL连接
一个嵌入式MODEM接口，可接电话线
一个RS232/485接口，可接GPRS通讯模块
支持彩色液晶和键盘的复合接口
8路16位分辨率差分模拟量输入模块
4路16位分辨率模拟量输出模块
12路数字量输入模块，含3路16位计数器输入
8路继电器输出模块
I/O模块隔离电压2500V
STEC2000控制器基本控制功能如下：
采集功能
STEC2000控制器采集温度、压力、热量等一次仪表参数并进行坏数过滤。本控制器支持按用户定义的方式将采集的电流电压数据变换为相应物理量。数据扫描周期可以在0.05-2秒之间进行设定。
存储功能
物理量数据每隔一段时间如1分钟（存储时间间隔可组态设定）保存一次，掉电后不会丢失。具有不小于8M的存储空间，可以保存长达一个采暖季的运行参数。
显示功能
STEC2000控制器支持一个5寸的彩色液晶屏。用户可以其对显示画面和参数进行自由组态，并根据运行需要完成参数的设定。
通讯功能
STEC2000控制器内置Socket Server, 标准串口（9针）、RJ45以太网接口、RJ11电话接口等硬件设施。控制器支持TCP/IP、ModBus、PPP等协议，Soket连接，232/484通讯，以太网通讯，电话拨号通讯及无线通讯连接（GSM、GPRS等）。
自检功能
STEC2000控制器上电后，自动检查主板、外围设备和I/O设备是否正常，如有异常给出报警。
控制功能
STEC2000控制器支持PID控制、逻辑控制、模糊控制等多种控制方式，可通过简单的组态进行选择。控制器还支持用户以脚本语言方式进行二次开发。
控制扫描周期小于200ms（可定义扫描周期）。
故障报警
发生报警事件时，STEC2000控制器会通过相应的通讯方式向上位机报警直至收到上位机的确认信息，报警内容包括：故障发生时间、故障内容、故障参数值（或状态）等信息。同时会在液晶的报警信息栏显示此故障信息，当多个报警存在时，报警信息会滚动显示。
人机交互
用户可以通过STEC2000控制器的键盘进行人机交互：选择控制方式，设定参数值，取消报警等。
Web访问
STEC2000控制器内置Web Server对控制器运行状态进行网页发布，用户可从任何地方通过电话线或以太网等方式登陆浏浏览网页以了解控制器运行情况。本功能受用户密码保护。
远程配置
STEC2000控制器支持远程配置更新和程序控制。例如，用户可以通过电话、以太网等方式与控制器建立连接，然后就如同本地一样对控制器进行组态。本功能受用户密码保护。
灵活配置
1个CPU主控模块最多可以支持8个扩展模块。用户可以根据所要采集数据的类型自由配置I/O模块。
完善的组态功能
STEC2000控制器提供Windows操作平台下运行的可视化图形组态环境以支持数据、控制程序、显示操作、报警、通讯管理、数据存储等各种功能的组态。
时钟功能
STEC2000控制器内置日历和时钟，且不会受系统停电影响。
3.3.2 注水井控制功能
注水井内加装变频器、水泵、流量计、压力变送器等一次测量控制设备。注水井实现的基本控制功能如下：
1） 供水压力经验调节
在各个控制器输入供水压力调节曲线，系统检测供水压力，通过变频器控制水泵自动调节而达到供水压力设定值，实现注水井的质调节。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件对此曲线进行修改。
2） 固定供水压力
用户可任意设定供水压力值，系统将自动调节供水的流量从而使供水压力稳定在此设定值。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件对此设定值进行修改。
3） 手动调节
管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件手动给定压力值，从而调节注水井的压力。
4.3.3 报警与故障保护
A. 注水井压力过高
当注水井压力超高时，系统将自动停止运行。关闭变频器，停止水泵停止注水。同时向上位机报警。
B. 注水井压力过低
当注水井压力超低时，系统将自动开启运行。打开变频器，开启水泵注水，同时向上位机报警。
3.4、一次仪表
传感器用于检测被测参数，如压力、流量等信号。变送器与传感器相配合可以大大提高系统的抗干扰能力，并适于远距离传输。电动执行机构变频设备的驱动。
在注水井系统测量控制的主要参数为压力、流量。各种压力、流量传感器和变送器承担着将物理信号变换为电信号再送入计算机的任务。在注水井监控系统的总体投资中，各种仪表阀门的投资占总投资的40~70%。而传感器和执行器的故障率占系统总故障率的60%以上。因此，可以看出：传感器、执行器不但是注水井监控系统的重要组成部分，而且也是比较薄弱的一个环节，这不仅与传感器和执行器在系统的工作条件较差有关，还有一个重要原因就是选型不当。以下为我们选择系统仪表阀门的总体技术要求：
各类设备应满足技术规范要求，能24小时连续运转并保证能够安全、可靠、高效运行。
所供设备中与监控系统控制有关的就地仪表和控制设备可以受其控制或手动控制。
在一般的运行状态下，提供的就地仪表和控制设备受监控系统的控制。
当控制系统自动控制功能故障时，可以采用手动控制，因此各执行机构均要求有手动控制功能。
为能使设备安全、经济地运行，并满足负荷变化的要求，仪表和控制系统确保是安全的、可靠的、经济的，并能满足简单运行的要求。
所供的设备及运行系统能证明是具有先进水平的，即具有最优的可用性、可靠性、维护保养性能及可扩展性。
提供的就地仪表和控制设备与监控设备及计算机系统相匹配，并采用标准的电流或电压信号作为输入输出接口，如0-20mA，4-20mA，0-10V，0-5V等。
注：可以根据用户的不同技术要求制定出不同的控制方案。
