1、校园供暖远程监控系统在寒冷的冬季，为了给学生创造舒适的学习与生活条件，我国北方高校需要对各种建筑物进行供暖，因此高校就成为热能消耗大户。目前高校供暖系统存在着如下两个问题，导致了能源的巨大浪费。一方面，因为大学生学习与生活的特点，高校建筑物在不同的时段对热能的需求有很大差异。比如，上课期间，学生集中在教学楼进行学习，宿舍楼、餐厅处于无人状态；晚自习后，学生全部回到宿舍休息，教学楼、办公楼、图书馆等处于无人状态；寒假期间，大多数宿舍楼、教学楼等均处于无人状态。而目前高校供暖系统对于上述时段不需要供暖的建筑物照常进行供暖，导致了大量的热能浪费。另一方面，校园的供暖主干线一般按照最初的整体规划一二次
2、性建成，而校园建筑却多为几个工期分批建成，供暖主干线的规划往往不能符合校园建筑的功能需要，导致供暖水力失调问题普遍存在，出现严重的“近热远冷”现象，以及供暖系统“大流量，小温差”的运行特征。据统计，因热用户运行工况失调造成的热能损失通常占供暖总热能的2050。1 系统结构与工作原理目前，国外先进热网采用的是中央监测和控制的方法，由中央控制室监测热网和热力站运行参数，实施变负荷变流量运行2。这种设计的前提是单户计量，即在每个采暖用户的供暖入口安装温控阀，由用户自主调节室内温度。而对于我国的旧建筑物来说，单个散热器加装温控阀的系统很少，所以，上述方法对于我国的旧建筑物较难实现。对于这些旧建筑物，采
3、用分楼宇而不是分户的控制方法，相对宏观地协调用热与供暖关系，将更符合实际情况，也易于实现【4-67 。校园供暖节能调节与远程监控系统，正是采用了分楼宇的控制方法，为每个楼宇安装了独立的控制器与可控阀门，根据各楼宇对于热能的需求，通过调节水流量实现温度控制，达到节能的目的。如图 1 所示，系统由电动调节阀、温度传感器、现场控制器、现场总线、网络一总线转换器、网络系统及监控中,bIl 艮务器等组成。系统的功能包括供暖节能调节和远程监控两部分：节能调节功能通过控制器调节电动阀的阀门开度，进而调节水流量完成；远程监测功能通过监控中心的服务器收集各个楼宇的温度与阀门开度数据完成，远程控制功能由管理员通过
4、监控中心服务器向楼宇控制器发送控制命令完成。系统对节能与管网热力失调的调节由控制器实现，节能控制主要包括分时控制与防冻控制两种。分时控制是指根据不同建筑物的供暖需求，在建筑物需要供暖时段进行正常供暖，在不需要供暖时段停止对建筑物供暖，达到节能目的；防冻控制是为了防止电动阀长时间关闭引起的暖气管道及散热器冻坏而设置，为此，控制器时刻监测楼内温度和回水温度两个参数，当任意一项参数低于防冻设定温度时，控制器开启阀门进行供暖，防止管道及散热器冻坏。热网平衡往往是节能的关键口，管网热力失调的调节是通过温度控制实现的，以供暖系统供回水温差为调节对象控制电动阀开度，使供回水温差保持在设定温差。2 系统硬件控
5、制器是系统实现供暖调节的核心设备，本系统是采用单片机，结合外围模块来实现。主要的外围模块包括电源及复位模块、外存储器、温度采集模块、键盘输入模块、RS-485模块、阀门控制模块、显示模块和时钟模块。控制器既可以执行监控中心服务器的控制命令，又是一个可以独立运行的控制系统。控制器保存的控制策略，能够根据不同时段和节假日的供暖设置以及现场楼内温度、进水和回水温度的情况，自动调节电动阀的开度，从而控制供暖温度。电动调节阀安装在楼内供暖主管道上，由现场控制器直接控制。控制器根据温度传感器采集的温度参数，向电动调节阀下达控制指令。根据供暖管道口径的不同，不同楼宇采用不同 VI 径的电动球阀，所有电动球阀
6、的工作压力为 16 MPa，控制方式为420 mA 模拟电流信号。单片机发出的控制信号为数字信号，经过数模转换器 TLV5620转变为模拟信号，再由芯片转变为 420 mA 的电流信号输出给电动调节阀门，实现单片机对电动调节阀开度的控制。每个楼宇配置了 3 个温度传感器，分别用于采集进水温度、回水温度和楼内温度。系统时钟采用西门子芯片，用于提供日期和时钟数据，以保证单片机对供暖期、供暖时段进行正确判断。远程测控终端为 JY-RTU6640 带 RS232、RS485(232 也转为 485 的情况下，可以有两路 485)；内置大容量 SPI-flash(容量可选 1Mbit-64Mbit)，实
7、现数据的长时间本机保存（需定制） ；6 路 AD 仿真量输入(12 位) ，输入电压为 0-30V，也可以测量 4-20mA 工业电流信号；6 路继电器输出控制、4 路光耦输入输出控制(输入和输出的位数自选) ；内置 RTC，掉电可自动计时，定时定点唤醒，需定制；高效的电源管理设计，在对功耗要求严格的场合，实现低功耗节能，延长工作时间，需定制；传输支持多种协议，我公司自定协议和 Modbus协议(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持；Modbus 从机工作模式：标准从机、从机主动回传； 数据远程传输支持 GPRS、以太网等，如图：3 系统软件系统软件运行在监控中心的工控机上，包括
8、监控与数据管理两部分。监控软件对供热系统的运行实现动态跟踪监测，收集、记录供热系统的运行数据，实时完成对运行数据的处理、分析，绘制出运行盐线，并实现对控制器的配置、管理与远程控制；数据管理软件完成数据的管理、统计以及报表打印功能。软件可以实时监控、分析供热系统的运行工况，及时诊断供热系统中出现的设备故障，发现系统运行中出现的热损失状况。监控中心主机通过局域网与网络转换器进行通信，实现对控制器的访问，完成对供暖运行数据的收集与控制器的管理、控制。局域网是最经济的通信方式，但需要铺设通信电缆。在难以铺设有线电缆的场合，可以使用无线电台、CDMA、GPRS 等通信方式。监控软件与网络转换器建立TCP
9、(Transmission ControlProtocol，传输控制协议) 连接，通过转换器周期性地向控制器发送数据收集命令，控制器接收到命令后，将供回水温度、楼内温度、阀门开度等数据发送到监控中心服务器。监控软件将所采集的运行数据以曲线的形式显示，帮助管理员直观地掌握各楼供暖运行情况。为了防止因网络出现故障而丢失数据，控制器可以在存储器内以小时为单位保存 2d 的运行数据。当网络恢复正常时，监控软件再向控制器发送取历史数据指令，将网络故障期间的运行数据收集到服务器。监控软件主界面如图 2 所示。窗口左侧树形列表实时显示从每个控制器收集到的运行数据。双击列表中的控制器，则弹出控制器详细信息界面
10、，显示该控制器所控制供热管道的运行曲线、运行数据、运行状况等信息。主界面右侧的列表控件用于显示控制器与网络转换器的简要报警信息，用户双击具体条目后会弹出详细报警信息窗口。5 结论针对高校供暖的特点及当前供暖系统中存在的问题，研究开发了校园供暖节能调节与远程监控系统。系统由电动调节阀、温度传感器、现场控制器、现场总线、网络一总线转换器、网络系统、监控中心服务器等组成，采用分建筑物控制的方法，在每个建筑物的供暖主管道上安装了独立的控制器与可控阀门，根据不同建筑物的采暖需求、具体天气特征、进回水温差等条件，自动调节供暖流量，合理分配供暖热力，达到节能的目的。系统还可以通过网络系统进行远程监控，能够使管理人员及时掌握供暖系统的运行情况。
