1 案例背景

热源站是城市供热节点的热源场所。它的作用是根据热网工况和不同的条件，调节热源，向热用户系统分配热量以满足用户采暖需求，并根据需要，进行集中计量、检测供热热媒的参数和数量。

控制、调节设备的完善程度是热源站技术水平高低的重要标志。由于热负荷具有随生产工艺过程、季节和时间变化的特点，只有采用自动调节才能使供热介质的数量和参数适应用户采暖需要，避免浪费。

青岛某热源站包括一套部署在监控室管网控制系统以及两个锅炉自身的控制系统。管网控制系统由一套小型PLC及电气柜HMI组成，该电气柜HMI与小型PLC负责热源站整体工艺状态显示，并按照管网供水、回水侧温度、压力等参数，自动调节管网补水泵、循环水泵。此外，两个锅炉本身的PLC控制器以及HMI负责本锅炉自身的控制调节。

热源站的工程师表示：“目前监控室的小型PLC无法接入两个锅炉的控制器，导致监控室HMI无法实现监视锅炉数据，无法从监控室HMI控制锅炉，运行时工程师需要到三个地方分别监视、操作三个HMI，极不方便。”

此外，作为热源站运营方，燃气公司希望能够采集到运行数据，包括管网数据以及锅炉状态数据，而管网控制系统的PLC无法接入两个锅炉的控制器以及热源站的电表和热表，如果要采集整个热源站数据则需要部署多个网关设备，耗费较大。

2 案例实施

如何能够解决城市热源站的痛点，东土科技打造全新以工业服务器为核心的控制系统方案，进行智慧升级。该控制系统主要解决这些问题：

（1）提供一套统一操作员站环境，该操作员站不仅可以实现对供热管网参数、设备的监视控制，还能对两个锅炉进行状态监视和节能控制；

（2）提供历史数据存储功能，可支持一个供暖季的运行数据保存到本地；

（3）提供统一对外数据接口，将锅炉数据及热源站管网的设备状态数据以及管网参数数据外发给燃气公司的边缘应用以及数据上云；

为了解决这些问题，其重点是要统一接入现场的数据，包括热源站管网的设备状态数据、锅炉数据以及热源站电表、热表数据。并基于整体的现场数据；

（4）进行统一的节能策略运算；

（5）提供统一的监视环境；

（6）提供统一的数据存储以及对外数据接口。

图1 硬件系统架构图

该控制系统外部接口包括：

（1）通过Modbus接入两个锅炉控制器、电表、热表；

（2）通过MQTT将现场数据外发客户云平台；

（3）通过远程I/O的方式连接现场传感器及水泵、变频器、风机等设备，取代原监控室管网控制系统的小型PLC；

（4）外接一套显示屏及鼠标键盘提供了操作员站人机交互环境。

工业服务器预装具备高实时虚拟化特性的Intewell-H工业互联网边缘操作系统，提供了若干个实时系统可用于执行虚拟PLC控制任务以及一个非实时系统可用于执行SCADA任务和边缘计算任务。

图2 软件系统架构图

工业服务器的虚拟PLC完全替代监控室的原小型PLC，通过远程I/O系统，完成管网设备的控制、传感器数据采集功能。同时，虚拟PLC接入两个锅炉控制器、热源站的电表以及热表，在虚拟PLC内运行热源站的气候节能以及时间节能算法，并下发给锅炉控制器实现对锅炉的节能调节。

东土科技提供完全自主研发的、符合IEC61131-3规范的工业控制编程平台MaVIEW，以支持工程人员对进行虚拟PLC控制编程。MaVIEW支持常见的IEC61131-3编程语言，支持图形化拖拽式编程，支持对工业服务器进行虚拟化配置。

Intewell-H的非实时系统预装KySCADA应用，通过KySCADA的数据库整合整个热源站控制系统包括管网设备数据、锅炉数据以及电表热表数据，统一了数据的存储和访问接口。

Intewell-H提供了开放的编程生态。非实时系统支持常见的Windows/Linux，提供支持C/C++的针对操作系统的开发软件以支持用户深度开发应用，KySCADA数据库提供了数据读写的API，支持客户基于应用需要开发数据清理、预测性维护等边缘计算应用。

工业服务器提供了丰富的接口和协议。集成常见的Modbus RTU、Modbus TCP、CANopen、EtherCAT、MQTT等协议，轻松对接现场各种专用设备。非实时系统提供了KyGate协议网关软件，将KySCADA数据库的数据通过KyGate实现与客户云平台对接。

3 效益分析

（1）节能。从前每个锅炉自己的节能策略单独设置，且锅炉的节能策略无法与管网的水泵等设备实现综合自动控制。我们将锅炉控制器数据与管网设备参数统一接入到一个虚拟PLC，建立统一的节能策略，可以根据环境温度以及所处时间段，自动调节锅炉燃烧温度以及水泵频率，实现实时节能。

（2）解放人力。提供了统一的人机监控界面，工程师无需跑三地操作三个HMI。

（3）远程监视。由工业服务器统一采集了锅炉房整体工艺的参数状态以及锅炉控制器的参数状态，提供了统一数据库接口，实现按需将采集数据统一上云，运营方可远程对热源站的运行状态进行监视以及运营计量。

4 案例总结

该项目结合了燃气公司的节能理念，建立了一种以工业服务器为核心的控制系统，是行业内首家实现实时控制、人机交互、边缘计算、物联上云于一体的落地案例。

采用一台工业服务器替代了传统热源站方案的PLC控制器、SCADA服务器、操作员站工控机、工程师站工控机、边缘计算工控机、边缘网关多台设备，可以给热源站控制系统搭建带来更低的设备采购成本、更少监控系统占地面积、更短的工程施工周期。这一全新的控制系统方案将引领行业内众多供热企业向智能化升级。

摘自《自动化博览》2020年3月刊