|
ЖКХ / Новости –
Анализ процессов теплопотребления на примере использования информационно-аналитической системы «СКУТЕР»Авторы: А.Н. Виноградов, С.А. Даниельян, Р.С. Кузнецов Промышленные АСУ и контроллеры
В последнее десятилетие отмечается интенсивный процесс внедрения информационно-измерительных систем в теплоэнергетике. Он обусловлен возможностями современной измерительной базы, позволяющей не только выполнять измерения в полном объеме и с высокой точностью, но и передавать их в компьютер с помощью разнообразных телекоммуникационных средств. Помимо стандартных задач, которые решают информационно-измерительные системы, такие как формирование отчетных форм, графиков, таблиц, мониторинг мгновенных значений измеряемых параметров, существуют задачи, которые требуют детального анализа и обработки данных. Поиск решений нетривиальных задач может быть существенно облегчен с использованием средств, предоставляемых информационно-аналитическими системами (ИАС) [1]. Рассмотрим основные возможности, предоставляемые ИАС «СКУТЕР», разработанной сотрудниками Института автоматики и процессов управления ДВО РАН совместно с инжиниринговой компанией ИНФОВИРА. Информационной базой системы являются результаты измерений параметров объектов теплоэнергетики, получаемые в процессе мониторинга с использованием SCADA-системы (в основном для источников теплоты) либо считываемых из архивов тепловычислителей (в основном для объектов-потребителей теплоты). Система включает в себя набор независимых программных модулей, ориентированных на решение требуемых прикладных задач и обладающих определенной функциональной направленностью. Основными модулями системы являются следующие: «Сбор данных», «Мониторинг», «Экспресс анализ», «Графики», «Таблицы», «Отчеты», «Температурные графики», «Тепловой режим», «Рекомендации», «Дефекты», «Диаграммы», «Зависимости», «Сравнение объектов», «Сравнение периодов». Система реализует клиент-серверную архитектуру, основанную на использовании единой базы данных [2], доступной клиентским приложениям (модулям) посредством сети передачи данных и пользователям, работающим в сети Интернет, через «Web-портал» (рис. 1). Кратко остановимся на описании модулей системы «СКУТЕР» наиболее востребованных на практике.
Рис. 1. Структура ИАС «СКУТЕР» Сбор данных Первоочередной задачей ИАС является получение результатов измерения основных параметров функционирования ОТЭ (объекта теплоэнергетики). Эта задачу в системе решает модуль «Сбор данных», предназначенный для считывания архивной информации с приборов учета (теплосчетчиков), первичной обработки и сохранения результатов измерений в базе данных ретроспективной информации. В список устройств, поддерживаемых системой, входит набор теплосчетчиков, широко распространенных в эксплуатации. Другие виды приборов учета могут быть добавлены путем написания соответствующего драйвера. Модуль поддерживает различные режимы работы: - непосредственный опрос; - ручной опрос по модему; - автоматический модемный сбор по расписанию; - распределенный сбор через GSM/GPRS модемы с помощью технологий M2M; - мониторинг текущих результатов измерений при подключении приборов учета через конвертеры RS-232 в Ethernet. Режим непосредственного опроса предназначен для сбора данных из архивов тепловычислителей приборов учета с использованием ноутбука непосредственным подключением через последовательный порт (RS-232 или RS-485) или оптическую головку. Ручной опрос позволяет подключиться к прибору по модему, используя коммутируемую телефонную сеть (PSTN) или сеть операторов мобильной связи (GSM). Автоматический режим используется для массового опроса группы приборов по расписанию в составе информационно-аналитического центра. Коммуникационное оборудование и каналы связи такие же, как при ручном опросе. Преимущество распределенного способа сбора данных (GPRS) заключается в использовании инновационного аппаратно-программного обеспечения, позволяющего перейти от стандартной технологии коммутируемого доступа к теплосчетчику (CSD) в определенное время (по расписанию) к асинxронно-управляемому сбору данных с большого количества теплосчетчиков без необходимости увеличения коммутационного оборудования на сервере сбора. Помимо этого данный способ является более совершенным и гибким при решении проблем организации сети сбора данных и, что немаловажно, позволяет существенно снизить затраты на связь. Для диспетчеризации и управления крупными объектами теплопотребления с развитой инфраструктурой и возможностью подключения теплосчетчика к локальной вычислительной сети (LAN) или глобальной сети (WAN) используются специальные адаптеры или интерфейсные платы, что позволяет осуществлять мониторинг в псевдо-реальном времени и управлять этими объектами из любой точки сети в том числе через Интернет.
Мониторинг Модуль «Мониторинг» представляет собой отдельное приложение, которое может принимать данные либо от провайдера базы данных, либо от OPC сервера, а затем отображать полученные результаты на мнемосхеме. Мнемосхема формируется из XML документа, в котором содержится описание типов графических элементов, а также их местоположения на экране. Предусмотрена возможность использовать как самостоятельно разработанные элементы (по существующей спецификации), так и сторонние компоненты, выполненные по технологии ActiveX. Модуль «Мониторинг» обладает следующей функциональностью: - легкость в построении мнемосхемы (достаточно отредактировать XML документ и перезапустить приложение); - поддержка написания формул с участием текущих значений (например, есть текущее значение расхода, можно вывести расчетное значение: месячный итог по расходу); - визуальная индикация (проверка по трем диапазонам для параметра – рабочий, предаварийный и критический); - автомасштабирование за счет использования векторных компонентов и надписей; - широкий набор готовых компонент; - подключение компонентов ActiveX; - отображение трендов и графиков изменения параметров.
Рис. 2. Мониторинг комплекса зданий, оснащенных теплосчетчиками и регуляторами теплоснабжения
Экспресс анализ Опыт эксплуатации ИАС «СКУТЕР» показал, что важно не только обеспечить адекватную и надежную дистанционную передачу результатов измерений из архивов тепловычислителей в базу данных системы, но и необходимо осуществлять оценку достоверности результатов измерений, а так же обеспечить обнаружение нештатных ситуаций на тепловом узле и диагностирование дефектов измерительного оборудования [3]. Для решения этих задач применяется модуль «Экспресс-анализ». Модуль «Экспресс-анализ» позволяет визуально отображать оперативное табло по сбору данных с теплосчетчиков для группы объектов теплоснабжения за заданный период времени. На основе разработанных методов и алгоритмов диагностирования создана подсистема автоматической верификации результатов измерений. Входными данными подсистемы верификации являются результаты измерений, поступающие с теплосчетчиков и паспортные данные теплового пункта: тепловые нагрузки, температурный график, технические характеристики оборудования, метрологические характеристики измерительных средств и другая информация об объекте. Результаты обработки входных данных после выполнения процесса верификации (информация о найденных нарушениях, отклонениях от нормального режима работы, обнаруженных нештатных ситуациях и т.д.) заносятся в БД. Накопленная диагностическая информация используется в дальнейшем для решения различного рода задач: информирование о недостоверности данных за определенный временной интервал, рекомендации по устранению дефектов на тепловом узле, сигнализация о возникновении критических или предаварийных ситуаций и т.п.
Рис. 3. Анализ работы системы сбора данных и диагностика объектов Модуль предоставляет детализированную информацию о нарушениях, найденных подсистемой верификации за сутки для определенного объекта. В списке приводится класс дефекта, а также его описание для локализации причины дефекта. Для улучшения восприятия информации и облегчения анализа предусмотрена возможность фильтрации, которая позволяет отобразить на оперативном табло только нарушения определенного класса. Используя информацию экспресс-анализа, ответственный за сервисное обслуживание «проблемного» теплового узла может оперативно провести более тщательный анализ ситуации и принять окончательное решение о причинах нарушения с помощью более целевых средств системы «СКУТЕР».
Другие модули системы «СКУТЕР» Модуль «Температурные графики» позволяет контролировать соответствие фактической температуры теплоносителя, измеренной по показаниям приборов нормативным значениям. Для каждого объекта теплопотребления в БД заносится соответствующий ему температурный график теплоисточника и данные по фактической температуре наружного воздуха. Изменение давлений в системе центрального отопления может приводить к изменениям расходов на ОТЭ. Такое явление крайне нежелательно, поскольку может привести к перерасходу тепловой энергии или к снижению температуры в помещении. Модуль «Сравнение периодов» позволяет оценить перерасход или недостаточный расход теплоносителя при сравнении разных отопительных сезонов. Встроенный в систему модуль «Рекомендации», на основании выявленных экспертами закономерностей и алгоритмов, выдает рекомендации по нормализации теплового и гидравлического режима ОТЭ. В процессе эксплуатации ОТЭ могут возникать дефекты, как измерительного оборудования, так и самого объекта. Примерами дефектов могут быть утечки теплоносителя в системе отопления, засорение расходомеров, обрыв датчиков и др. Для выявления подобных ситуаций в ИАС разработан модуль «Дефекты». Модуль «Диаграммы» позволяет графически сравнить фактическое потребление тепловой энергии объектом с нормативным значением. В модуле предусмотрен групповой анализ для нескольких объектов. Групповой анализ часто используется при формировании отчетов по теплопотреблению в администрации городов, поскольку позволяет определять показатели энергопотребления в совокупности по объектам, объеденным по определенным признакам (например, принадлежность к муниципальному образованию). Функция группового анализа позволяет выделить наиболее энергоэффективные объекты на фоне остальных. Функциональные возможности системы «СКУТЕР» предоставляемые пользователю постоянно увеличиваются за счет добавления новых модулей. Помимо модулей рассмотрим здесь решение ряда практически важных задач.
Сравнительный анализ объектов теплопотребления Сравнение параметров теплопотребления объектов, подключенных к одному теплоисточнику, позволяет выявлять неучтенные присоединения тепловых нагрузок и нарушения договорных обязательств со стороны теплоснабжающей организации. Модуль «Сравнение объектов» позволяет графически отобразить параметры двух объектов за один и тот же интервал времени. Сравнение параметров теплопотребления двух жилых домов г. Владивостока по ул. Енисейская, позволило выявить несанкционированное подключение офиса к одному из домов. При одинаковых проектных нагрузках, одинаковой температуре и расходе теплоносителя теплопотребление домов различается более чем на 16% во всем заданном временном интервале.
Рис. 4. Визуализация модуля «Сравнение объектов»
Анализ эффективности применения АСУ потреблением тепловой энергии На сегодняшний день большинство потребителей тепловой энергии в России подсоединены к центральному отоплению. При отпуске тепловой энергии в центральном отоплении повсеместно используется качественное регулирование. Суть его заключается в том, что количество потребляемой теплоты регулируется на теплоисточнике (ТЭЦ, котельная) путем изменения температуры теплоносителя. При этом расход теплоносителя в тепловом узле каждого потребителя должен оставаться постоянным в течение всего отопительного сезона. Использование АСУ для регулирования теплопотреблением объекта вызывает изменение расхода в тепловых сетях, что приводит к количественному-качественному регулированию теплопотребления объекта. Следует отметить, что довольно часто встречаются случаи малой эффективности применения АСУ по причине неправильной настройки, а оценка эффективности работы АСУ при качественном регулировании со стороны теплоснабжающей организации и количественном регулировании потребления тепловой энергии на объекте, без использования ИАС является весьма трудоемким процессом. Элементами системы управления (рис. 5) являются контроллер ECL Comfort 200 компании Danfoss, датчики температуры наружного воздуха и температуры теплоносителя, регулирующий клапан с электроприводом и насос. Контроллер выдерживает температуру после узла смешения в соответствии с заданным в контроллере графиком зависимости от температуры наружного воздуха. Регулирование осуществляется путем изменения коэффициента смешения при помощи клапана с электроприводом, установленного на подающем трубопроводе.
Рис. 5. Функциональная схема АСУ Количественно-качественный способ регулирования предполагает зависимость потребляемой тепловой энергии Q от расхода М1 и температуры теплоносителя Т1. Модуль «Зависимости» в составе ИАС «СКУТЕР» позволяет на основе регрессионного анализа построить функцию Q=f(М1,T1) объекта и количественно оценить вклад АСУ в регулирование теплопотреблением объекта. В случае выявления слабой зависимости Q от М1 применение АСУ для регулирования теплопотребления объекта малоэффективно и требует дополнительных мероприятий по повышению эффективности (коррекция настроек контроллера, проверка работоспособности исполнительных механизмов, проверка выполнения договорных значений параметров теплоносителя и др.). На жилом доме по ул. Кирова г. Владивосток по результатам анализа было выявлено засорение регулирующего клапана, вследствие чего система управления не функционировала в рабочем режиме. Сравнение периодов до установки АСУ на объекте и после установки на основе выявленной зависимости теплопотребления позволяет так же оценить экономический эффект от внедрения АСУ на объекте, что очень важно для расчета окупаемости вложенных средств в автоматизацию.
Выводы: Основной эффект от внедрения разрабатываемых информационно-аналитических систем заключается в том, что их использование позволяет обеспечить качественно новый уровень управления технологическими процессами выработки и потребления тепловых ресурсов с использованием измерительного оборудования нового поколения и современных информационных технологий. Возможности систем ориентированы на обеспечение бесперебойного и качественного теплоснабжения, поддержание оптимальных (энергоэффективных) эксплуатационных режимов объектов теплоэнергетики, а так же получение реального экономического эффекта и, как следствие, сдерживание роста тарифов на тепловую энергию и горячую воду.
Список литературы
|
