Автор: Данильян С.

I. Введение

  В настоящий момент как никогда остро стоит проблема энергосбережения и повышения энергоэффективности зданий – потребителей тепла. Ежегодная индексация тарифов на отопление и ГВС, неумолимое уменьшение бюджета, повышающиеся требования к узлам учета тепла. Все это требует новых подходов в проектировании, переосмысления старого инженерного подхода (без учета возможности, а ныне и потребности, мониторинга, контроля при проектировании), а в последнее время и применения информационных технологий как базы для оперативного и ретроспективного наблюдения за тепловыми узлами.

  Оперативный контроль и наблюдение за текущим состоянием одного или нескольких тепловых узлов (диспетчеризация) конкретного предприятия возможен только с использованием систем мониторинга (SCADA-систем). Как правило, SCADA-системы дороги, слишком тяжелы и перенасыщены функциональностью для задач такого рода (не стоит забывать, что прерогатива SCADA – это преимущественно промышленность, металлургия, опасное производство), кроме того, иногда просто не реализуют требуемый функционал.

Например, на этапе согласования требований для системы Distributed Gather and Control (DGS), ныне внедренной на комплексе зданий заказчика, некоторые приборы теплоучета конструктивно не поддерживали стандартизированные протоколы передачи данных, а в качестве одного из требований будущей системы, клиент видел просмотр и анализ архивных данных с возможностью посылки SMS-сообщений и электронных писем в случае возникновения нештатных ситуаций.

   Таким образом, требования не типичны для применения SCADA-систем.

  Ввиду всего вышесказанного, заметим что разработка конкретной системы для нужд конкретного заказчика позволяет более плотно подойти к вопросу автоматизации и решать возникающие вопросы и пожелания в краткий срок.

  Одним из важных моментов в диспетчеризации узлов является их территориальная распределенность. В связи с этим, архитектура сбора претерпевает существенные изменения. Опрос приборов осуществляется по GPRS, либо по TCP/IP. На этом этапе нужно учитывать и количество трафика при передаче, и возникающие временные таймауты на соединение. Применение дополнительных аппаратных и/или программных средств позволяет осуществлять считывание данных с удаленного объекта учитывая факт, что сам прибор не поддерживает определенный протокол или интерфейс.  

   Например, в уже реализованном проекте по внедрению системы DGCS на 7 зданий управляющей компании одним из требований было осуществить диспетчеризацию объектов, расположенных друг от друга на расстоянии более километра.

II. Управление как неотъемлемая часть качественного регулирования

   Как было отмечено ранее, мониторинг имеет огромное значение в современном мире экономии и сбережения, ведь возможен не только контроль за работой приборов, за датчиками, но и за поведением системы в целом. В случае возникновения нештатной ситуации, оператор (при условии его профессионализма) в кратчайший срок даст сигнал на устранение неисправности. Кроме того, в случае чересчур завышенного/заниженного потребления, прибор может быть переконфигурирован вручную для снижения/повышения расхода теплоносителя. Однако, истинная экономия и контроль возможен лишь в тех системах, где присутствует управление (регуляторы, погодные компенсаторы). И только в содружестве этих двух понятий и подходов возможно как качественное, так и количественное улучшение функционирования объектов теплопотребления.
  Системы автоматики представляют собой установку запорно-регулирующей арматуры с автоматическими приводами, клапанами, насосами. Основной принцип работы таких систем – поддержание заданного параметра (расхода, температуры или давления) путем систематического воздействия на управляющие узлы теплового пункта (клапана, задвижки, насосы). Типы воздействия разнятся для разного типа регулирования. Регулирование задвижкой означает открытие/закрытие, регулирование насосом подразумевает частотное управления скоростью вращения. Для возможности регулирования автоматики, необходимо, чтобы на узле было установлено оборудование (контроллеры, регуляторы) с поддержкой стандартных интерфейсов связи (Modbus, TCP/IP, OPC). Кроме этого, приборы должны иметь возможность удаленной смены регистров в своей памяти.

Мы будем рассматривать стандартный тепловой узел с установленными теплосчетчиком и погодным регулятором. Теплосчетчиком в нашем случае выступит ВКТ-7, а регулятором Danfoss ECL 300 (Рис. 1.).

Рис.1

III. Распределенный сбор и система управления

DGC система – это узкоспециализированное решение с частичной функциональностью SCADA (система диспетчеризации), призванное занять нишу в сфере автоматизации тепловых пунктов, как индивидуальных (ИТП), так и центральных (ЦТП). Программный комплекс реализует функции опроса приборов, записи полученных текущих и архивных данных в базу данных, визуализации технологического процесса, анализа полученных данных, вывода графиков и отчетов, визуального предупреждения о выходе параметров за границы рабочих диапазонов.

Функционально программный комплекс представлен модулем сбора данных, модулем анализа данных, а также модулем визуализации (HMI) (Рис. 2.).

Модуль сбора данных – является ядром системы DGC и предназначен для опроса приборов и контроллеров. Модуль обладает следующей функциональностью:

• поддержка считывания текущих и архивных значений с большого парка теплосчетчиков (ВКТ5, ВКТ7, SKU, SKM, Multical, Signur, etc);
• поддержка MODBUS, OPC;
• поддержка параллельного считывания с большого количества портов RS232;
• возможность считывания текущих отдельно от архивных значений;
• возможность установки расписания опроса по дням недели (по часам суток);
• возможность считывания по одной линии приборов с разными коммуникационными настройками (четность, скорость, стоповые биты);
• полный контроль опроса – изменение более 15 видов таймаутов на соединения (как следствие, опрос работает там, где сервисные программы производителя не работают).

Рис.2

Модуль визуализации (HMI) – представляет собой отдельное приложение, которое может принимать данные либо от провайдера базы данных, либо от OPC сервера, а затем отображать полученные результаты на мнемосхеме. Вся визуальная схема формируется из XML документа с описанием типа графического элемента, а также его местоположением на экране. Можно использовать как самостоятельно разработанные элементы (по существующей спецификации), так и сторонние компоненты, выполненные по технологии ActiveX.

Модуль визуализации обладает следующей функциональностью:

• легкость в построении мнемосхемы – для того, чтобы поменять один тип клапана на другой, достаточно отредактировать XML документ и перезапустить приложение;
• поддержка минипарсера для написания формул с участием текущих значений (например, есть текущее значение расхода, можно вывести расчетное значение: месячный итог по расходу);
• визуальная индикация (три уровня для параметра – рабочий, опасный, критический диапазоны);
• векторные компоненты, автомасштабирование надписей, набор готовых компонент;
• подключение ActiveX;
• тренды, графики

И, наконец, последний из модулей – модуль анализа.

Данный модуль является опциональным и позволяет проводить анализ полученных данных с целью выявления поведенческих, физических и иных дефектов функционирования объекта исследования, в нашем случае, теплового узла. Результаты проведенного анализа могут быть отправлены по SMS (если ситуация требует сиюминутного вмешательства), по eMail (например, итоговый отчет каждый день), либо в XML формате для использования программой визуализации.

Основные виды анализа данных:

• экспресс-анализ – обрабатывает такие ситуации, как нулевые значения измеряемых величин, выходы за диапазоны рабочих значений, и т.д. Кроме того, сигнализирует о режимах перерасхода и недорасхода.
• временной анализ – обрабатывает не мгновенные значения, а в ретроспективе. За счет такого анализа, можно сделать предположение о начале загрязнения, например, расходомера, либо выявить ошибку, растянутую во времени или имеющую систематичность появления.
• анализ адекватности управления – используется в случае предоставления возможности многопараметрического управления оператору (то есть возможность управления разными клапанами, приводами и пр.). Позволяет провести анализ деятельности оператора, выдающего управляющие воздействия (степень применимости данных воздействий в данную минуту (тот ли клапан был открыт, в нужное ли время он был открыт), уровень воздействия (процент открытия клапана) и т.д.).

  На текущий момент, программный комплекс успешно внедрен на четырех предприятиях города.

IV. Пример реализации системы

  DGS system успешно внедрена на комплексе из 7 зданий управляющей компании (Рис. 3.).

Рис.3.

  Расстояния между группами зданий превышает несколько километров, но все здания компании находятся в едином информационном пространстве (физически оно представлено тремя подсетями), поэтому система DGC может быть установлена в любом здании на любом компьютере. Кроме того, существует возможность разнести территориально модуль сбора, базу данных и модуль визуализации.

   Оператор в режиме реального времени наблюдает за работой тепловых узлов и автоматики на них (Рис.4.). Управление погодными компенсаторами осуществляется посредством запуска с мнемосхемы приложения для работы с ECL 200/300.

Рис.4.