Авторы: Виноградов А. Н., Кузнецов Р. С.

   Одним из приоритетных направлений в области энергосбережения тепловой энергии является оснащение объектов приборами учета энергоресурсов в комплексе с установкой автоматизированных систем управления (АСУ) теплопотреблением. При практическом использовании такого подхода довольно часто возникают ситуации, которые значительно снижают предполагаемый эффект от проведенных мероприятий по энергосбережению или приводят к перерасходу потребляемой энергии. Причины могут быть различны. Основные из них наиболее часто встречающиеся на практике связаны с влиянием внешних факторов на измерительное оборудование, отказы систем автоматического регулирования или их низкая эффективность. Оценка качества энергосбережения, работы приборов учета и АСУ потреблением тепловой энергии конкретного объекта возможна в большинстве случаев только с применением информационно-аналитических систем (ИАС). Для этих целей сотрудниками Института автоматики и процессов управления ДВО РАН совместно с инжиниринговой компанией ИНФОВИРА разработана ИАС «СКУТЕР» [1].

   Функциональные возможности ИАС ориентированы на решение следующих задач:

- считывание с архивов тепловычислителей результатов измерений по доступным каналам связи GSM/GPRS/Ethernet в компьютер в автоматическом режиме;

- своевременное обнаружение нештатных и критических ситуаций;

- мониторинг текущего технического состояния наблюдаемых объектов с возможностью дистанционного изменения настроек АСУ;

- экспресс-анализ результатов измерений и выработка рекомендаций для корректировки режимов функционирования объектов;

- визуализация результатов измерений на задаваемом пользователем интервале времени (графики, таблицы, отчеты);

- сравнительный анализ фактических и нормативных режимов эксплуатации объектов;

- получение и визуализация интегральных характеристик теплоснабжения для групп объектов-потребителей тепловой энергии, выделяемых пользователем по ведомственному, административному, географическому признакам, источнику теплоты и т.д.;

- фильтрация результатов измерений и формирование зависимостей между измеряемыми и вычисляемыми системой параметрами с учетом реального технического состояния объекта;

- организация защищенного доступа к информации по энергопотреблению объектов с помощью web-сервисов, работающих на Интернет портале.

   Остановимся на рассмотрении основных возможностей ИАС на примере теплопотребления 60 квартирного жилого дома по ул. Русская, г. Владивосток. Учет тепловой энергии и теплоносителя на тепловом пункте жилого дома осуществляется с помощью теплосчетчика. Теплосчетчик выполняет следующие основные функции: измерение основных параметров теплоносителя (расхода, температуры), вычисляет на основе измерений количество потребленной тепловой энергии, накопление и хранение необходимой для учета информации в архивах, предоставление архивных данных по запросу через коммуникационный интерфейс.

   Элементами системы управления, функциональная схема которой представлена на рис. 1, являются контроллер, 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.1 ‑ Функциональная схема АСУ теплопотребления жилого дома

   Система автоматического регулирования преобразует качественный способ регулирования, при котором потребляемая тепловая энергия Q зависит от температуры подаваемого в систему отопления теплоносителя t₁ при постоянном расходе М₁=const, в количественно-качественный. При количественно-качественном способе теплопотребление зависит как от регулирования температуры на источнике, согласно температурному графику, так и от регулирования расхода на тепловом узле потребителя: Q = f(M₁, t₁).

   Модуль «Зависимости», входящий в состав ИАС «СКУТЕР», позволяет обнаружить фактическую взаимосвязь между измеряемыми параметрами и произвести построение математической модели объекта с использование аппарата регрессионного анализа [2]. Выполним анализ теплопотребления дома на основе данных отопительного сезон в период с 24.12.2010 по 18.04.2011. Построив линейные зависимости Q = f(t₁) и Q = f(M₁), представленные соответственно на рис. 2а) и рис. 2б), видно, что для интервала с 24.12.10 по 01.02.11 зависимость Q от М₁ практически отсутствует, R² меньше 0,3. Прослеживается явная зависимость Q от t₁ (R²=0,96), что соответствует качественному методу регулирования. При таком режиме работы энергосберегающий эффект от применения системы автоматического регулирования практически равен нулю. Причиной отсутствия количественного регулирования, послужило отключение электропитания на контроллере. После устранения вышеуказанной причины для интервала с 01.02.11 по 08.04.11 зависимость Q от t₁ изменилась (R²=0,88), но зависимость Q от М₁ по-прежнему остается крайне слабой (R²<0,26). Причиной отсутствия зависимости тепловой энергии от расхода во втором случае является дефект электропривода регулирующего клапана. После восстановления нормального режима работы последнего появилась устойчивая зависимость Q от М₁ (R²>0,86), а зависимость Q(t₁) стала слабой (R²=0,35), что подтверждает принцип количественно-качественного регулирования.

   Отметим, что причинами низкого энергосберегающего эффекта от применения системы автоматического регулирования могут быть не только физические дефекты, связанные с элементами входящими в её состав, но также некорректные настройки контроллера или низкая температура теплоносителя, подаваемая теплоисточником в систему отопления объекта. В связи с необходимостью осуществлять обслуживание (техническое и информационное), установленных регуляторов на объектах теплоснабжения, разработано программное обеспечение для удаленного доступа с целью мониторинга функционирования системы и настройки параметров регулирования. В модуле ИАС «Регулятор ECL Comfort» (рис.3) реализованы следующие функции: считывание настроек регулятора и текущих измеренных значений, изменение температурного графика регулирования, задание уставок температур для дневного и ночного режима, установка расписания периодов снижения температурного графика, настройка коэффициентов ПИ-регулятора.

Рис.2а)

Рис.2б)

Рис. 3 ‑ Визуализация модуля «Регулятор ECL Comfort»

   Опыт эксплуатации автоматических систем погодного регулирования показывает, что помимо стандартных задач, которые решают информационно-измерительные системы, такие как формирование отчетных форм, графиков, таблиц, мониторинг мгновенных значений измеряемых параметров, существуют задачи, которые требуют более детального анализа и обработки данных. Эти задачи могут быть решены с помощью аналитических систем.

Литература

1. А.Н. Виноградов, С.А Даниельян, Р.С. Кузнецов, В.П. Чипулис. Опыт разработки и эксплуатации информационно-аналитических систем в теплоэнергетике // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т. 314. – № 5. C. 48–54.
2. В.П. Чипулис, Р.С. Кузнецов. Использование регрессионных моделей в информационно-аналитических системах объектов теплоэнергетики // Передовые информационные технологии, средства и системы автоматизации и их внедрение на российских предприятиях (AITA-2011): труды Международной научно-практической конференции. – М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2011. ‑ C. 400-405.