Автоматизация

Типовое решение: автоматизированная система контроля и диспетчерского управления системами жизнеобеспечения административного комплекса зданий.

«Промышленные АСУ и контроллеры», №4/2008
   

 



 

А.Ю. Угреватов – инженер по АСУТП НПФ «КРУГ»
Л.В. Гурьянов – канд. техн. наук, ведущий специалист НПФ «КРУГ»

 


Статья опубликована в журнале «ПромАСУ и К», №4/2008

На примере разработки системы жизнеобеспечения Административного комплекса №1 ОАО “Новошип” на базе SCADA “КРУГ-2000” рассматривается типовое решение для автоматизированной системы контроля и дистанционного управления жизнеобеспечением – АСКиДУ системами жизнеобеспечения АДК.

В настоящее время ни для кого не является секретом тот факт, что автоматизация систем жизнеобеспечения зданий – объект пристального внимания и интереса все большего круга людей. За рубежом давно уже не начинают строительство без проектов систем автоматизации. В чем же причина возрастающего интереса к этим системам? Ответ на данный вопрос станет ясным, если рассмотреть структуру затрат инвестора в стоимости здания на протяжении всего его цикла жизни (рис. 1).


Рисунок 1 - Структура затрат в стоимости здания (на основе данных Финской организации по стандартизации SFS)

Как видно, львиную долю средств инвестора, т.е. владельца здания, “съедает” как раз его эксплуатация. Системы “Интеллектуальное здание” – системы автоматизации и диспетчеризации инженерных систем зданий в целом – позволяют сокращать эти затраты за счет:

  • экономии энергоресурсов;
  • прогнозирования и оптимизации расходов на ремонт (путем предупреждения и недопущения аварийных ситуаций, планирования сервисного обслуживания);
  • повышения эффективности использования трудовых ресурсов;
  • повышения безопасности.

Несомненно, автоматизация систем жизнеобеспечения зданий имеет большое будущее, особенно на фоне повышения стоимости энергоресурсов.

Назначение автоматизации: создание системы централизованного диспетчерского контроля и управления для эффективной эксплуатации систем жизнеобеспечения зданий.

Назначение автоматизации

Создание системы централизованного диспетчерского контроля и управления для эффективной эксплуатации систем жизнеобеспечения зданий.

Типовые объекты автоматизации

Система теплохладоснабжения на базе структуры чиллер (теплообменник) – фанкойл, работающая в двух режимах: “Зима”/“Лето” (рис. 2).


Рисунок 2 – Система теплохладоснабжения

Зима. Теплоноситель (вода) циркулирует по системе: насосная станция – пароводяной подогреватель (теплообменник) – фанкойл. Пар, поступающий от котельной, подогревает теплоноситель, который насосами подается к фанкойлам.

Лето. Теплоноситель (вода) циркулирует по системе: насосная станция – чиллер (фреоновый “холодильник”) – фанкойл. Теплоноситель, охлажденный чиллером до нужной температуры, подается к фанкойлам. Каждый фанкойл работает автономно, автоматически поддерживая заданную температуру в своей зоне.

Горячее водоснабжение
Чаще всего система ГВС выполнена по закрытой схеме с циркуляционными трубопроводами. Нагрев воды в емкостных водонагревателях, например, по двухступенчатой схеме, позволяет обеспечить экономичный режим функционирования, а также не зависеть от сезонных отключений горячей воды.

Хозяйственно-питьевое водоснабжение
Для многоэтажных зданий рекомендуется организовывать систему ХПВ, состоящую из двух резервированных насосных установок, которые обеспечивают бесперебойную подачу воды и поддержание постоянного давления в системе.

Пожарное водоснабжение
Управление пожарным водоснабжением осуществляется от системы пожарной сигнализации, которая, как правило, является отдельной независимой системой. В систему диспетчерского контроля и управления вводятся лишь сигналы включения/отключения насосов и сигнал “Пожар” системы пожарной сигнализации.

Оборотное водоснабжение
Система оборотного водоснабжения предназначена для охлаждения чиллеров и может состоять, например, из 3 градирен, 2 резервируемых повысительных насосов, подающих воду к градирням, и 3 баков, аккумулирующих охлажденную в градирнях воду.

Приточная и вытяжная вентиляция
Чаще всего в зданиях административных комплексов приточную вентиляцию по одной из двух схем.
Первая схема, более простая, представляет собой группу приточных вентиляторов, расположенных, как правило, на техническом этаже и нагнетающих воздух из окружающей среды в систему вентиляции здания. Достоинства и недостатки данной схемы очевидны: решение потребует сравнительно небольших затрат, однако, воздух, нагнетаемый в помещения, никак не подготавливается (очистка, нагрев/охлаждение и т.д.), что особенно заметно в зимний период.
Вторая схема представляет собой группу приточных установок (центральные кондиционеры). Приточные установки являются готовой вентиляционной системой, включающей фильтр, вентилятор, воздухонагревательные/воздухоохладительные теплообменники, собранные в едином шумоизолированном корпусе. Системы вытяжной вентиляции состоят из групп вытяжных вентиляторов, также расположенных в венткамерах на технических этажах зданий. Следует заметить, что при поступлении сигнала “Пожар” от системы пожарной сигнализации системы приточной и вытяжной вентиляции начинают функционировать в особом режиме, обеспечивающем минимальное поступление свежего воздуха, насыщенного кислородом, приток которого может вызвать интенсивное горение и максимальное удаление дыма из помещений здания.

Дренажная система
Система дренажа бывает актуальна в местности с близким залеганием грунтовых вод и состоит из групп дренажных насосов, устанавливаемых попарно в приямках подвалов зданий.

Типовая архитектура автоматизированной системы

Типовая архитектура АСК и ДУ, построенная на базе SCADA “КРУГ-2000”, включает комплекс малогабаритных контроллеров, АРМ оператора и реализована как распределенная двухуровневая система управления (рис. 3):


Рисунок 3 - Структурная схема АСКиДУ системами жизнеобеспечения административного комплекса зданий

Верхний уровень – АРМ оператора (программный комплекс SCADA “КРУГ-2000” “Станция оператора/архивирования – сервер”).
Нижний уровень – промышленные малогабаритные контроллеры, размещенные в шкафах управления для настенного монтажа, установленные в непосредственной близости от автоматизируемого оборудования.
Большая рассредоточенность оборудования в зданиях и требование минимизации длины прокладываемого кабеля определяют следующие “архитектурные” решения подобных систем:

  • АРМ оператора располагают в здании АДК, наиболее насыщенного оборудованием (рис. 4);
  • малогабаритные контроллеры установлены в непосредственной близости от автоматизируемого оборудования.


Рисунок 4 - Центральный пункт управления

Следует отметить, что контроллеры, установленные рядом со станцией оператора, помимо своих основных функций, например, таких как сбор и обработка данных, выполнения алгоритмов контроля и управления, выполняют функции “мостов” (концентраторов) в сети RS-485. Такая структура позволяет свести к минимуму длину прокладки кабельной продукции, а также повысить общую “живучесть” системы, поскольку контроллеры подключены “звездой”.

Основные функции системы:

  • автоматическое управление (регулирование) оборудованием;
  • контроль и сигнализация (световая/звуковая) отклонений параметров от задаваемых границ;
  • дистанционное управление оборудованием;
  • предоставление наиболее полной и достоверной информации оперативному персоналу;
  • ведение и архивирование трендов, печатных документов, протоколов событий;
  • выполнение расчетов наработки оборудования;
  • программно-аппаратная самодиагностика основных элементов системы.

Отдельно необходимо сказать о возможности системы предоставления оперативному персоналу исторической информации о времени и продолжительности работы оборудования. Помимо простого подсчета нарастающим итогом, наработка оборудования отображается при помощи тренда в виде некоторой “нагрузочной кривой” (рис. 5). Эта кривая на тренде строится по точкам, которые соответствуют наработке за определенный промежуток времени (час, сутки).
Такое представление наработки позволяет отследить, в какие промежутки времени (например, в течение суток) оборудование работает наиболее интенсивно и, проведя определенный анализ, выбрать оптимальный режим его работы. Данная задача была реализована с помощью функций трендирования SCADA “КРУГ-2000”.


Рисунок 5 - Видеокадр трендов наработки оборудования

Результаты

Введение в эксплуатацию данных систем позволяет:

  • повысить надежность работы оборудования за счет контроля его диагностических параметров (например, температуры электродвигателей насосов);
  • накапливать историческую информацию о работе оборудования (в том числе и по наработке);
  • планировать оптимальный (экономичный) режим работы оборудования;
  • предупреждать возникновение аварийных ситуаций;
  • сократить количество дежурного оперативного персонала.

Примером такой разработки является автоматизированная система контроля и дистанционного управления системами жизнеобеспечения Административного комплекса № 1 ОАО “Новошип” на базе SCADA “КРУГ-2000”. Руководство ОАО “Новошип” выразило удовлетворение результатами работы и высказало пожелание о расширении данной системы за счет подключения дополнительных АРМ по Intranet-технологии, с использованием программного обеспечения “Web-Контроль”, разработанного НПФ “КРУГ”.