Автоматизированная система контроля и дистанционного управления системами жизнеобеспечения административного комплекса зданий

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

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

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.

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.

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

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.

Архитектура 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
• 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 предоставлять 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.

Пример такой разработки – 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».