АСКУЭ

Автоматизированная система контроля, учета потребления энергоресурсов, управления и диспетчеризации инженерным оборудованием жилых домов и объектов соцкультбыта города, района («Умный город»).

Системы автоматизированного управления энергопотреблением – государственная задача

Принятие Государственной Думой 13 марта 1996 года федерального закона «Об энергосбережении» обозначило политику государства в области эффективного использования энергетических ресурсов при их добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении.

Построение систем автоматизированного управления энергопотреблением – является одним из направлений государственного регулирования в области энергосбережения. Внедрение систем автоматизированного управления энергопотреблением становится одним из направлений политики государства в области энергосбережения.

Принятый закон устанавливает, что весь объем добываемых, производимых, перерабатываемых, транспортируемых, хранимых и потребляемых энергетических ресурсов с 2000 года подлежит обязательному учету.

Особенность: комплексное решение автоматизации в ЖКХ

Для автоматизированного управления энергопотреблением в жилищно-коммунальном хозяйстве разработана система, которая предназначена для контроля и коммерческого учета энергоресурсов, водопотребления, автоматического регулирования их распределением, а также управления и диспетчеризации инженерным оборудованием жилых домов и объектов соцкультбыта.

Примером успешной реализации проекта системы автоматизированного управления энергопотреблением в жилищно-коммунальном хозяйстве может служить внедрение автоматизированной системы контроля, учета потребления энергоресурсов, управления и диспетчеризации инженерным оборудованием жилых домов и объектов соцкультбыта города (АС КУЭ и РУД).

Цель и задачи

При построении АС КУЭ и РУД связываются несколько локальных и комплексных задач, каждая из которых требует своего технического решения.

Определяются следующие задачи:

• тепломеханическая – реконструкция индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) жилых домов;
• метрологическая – обеспечение измерений и коммерческого учёта теплоносителей;
• автоматическое регулирование параметров тепло-водоснабжения;
• мониторинга магистральных тепловых сетей на всём протяжении, от источников тепла до удалённых потребителей;
• построение системы передачи данных;
• контроль доступа в технические помещения;
• дистанционного диспетчерского управления;
• документирования и хранения информации;
• анализ протекания технологических процессов, состояния инженерного оборудования и сигнализации об аварийных ситуациях.

Для решения каждой из вышеперечисленных задач, требуется использование специалистов той области, в которой находится решаемая задача, а также различных материально – технических ресурсов.

Чтобы установить средства автоматизации в ИТП выполняется полная реконструкция ИТП жилых домов города, района.

Реконструкция предусматривает:

• создание проекта реконструкции ИТП, в который включает в себя тепломеханический расчет и разработку схемы тепло-водоснабжения с установкой циркуляционных насосов в контуре отопления и системе ГВС, функциональную и принципиальную схему автоматизации;
• полную замену существующей запорной арматуры на новую, современного типа с высокими эксплуатационными характеристиками;
• демонтаж реконструируемого ИТП;
• замену существующих участков трубопроводов в ИТП в соответствии с новой разработанной схемой;
• установку магнитомеханических фильтров, обратных клапанов, регуляторов, первичных датчиков КИП;
• монтаж электрооборудования, средств измерений, линий связи, шкафов управления и автоматики;
• наладку тепломеханического оборудования;
• наладку оборудования КИП и А;
• комплексную пуско-наладку.

Основными нормативными документами при создании проекта реконструкции тепломеханической части ИТП являются СниП 2.04.07-86* «Тепловые сети» и разработанный к нему свод правил по проектированию тепловых пунктов СП 41-101-95. Создание проекта включает в себя:

• предпроектное обследование тепловых сетей, зданий, тех. помещений, электрических сетей, линий связи;
• выбор схемы ИТП;
• тепломеханический расчёт ИТП, рабочих точек насосов отопления и ГВС, расчет характеристик регулирующих клапанов, расчёт потерь давления (напора), пределов измерений приборов и датчиков, выбор оборудования, комплектующих и материалов (составление спецификаций);
• разработку рабочей проектной документации;
• разработку исполнительной документации.

Кроме реконструкции ИТП ставится задача мониторинга магистральных тепловых сетей. Для этого на всём протяжении теплотрасс, в точках ответвлений, устанавливаются датчики давления и температуры.

На стадии предпроектного обследования выполняются эскизы существующих ИТП, измеряются диаметры и длины трубопроводов, производится цифровая фотосъёмка.

Намечаются предполагаемые трассы прокладок кабелей. Для предотвращения несанкционированного доступа в ИТП определяется объём строительных работ по оборудованию подвальных помещений стальными дверями, устройства кирпичных перегородок. Собираются данные о давлениях, температурах, расходах в тепловых сетях и сети ХВС. Производятся выкопировки из архитектурных чертежей зданий. Копируются разработанные и утверждённые температурные графики. Обследуются источники тепла – газовые котельные, для включения показаний местных измерительных приборов на сетевых трубопроводах перегретой воды и потребления газа в единую информационную систему. Обследуются электрощитовые помещения домов для определения точек подключения оборудования АС КУЭ и РУД и определения трасс прокладки кабелей.

Выбор технических решений

Многозадачность автоматизированной системы требует тщательного рассмотрения нормативной документации (НТД) в тех областях, которые она затрагивала. Анализ НТД показал, полная автоматизированная система не укладывается в требования различных надзорных органов. Поэтому проектная документация делится на части, каждая из частей представляет собой отдельный проект, который затем объединён общей описательной частью.

Иерархия проектной документации:

• на каждый тепловой узел разрабатывается проект организации коммерческого учёта тепла и теплоносителя, для сдачи энергоснабжающей организации в соответствии с «Правилами учета тепловой энергии и теплоносителя»;
• отдельной частью на этот же ИТП проект автоматического регулирования, управления и диспетчеризации;
• проект верхнего уровня системы АСКУЭ и РУД.

Пользование сетью для передачи данных осуществляется на рыночных условиях. Пользователи АС КУЭ и РУД объединены в отдельную группу, невидимую в поисковых системах и требующей авторизации при входе.

Реконструкция ИТП осуществляется в несколько этапов:

• ИТП изготавливаются как комплектные устройства в цеховых условиях с измерительными участками трубопроводов, с монтажной арматурой датчиков, запорной и регулирующей арматурой, магнитомеханическими фильтрами, шкафами автоматики и др., производятся гидравлические испытания, и доставляются к месту установки в частично разобранном виде (для удобства транспортировки);
• во время изготовления и комплектации ИТП производится замена старой вводной запорной арматуры на всех существующих (подлежащих замене) ИТП, с отключением от сетей тепло-водоснабжения. Устанавливаются новые шаровые краны, т.к. старая запорная арматура (в основном клиновые чугунные задвижки) не обеспечивала отсечения ИТП от сети;
• демонтаж старого ИТП, монтаж нового ИТП.

После монтажа трубопроводов, осуществляется монтаж оборудования автоматики и средств измерений.

Структура построения автоматизированной системы показана на рис.1

Структура автоматизации ИТП жилого дома предусматривается исходя из требований НТД, условий размещения, требований к безопасности, удобства в эксплуатации.

Метрологическая часть включает в себя разработку и обеспечение ИТП средствами измерений (СИ).

Все измерения и вычисления коммерческой части выполняются в соответствии с правилами учета тепловой энергии и теплоносителя и другой нормативной документации, регулирующей область коммерческого учёта.

Линии связи от первичных преобразователей коммерческой части к шкафу с тепловычислителем выполняются экранированными и неразрывными (нет промежуточных клеммных соединений), к каждому датчику подключена отдельная линия.

Структура и организация

АС КУЭ и РУД является системой с многоуровневой иерархией построения. Низшим уровнем системы являются средства измерения (СИ) преобразующие измеренные параметры контролируемых сред в унифицированные сигналы.

Следующим уровнем являются тепловычислители, которые выполняют вычисление количества тепла, сохраняют значения в энергонезависимой памяти в виде архивов, осуществляют передачу данных на верхний уровень системы по интерфейсу RS-485, по протоколу MODBus.

Верхним уровнем на ИТП является ПЛК (програмируемый логический контроллер), который является программируемым микропроцессорным устройством с энергонезависимой памятью, в которую загружается операционная система и программное обеспечение, обеспечивающее взаимодействие ПЛК с устройствами нижнего уровня и, через систему передачи данных (xDSL), с сервером АС КУЭ и РУД.

Сервер АС КУЭ и РУД является верхним уровнем в структуре системы. Через сервер организуется доступ пользователей, в соответствии с их правами, к базе данных и управлению инженерным оборудованием.

Управление энергопотреблением

В ПЛК устанавливается программное обеспечение, позволяющее осуществлять ПИД регулирование температуры отопления. Входные сигналы от датчиков температуры подключаются к модулю аналоговых входов. Управляющие импульсы на электроприводы регулирующих клапанов подаются через модули дискретных выходов. В память ПЛК вводится температурный график работы тепловой сети, в зависимости от температуры наружного воздуха, утверждённый энергоснабжающей организацией. Датчики температуры устанавливаются на подающем и обратном трубопроводах отопления. Датчик наружного воздуха устанавливается вне здания, в месте закрытом от прямых солнечных лучей. Регулирование осуществляется в соответствии с температурным графиком.

Программно устанавливается ограничение по температуре в обратном трубопроводе отопления. Если температура в обратном трубопроводе превысит значение, заданное графиком, то регулирующий клапан подмешивания перегретой воды закрывается, и вода в контуре отопления циркулирует до тех пор, пока температура в обратном трубопроводе не снизится до заданной.

На вход в ИТП из магистральных сетей подаётся перегретая вода, на выходе ИТП вода, подаваемая в систему отопления жилого дома. Температура воды в системе отопления жилого дома не должна превышать 95°С. Для снижения температуры теплоносителя в системе отопления при реконструкции устанавливаются корректирующие подмешивающие насосы.

Местное управление насосами отопления и ГВС, приводом регулирующего клапана температуры отопления монтируется в отдельном шкафу. На шкафах управления установлены ключи перевода управления в автоматический или ручной режим, кнопки пуска/останова насосов, переключатель управления приводом регулирующего клапана.

Шкафы автоматики, в которых смонтированы ПЛК и тепловычислители устанавливаются в электрощитовые жилых домов. Там же устанавливаются блоки бесперебойного питания.

В домах, где расстояние от электрощитовой до ИТП более допустимой длины кабелей измерительных цепей тепловычислителя, шкаф автоматики устанавливается рядом со шкафом управления в помещении ИТП, при этом выбирается соответствующий класс защиты исполнения шкафа.

Для того чтобы была возможность регулирования параметров теплосети по команде диспетчера, предусмотрен перевод в ручное управление регулирующих клапанов и управление клапанами вручную с центрального диспетчерского пункта. Такой режим необходим при аварийных ситуациях в магистральных теплосетях. Например, в случае падения давления в магистральной теплосети можно перевести регуляторы ИТП в ручной режим и на некоторое время закрыть регулирующие клапаны для более быстрой подпитки трубопроводов.

В настоящее время разработано программное обеспечение, позволяющее одновременно ступенчато, по 10% от полного хода электропривода, закрывать/открывать все регулирующие клапаны, для быстрого реагирования на падение давления в магистрали.

Для предотвращения ситуации, при которой в случае исчезновения напряжения в сети, регулирующие клапаны могут оказаться в закрытом положении, предусматривается установка блоков бесперебойного питания, которые позволят автоматически открыть регулирующие клапаны на заданное (при наладке) значение в процентах от полного хода клапана. Дискретные сигналы, несущие информацию о крайних положениях регулирующих клапанов, состоянии насосов, положении входных дверей и т.д. подаются на модуль дискретных входов ПЛК.

Расширение возможностей автоматизированной системы, постановка новых задач

Количество модулей ввода-вывода можно наращивать, в случае необходимости расширить систему АС КУЭ и РУД. При построении следующих этапов создания АС КУЭ и РУД можно обеспечить весь спектр функций предусмотренный требованиями к автоматизированным системам. Такими как:

• охранная и пожарная сигнализация;
• управление уличным освещением;
• управление насосами ХВС в зависимости от давления на верхних этажах;
• управление доступом в технические помещения;
• контроль загазованности и затопления технических помещений;
• возможность учёта электроэнергии с использованием многотарифных счётчиков электрической энергии;
• присоединения поквартирного учета тепла, горячей и холодной воды;
• возможность организации учёта потребления природного газа;
• возможность ведения переговоров диспетчера и персонала в технических помещениях;
• возможность осуществления видеонаблюдения за техническими помещениями, дворами и подъездами жилых домов и мест установки приборов учета и контроля.

А также вводить другие сигналы и воздействия, в которых может возникнуть необходимость.

Возможности и технические решения поэтапного внедрения автоматизации в ЖКХ

Кроме полностью автоматизированных ИТП, которые оснащены автоматическим регулированием, коммерческим учётом тепла, теплоносителя, ГВС и ХВС, циркуляционными и смесительными насосами в состав АСКУЭ и РУД включены ИТП жилых домов, в которых смонтированы только узлы коммерческого учёта ХВС и ГВС. На таких объектах нет автоматического регулирования, и управления.

На ИТП, оснащённых коммерческим учётом ГВС и ХВС, применена иная схема шкафа автоматики. Изменение схемы связано со снижением стоимости автоматизации одного ИТП. Отсутствие, на данном этапе создания АСКУЭ и РУД, регулирования и управления, также сокращает затраты на автоматизацию. Не устанавливаются насосы в системах отопления и ГВС, не устанавливаются регуляторы температуры, исключается шкаф управления насосами и регулирующим клапаном.

Технические решения мониторинга магистральных сетей

В функции АСКУЭ и РУД входит мониторинг магистральных сетей тепло-водоснабжения. Вдоль магистральных трубопроводов в точках ответвлений, устанавливаются датчики давления и температуры. Для монтажа датчиков давления пименяется технология врезки в трубопроводы под давлением.

Экономическая эффективность от внедрения автоматизации в ЖКХ

Создание АСКУЭ и РУД связано с большими затратами на проектирование системы, приобретение и монтаж средств вычислительной техники, телемеханики, автоматики и контрольно-измерительной аппаратуры. Необходимо правильно оценить показатели экономической эффективности АСКУЭ и РУД и определить пути их повышения.

Расчеты экономической эффективности производятся с учётом не только сокращения прямых затрат на тепло-водоснабжение, но косвенных показателей эффективности, которые отражаются на результатах деятельности предприятия не непосредственно, а за счёт повышения уровня управления, оперативности и действенности принимаемых решений, прогнозирования развития и планирования, на основе точной информации.

При определении экономической эффективности АСКУЭ и РУД обязательным условием является сопоставимость всех показателей: во времени, по ценам и тарифным ставкам заработной платы, используемым при определении показателей, по рассматриваемым элементам затрат. Экономические показатели определяются на основе действующих, на момент расчета оптовых цен, тарифов и ставок заработной платы, нормативов. Расчет экономической эффективности базируется на сопоставлении затрат ресурсов и обусловленного этими затратами результата.

Информация, хранящаяся в базе данных, является продуктом, который используется различными подразделениями предприятия. Аварийно-диспетчерский участок использует полученную информацию для предупреждения и локализации аварий, оптимизации тепло-водоснабжения, и т. д. Ремонтно-эксплуатационный участок использует информацию из базы данных для организации ремонтов оборудования, регулировок сетей тепло-водоснабжения. Отдел главного энергетика организует взаиморасчёты с производителями и потребителями тепла, ГВС и ХВС, рассчитывает потребности энергохозяйства предприятия в оборудовании и материалах,. Руководство предприятия проводит анализ собранной информации и прогнозирует работу предприятия на будущее, планирует дальнейшее развитие. Таким образом, база данных является информационным продуктом, который влияет на всю хозяйственную деятельность предприятия. Включение в состав АСКУЭ и РУД дополнительных функций, например, учёт электроэнергии повысит экономический эффект за счёт оптимизации работы участка электроснабжения.

Перспективы развития автоматизированной системы и повышения экономической эффективности

Если расширить базу данных и внести в неё информацию о типах приборов, сроках их службы, периодах поверки, диаметрах, толщине стенок и марках стали трубопроводов, запорной арматуре, дате установки оборудования и т.д. Тогда, разработав соответствующий программный продукт, можно планировать объём ремонтных работ на будущее, определять количество оборудования и материалов на предстоящие работы, планировать бюджет предприятия, и т.д.

Внесение в базу данных информации о зданиях, например:

• архитектурная серия дома;
• дату постройки и сдачи в эксплуатацию;
• количество квартир, жильцов, характеристики помещений;
• даты ремонтов;
• данные об отопительных батареях и сантехнике (тип, количество, срок службы и т.д.);
• данные об электрооборудовании, проводке, автоматах защиты и т.д.;
• прочую информацию о зданиях.

Организация такой базы данных окажет влияние на деятельность всего предприятия, экономический эффект от её использования возрастет в несколько раз.

Ведение такой базы данных и формирование представления затребованной информации в нужном виде потребует разработки новых программных продуктов, которые были бы адаптированы под те задачи, которые находятся в компетенции потребителей программного обеспечения.

В дальнейшем, доступ к базе данных через Internet можно обеспечить специалистам городской и областной администраций, курирующих ЖКХ.

В этом случае, экономический эффект будет ещё выше, т.к. данные об объектах ЖКХ могут использоваться при формировании городского и областного бюджетов.

Заключение

Если ранее автоматизированные системы были доступны крупным, мощным в финансовом отношении или оборонным предприятиям, имеющим свой штат специалистов, то сейчас автоматизированные системы становятся доступны всё более широкому кругу потребителей.

В настоящее время автоматизацией в той или иной степени занимаются многие фирмы. Но не многие из них используют комплексные подходы к решению задач автоматизации. Этому есть разные причины. В основном, это желание сконцентрироваться на одном виде деятельности и досконально освоить его. Это позволяет достичь высокого качества в предоставляемых услугах и увеличить прибыль за счёт типовых решений. Однако Заказчика уже не устраивает ситуация, когда он должен обращаться в несколько фирм, каждая из которых выполнит только ту часть работы, которая соответствует её специализации. Заказчик желает видеть одного исполнителя, который выполняет всю работу и отвечает за работу системы в целом.

Поэтому на нашем предприятии работает специалисты в различных областях производства, объединённых одной общей задачей – создание автоматизированных систем любого назначения.

Контакты:

Web-сайт: www.ueef.ru