Эффективные системы диспетчеризации современных зданий и комплексов

Диспетчеризация зданий

Современное здание, независимо от своего типа – жилой ли это дом, офисный или торговый центр, или же спортивное сооружение – содержит большой объем инженерного оборудования. Причем доля инженерного оборудования в общей стоимости здания непрерывно растет. Почему? Потому что с каждым годом также неуклонно повышаются представления о комфортности пребывания человека в здании.

В настоящее время поддержанием в здании требуемых санитарно-гигиенических условий, обеспечением его безопасности и защищенности от внештатных ситуаций занимаются множество подсистем инженерного оборудования, каждая из которых характеризуется достаточно большим набором контролируемых технологических параметров и сигналов управления. В совокупности, все они образуют то, что называется системой жизнеобеспечения здания.

В общем случае, такая система включает в себя следующие направления (подсистемы):

вентиляции и кондиционирования воздуха (приточные и вытяжные системы, центральные кондиционеры и кондиционеры доводчики: фанкойлы и регуляторы воздушного потока, тепловые завесы),
холодоснабжения (холодильный центр, станции холодоснабжения),
теплоснабжения (индивидуальный тепловой пункт (ИТП) или котельные установки),
водоснабжения, водоподготовки, канализации, дренажа (станции управления насосами),
пожарная и охранная сигнализации,
противопожарная автоматика (вентиляторы подпора воздухом и вентиляторы дымоудаления, огнезащитные клапаны и клапаны дымоудаления, система пожаротушения, системы водяного и газового пожаротушения),
электроснабжения и электроосвещения (трансформаторная подстанция, дизель-генераторная установка, распределительные устройства, мощные источники бесперебойного питания, электрообогрев трубопроводов, воронок и лотков водостока),
лифтовое и эскалаторное оборудование,
Возможны и прочие подсистемы.

Зачем нужна диспетчеризация

Для организации взаимодействия между отдельными подсистемами инженерного оборудования, а также автоматизированного оперативного контроля и управления организуется система диспетчеризации, в которую, в виде отдельных составляющих, входят подсистемы автоматизации того или иного инженерного оборудования.

Необходимость создания такой системы диспетчеризации тем оправданнее, чем больше объем инженерного оборудования. Общее количество параметров контроля и управления современного здания (комплекса зданий) может достигать нескольких тысяч.

Поэтому недопустим применяемый для небольших объектов подход, при котором автоматизация контроля и управления строится на отдельных локальных контроллерах, встроенных в оборудование или смонтированных отдельно и не связанных в единую систему. И вот почему.
Например, с помощью одного локального контроллера можно автоматизировать водоснабжение (управление работой насосов, поддерживание необходимого давления и уровня, автоматическое переключение основного и резервного насосов и т.п.). Аналогично – с индивидуальным тепловым пунктом.

Автоматизированное управление противопожарной автоматикой дается чуть сложнее. Недостаточно просто закрыть огнезадерживающие клапана и включить противодымню вентиляцию. Надо, например, блокировать работу лифтов, произвести ряд регламентных действий с вентиляцией. А это уже – взаимодействие с другими подсистемами.

Автоматизацию системы вентиляции и кондиционирования воздуха (часто, одной из самых объемных по числу контролируемых технологических параметров и управляющих сигналов) можно, например, выполнить локальными регуляторами (что часто так и делается). Они будут добросовестно управлять приточными и приточно-вытяжными системами, вентиляторами и клапанами по сигналам от датчиков температуры, влажности и др., установленных в помещениях и воздуховодах данного этажа. Однако, в процессе эксплуатации уже сданных систем, службы эксплуатации многих зданий «входят во вкус» и требуют, например, «автоматизированное управление группами объектов по расписанию». Для этого необходимо все локальные регуляторы объединить локальной технологической сетью с выходом на ПЭВМ диспетчера (т.е. заранее предусмотреть систему диспетчеризации). А бывает и так, что уже закупленные и давно работающие регуляторы даже не имеют интерфейса для подключения в сеть…

Правда, достаточно часто, система диспетчеризации устанавливается поставщиком автоматики вентиляции, отопления и холодоснабжения. Однако, эта установленная система диспетчеризации «ничего не хочет знать» про все другие подсистемы. Потому, что другие подсистемы, например, проектировались разными проектными организациями или уже «de-facto» построены на разной программно-аппаратной базе. Попытки создать систему диспетчеризации в таком случае натыкаются на серьезные проблемы аппаратной и программной несовместимости и требуют затрат на установку дополнительного оборудования или разработку дополнительного программного обеспечения (в конечном итоге – дополнительных денег, и немалых).

Как и везде, в области автоматизации и диспетчеризации зданий есть и свои «рекордсмены» по трудоемкости автоматизации. Это, очень часто, офисные и банковские центры – понятно почему. Но мало кто знает, что создать систему диспетчеризации в современном медицинском центре или спорткомплексе ничуть не легче.

Подобные объекты часто располагаются на территории несколько десятков гектар и обязательно имеют в своем составе сооружения так называемого технологического сопровождения (прачечные и дезкамеры, пищеблоки и др.), требующие отдельных более жестких санитарно- гигиенических условий и более сложных регламентов (алгоритмов) по их управлению.
Таким образом, современное здание сильно насыщено техническими средствами, автоматизировать, диспетчеризировать и обслуживать которые становится все сложнее.

Что предлагает ДЭП

Представляемый компанией ДЭП подход позволяет построить системы автоматизации и диспетчеризации практически любой конфигурации и сложности, используя единый унифицированный набор стандартных программных и аппаратных компонентов, разработанных с учетом специфических российских условий.

В нашей стране слепое копирование «интеллектуального здания» по зарубежным образцам может просто оказаться экономически и технически нецелесообразным. Объективных причин тому – множество, наиболее, на наш взгляд, характерные – низкая стоимость энергоносителей и недостаточная квалификация персонала, обслуживающего систему после ее ввода в эксплуатацию.

В результате сложившихся в нашей стране «структурных перекосов» многим потенциальным заказчикам не только «интеллектуальное здание», но и даже простейшая система диспетчеризации часто бывает не по карману.
Поэтому наш подход реализует современный уровень «интеллекта» для принципиально важных подсистем здания, обеспечивает требуемый комфорт и энергосбережение за приемлемую для российского заказчика цену.
Наш подход к созданию таких систем позволяет строителям и инвесторам оптимизировать затраты на строительство, а собственникам – сократить эксплуатационные расходы.

Комплекс ДЕКОНТ

Такой достаточно гибкий и эффективный инструментарий для создания описываемых систем предоставляет многофункциональный комплекс ДЕКОНТ(2). На базе этого конструктора создается единая автоматизированная система управления эксплуатацией здания.

Система обеспечивает управление и мониторинг вентиляции и кондиционирования, электроснабжения, теплоснабжения, водоснабжения, освещения, лифтового хозяйства, тепловых пунктов, насосных станций, противопожарной автоматики, дымоудаления, а также учета энергоресурсов. За последнее время возможности нашего подхода значительно расширились за счет сертификации ДЕКОНТ для применения в системах пожарно-охранной сигнализации и управления.

Таким образом, предлагаемая единая программно-аппаратная база обеспечивает ЕДИНЫЙ диспетчерский пункт (очень часто это – просто одна ПЭВМ на ВСЕ перечисленные подсистемы).

Реализуемые технологические подсистемы

В перечисленных объектах АСДКиУ обеспечивают контроль и управление следующих технологических подсистем:

системы вентиляции и кондиционирования,
системы противодымной защиты,
системы электроснабжения, освещения и подогрева,
системы теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения,
системы холодоснабжения,
системы водоснабжения, водоподготовки и канализации,
пожарно-охранной сигнализации и управления,
учета энергоресурсов.

Структура предлагаемой системы

АСДКиУ состоит из диспетчерского пункта и шкафов автоматики (ША), в которых размещаются свободно программируемый контроллер с модулями ввода-вывода, обеспечивающие функции управления и сбора данных с близлежащего инженерного оборудования. Количество и расположение шкафов автоматики в каждом здании может быть произвольным и, в основном, зависит только от планировки зданий и мест установки технологического оборудования. Как правило, шкафы автоматики располагаются вблизи инженерного оборудования.

Часто шкафы автоматики комплектуются не только по топологическому принципу («контролирую все, что рядом»), но и по функциональному, когда один ША обрабатывает сигналы только с одного агрегата или группы однотипных агрегатов. Функциональный подход, естественно, несколько дороже. Однако, на крупных объектах бывает так, что обслуживающий персонал поделен на независимые службы эксплуатации (например, на «вентиляционщиков», «электриков» и т.д.). По установленному регламенту каждая служба имеет право обслуживать только свои подсистемы и не имеет право открывать ША другого инженерного оборудования. В этом случае основным критерием проектирования ША должен быть функциональный подход.

Для управления жизненно важными узлами здания также практикуется резервирование информационных и управляющих каналов модулей ввода-вывода (на практике 10 – 20% запаса), а также установка по отдельному контроллеру на каждый критичный контур (агрегат) системы.

В диспетчерском пункте размещается, как правило, один персональный компьютер с установленным специализированным программным обеспечением «АРМ-Диспетчера». Все контроллеры шкафов автоматики связаны с компьютером через локальную технологическую сеть (ЛТС) на базе интерфейса RS485. Топология ЛТС не имеет ограничений и определяется только из условий наиболее экономичной прокладки кабелем типа «витая пара в экране». Длина каждого сегмента ЛТС может быть до 1,5 км. Количество сегментов в сети и суммарное количество подключаемых контроллеров в системе практически не ограничено.

Основные функции

АСДКиУ осуществляет выполнение следующих общих функций:

задание режимов работы инженерного оборудования и уставок регулируемых параметров,
автоматический контроль всех механизмов контролируемого инженерного оборудования (насосов, клапанов, задвижек, заслонок и т.д.) с отображением на диспетчерском пункте данных об их фактическом состоянии и положении,
индивидуальное и групповое телеуправление агрегатами и отдельными устройствами различных систем инженерного оборудования (кондиционерами, вентиляторами приточных и вытяжных установок, насосами, задвижками, воздушными заслонками и т.д.) по командам диспетчера и автоматическое по расписанию,
автоматическое обнаружение аварийных ситуаций, принятие действий по сохранению оборудования в этих ситуациях и по выходу аварийных ситуаций,
автоматическая передача на диспетчерский пункт аварийных и предупреждающих сигналов, их регистрация и требование диспетчеру по обязательному квитированию,
телеизмерение параметров, необходимых диспетчеру для оперативного контроля и управления работой инженерного оборудования, а также для предупреждения различных аварийных и предаварийных ситуаций,
телерегулирование различных параметров (температура, давление и т.д.) с помощью регуляторов температуры и давления, регулируемых воздушных заслонок с целью обеспечения нормальных условий работы для технологического оборудования, а также поддержания комфортных условий в помещениях.

Дополнительно АСДКиУ обеспечивает непрерывную диагностику каналов связи, работоспособности контроллеров, модулей ввода-вывода и оперативную индикацию диспетчеру выявленных неисправностей с автоматическим занесением в журнал.

При этом система может запустить запрограммированный алгоритм останова соответствующего оборудования и запуск оборудования при устранении неисправности.

Режимы управления

АСДКиУ обеспечивает несколько режимов управления инженерным оборудованием:

Полностью автоматическое управление,
Дистанционное ручное управление исполнительными механизмами с ПЭВМ диспетчера,
Дистанционное ручное и дистанционное автоматическое управление исполнительными механизмами от панелей управления, встроенных в ША,
Дистанционное ручное управление исполнительными механизмами с помощью переносных минипультов, выдаваемых персоналу,
Дистанционное либо местное ручное управление от кнопок ручного управления, располагаемых либо в ША, либо непосредственно около исполнительного механизма.

В случае полностью автоматического управления, программируемые контроллеры, установленные в ША, реализовывают оперативный процесс управления самостоятельно, без участия ПЭВМ диспетчера.

Из АРМ-Диспетчера могут лишь поступать (в автоматическом режиме) команды по смене установок и др., основанные, например, на заранее составленном диспетчером графике группового управления оборудованием. Отказ компьютера или линии связи между ПЭВМ и ША не приведет к остановке системы. Будет лишь затруднено получение информации и смена установок управления.

Даже в случае выхода из строя АРМ диспетчера получение информации и коррекция установок (если необходимо) могут быть осуществлены с помощью локальных панелей индикации и управления, размещаемых на лицевой поверхности ША или же с помощью переносных малогабаритных минипультов.

Примеры

Система водоснабжения

Подсистема водоснабжения управляет работой насосов, контролирует поддержание необходимого давления или уровня. В целях равномерной выработки ресурса насосов производится автоматическое переключение основного и резервного насосов.

В случае выхода насоса из строя, система автоматически подключает резервный насос, диспетчеру на ПЭВМ выдается аварийное сообщение. При этом диспетчер контролирует: давление в трубопроводах до и после насосов, состояние насосов, производительность насосов, уровни в дренажных приямках. При необходимости, осуществляется учет потребленной воды по каждому потребителю и по всей системе.

Система теплоснабжения

Подсистема теплоснабжения регулирует и поддерживает в заданных пределах следующие параметры: температуру и давление теплоносителя в прямом и обратном трубопроводе (в зависимости от температуры наружного воздуха, в соответствии с графиком теплоснабжающей организации), величину открытия регулирующих клапанов, производительность и состояние циркуляционных насосов.

Ведется учет ресурса оборудования, обеспечивается оперативная сигнализация о работе насосов, о превышении предельных значений давления и температуры в контролируемых точках. При необходимости, осуществляется учет потребленного тепла, а также учет потребленной воды на горячее водоснабжение.

Система вентиляции и кондиционирования

Подсистема вентиляции и кондиционирования осуществляет контроль и управление по сигналам от установленных в помещениях и в воздуховодах датчиков температуры, влажности и содержания углекислого газа в воздухе. Отслеживается ресурс и аварийные режимы работы оборудования.

Дополнительно, с ПЭВМ диспетчера в автоматическом режиме также производится управление оборудованием с учетом алгоритмов энергосбережения – дополнительные режимы работы в часы пониженных нагрузок, а также отработка заданных алгоритмов группового включения-выключения.

Система электроснабжения

Система электроснабжения обеспечивает:

контроль и индикацию на ПЭВМ диспетчера положения коммутационных аппаратов и узлов электропитания,
обнаружение аварийных и предаварийных ситуаций и отказов аппаратуры по изменению положения коммутационных и защитных аппаратов,
автоматическое переключение на резервное или автономное электроснабжение при отключении или выходе из строя основного питания,
дистанционное управление коммутационными аппаратами и узлами с ПЭВМ диспетчера или ША,
контроль и учет энергопотребления.

Взаимодействие подсистем

Например, при поступлении сигнала пожарной тревоги в автоматизированном режиме выполняет ряд противопожарных мероприятий, в частности:

выключает вентиляционные установки и кондиционеры той пожарной зоны здания, откуда пришел сигнал пожарной тревоги, закрывает соответствующие огнезащитные клапаны,
открывает клапаны дымоудаления, включает противодымную вытяжную вентиляцию на путях эвакуации и систему подпора воздухом в лифтовые шахты и лестничные клетки,
выключает тепловые завесы и доводчики,
останавливает холодильные машины и насосы в системе холодоснабжения,
на лифты подается команда перевода в пожарный режим, блокируются кнопки управления, кабины принудительно опускаются на первый этаж и открываются двери,
выдает сигнал на пульт пожарной охраны района.

Технические средства системы

Контроллеры и модули ввода-вывода

Оборудование ДЕКОНТ использует промышленный свободно программируемый контроллер Деконт-182, набор сменных интерфейсных плат и широкий спектр модулей ввода-вывода. Все оборудование ДЕКОНТ работает в расширенном температурном диапазоне (-40…+70 град. С), имеет трехлетнюю гарантию, занесено в Госреестр средств измерений и имеет международный сертификат качества ISO 9001.

Контроллеры Деконт-182 имеют энергонезависимую память (1Мб), обеспечивающую хранение программ и данных до 10 лет. Кроме этого, в контроллерах установлен FLASH-диск (8Мб), на который после окончания конфигурации записываются алгоритмы и необходимые параметры управления. Контроллеры имеют часы реального времени – при необходимости, на FLASH-диске контроллеры ведут свои собственные архивы данных и событий (с привязкой к астрономическому времени), позволяющие восстановить картину аварии или сбоя питания. Для местной визуализации данных к контроллеру может подключаться переносной пульт с ЖК-дисплеем и кнопками.

В контроллер можно установить дополнительные интерфейсные платы (интерфейсы), с помощью которых существенно расширяются коммуникационные и связные возможности контроллера. Например, любой контроллер может работать по модемной связи (выделенные и коммутируемые телефонные линии), подключаться к радиостанциям с организацией радиосети, подключаться к GSM и GPRS-связи, передавать данные по линиям напряжения и др.

С помощью интерфейсов также эффективно организуются резервные каналы связи.
Широкий спектр поддерживаемых аппаратных интерфейсов, стандартных коммуникационных протоколов обеспечивает безболезненную интеграцию с другими внешними системами. Поддерживаемые разнообразные уникальные протоколы общения (драйверы) гарантируют автоматическое сопряжение с периферийными интеллектуальными приборами сторонних производителей (локальные контроллеры, электро- и теплосчетчики, частотные регуляторы и др.).

Шкафы автоматики (ША)

Каждый ША является проектно-компонуемым изделием, т.е. количество и типы обрабатываемых сигналов выбираются исходя из конкретных технических характеристик автоматизируемого оборудования. Компоновка ША под требуемый набор сигналов производится путем выбора соответствующего количества модулей ввода-вывода.

Внутри шкафа (используются шкафы со степенью защиты от окружающей среды – от IP54 до IP65) имеется вертикальная монтажная панель (многоуровневый монтаж), на которой устанавливаются модули ввода/вывода, контроллер, клеммные соединители, релейные элементы и крепежные элементы, перфорированные короба для подвода кабелей к модулям.

На дверце шкафа с внешней стороны размещаются органы управления/индикации (светодиодные индикаторы, кнопки управления, локальный пульт контроля и управления).
В комплексе ДЕКОНТ применены специальные конструктивные, схемотехнические и программные решения, обеспечивающие эффективную работу при высоком уровне электромагнитных помех и нестабильном питающем напряжении.

Поэтому допускается размещение модулей ввода-вывода и контроллеров в непосредственное близости с силовым электротехническим оборудованием: автоматическими выключателями, контакторами, пускателями, а так же подключение периферийного оборудования посредством отдельных удаленных модулей ввода-вывода (терминальные выносы). Это позволяет создавать распределенные системы и комбинированные шкафы автоматики и управления (ШАУ).

Программное обеспечение

Программное обеспечение АРМ-Диспетчера обеспечивает современный интуитивно-понятный пользовательский интерфейс, а также включает удобные инструментальные средства. В частности, пользовательский интерфейс обеспечивает реализацию следующих функций:

отображение информации в виде мнемонических схем с выдачей на них в реальном времени значений измерений, значений установок регуляторов, различных пиктограмм и других графических объектов,
выдачу аварийных сообщений о нерасчетных режимах работы и параметрах, выходящих за пределы расчетных значений в виде сигнализаторов различного типа на экране (сообщение в информационном окне, выделение цветом неисправного устройства) и передачу аварийных сообщений в базу данных для формирования журнала отказов, а также, на звуковое устройство и принтер в реальном режиме времени,
ввод управляющих воздействий при помощи клавиатуры или мыши для изменения установок, смены просматриваемых мнемосхем, дистанционного ручного пуска и останова технологических установок,
автоматизированное «управление группами объектов по расписанию»,
Ведение архивов (трендов) для всех аппаратных сигналов и расчетных технологических переменных, количество архивируемых сигналов, групп трендов и количество трендов в группе ограничивается только ресурсами компьютера,
возможность гибкой фильтрации записей архивов по ряду критериев отбора,
возможность формирования отчетов на основе задаваемых пользователем шаблонов,
просмотр архивной информации в виде графиков и таблиц, возможность экспорта архивных данных в форматы данных других приложений,
Программное обеспечение поддерживает стандарт OPC в полном объеме для обмена данными с другими Windows-приложениями (если это необходимо).

Имеются средства разграничения доступа к системе (оперативные и архивные технологические данные, корректировка конфигурации и установок, выдача команд управления), а также возможности по организации на верхнем уровне нескольких рабочих мест для всех заинтересованных служб.

Отладка и загрузка программного обеспечения в контроллеры может производиться как локально (по месту установки, например с помощью Notebook), так и по локальной технологической сети – через ПЭВМ диспетчерского пункта.

Весь спектр услуг

Научно-технический потенциал компании ДЭП позволяет успешно разрабатывать и внедрять системы автоматизации и диспетчеризации на самых разнообразных объектах. Подразделения нашей компании имеют все необходимые лицензии и гарантируют выполнение всех этапов работ с требуемым качеством. Мы выполняем: