Обслуживание индивидуальных тепловых пунктов

в филиале «Петербургская Телефонная Сеть» ОАО «Северо-Западный Телеком»

Ю. В. Титович, В. М. Барашков, цех автоматизированного учета энергии филиала «Петербургская Телефонная Сеть» ОАО «Северо-Западный Телеком»,

А. М. Астапкович, А. А. Касаткин, специальное конструкторское бюро Государственного университета аэрокосмического приборостроения

31 октября 1995 года для централизованного обслуживания приборов учета тепловой энергии в ПТС было создано специализированное подразделение – цех автоматизированного учета энергии (цех АУЭ).

В условиях непрерывно увеличивающегося количества обслуживаемых узлов учета тепловой энергии (УУТЭ) и их территориальной удаленности, для сокращения эксплуатационных затрат в ПТС в 1997 году была создана автоматизированная система учета тепловой энергии (АСТУ-ПТС), обеспечивающая автоматизацию наиболее трудоемких и продолжительных по времени работ по обслуживанию УУТЭ.

АСТУ-ПТС, представляющая совокупность программно-аппаратных средств, создавалась на основе устанавливаемых тепловычислителей, требований «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя», финансовых возможностей и внедрялась поэтапно.

1 этап (1996 год) – закупка, установка оборудования УУТЭ и стандартных программно-аппаратных средств: факс-модемов, ПЭВМ, прикладных программ «Visikal» (для тепловычислителей МТ200DS ЗАО «Взлет»), «СП-Сеть» (для тепловычислителей СПТ, ЗАО «ЛОГИКА») и коммутируемых телефонных линий.

Цель работ – экспериментальное обоснование требований к программно-аппаратным средствам.

2 этап (1997 год) – совершенствование АСТУ-ПТС на основе опыта работ первого этапа и отзывов теплоснабжающих организаций (ТСО).

Цель работ – разработка специального программного комплекса (ПК) «Диспетчер УУТЭ» на основе СУБД MS Access и экспериментальное определение путей его совершенствования. Подробные характеристики ПК «Диспетчер УУТЭ» приведены в [1].

3 этап (1998 год) – совершенствование АСТУ-ПТС.

Цель работ – закупка многоканальных тепловычислителей типа «Взлет-ТСР» (ЗАО «Взлет») и разработка новой версии ПК «Диспетчер УУТЭ» – ПК «Аструм» [2].

4 этап (1999–2002 годы) – совершенствование АСТУ-ПТС.

Цель работ – закупка новых многоканальных тепловычислителей типа СПТ-961, СПТ-941, СПТ-942 (ЗАО «ЛОГИКА»), разработка ПК следующего поколения – «Кливер-Мониторинг», дополнительно обеспечивающего [3]:

- автоматизированное считывание и обработку информации с новых типов тепловычислителей, а также с тепловычислителей, соединенных по кольцевой схеме;

- автоматическое формирование и передачу отчетов (в электронном виде) в ТСО.

АСТУ-ПТС решает следующие основные задачи:

- удаленный автоматизированный съем, хранение и обработку данных с тепловычислителей, счетчиков ГВС и холодной воды по коммутируемым телефонным каналам связи с использованием модемов;

- оперативный круглосуточный автоматизированный контроль технического состояния УУТЭ;

- выявление аварийных и нештатных ситуаций на УУТЭ;

- оперативный круглосуточный автоматизированный контроль договорных норм теплопотребления и теплоснабжения;

- формирование отчетов о теплопотреблении в ТСО.

В отличие от автономного обслуживания УУТЭ при использовании АСТУ-ПТС время съема информации с УУТЭ сокращается до одной минуты, а время выявления аварийной или нештатной ситуации – до часа. В этих условиях обеспечивается:

- повышение среднемесячной экономии тепловой энергии в расчете на один УУТЭ более чем в 2,5 раза;

- снижение окупаемости затрат на создание УУТЭ до двух месяцев отопительного сезона;

- сокращение расчетной трудоемкости более чем в 2 раза.

Рисунок 1. Интенсивность возникновения аварийных ситуаций

Рисунок 2. Интенсивность возникновения нештатных ситуаций

На рис. 1 и 2 приведены данные по интенсивности возникновения аварийных и нештатных ситуаций за девять отопительных сезонов.

С 2003 года ПТС внедряет на своих объектах автоматизированные индивидуальные тепловые пункты (АИТП). К настоящему времени на восьми АТС созданы АИТП.

Вместе с тем, известные ограничения ПК «Аструм» и «Кливер-Мониторинг» по количеству обслуживаемых УУТЭ, уровню автоматизации задач и контролю аварийных и/или нештатных ситуаций, с одной стороны, и дистанционному управлению режимами работы АИТП, с другой стороны, определили необходимость создания новой распределительной информационно-управляющей системы (РИУС-ПТС).

С 2004 года в ПТС начата разработка и внедрение РИУС-ПТС, основу которой составляет ПК «ПоТок-С». В настоящее время завершен первый этап разработки [5].

Реализованный проект является первым опытом создания систем нового поколения. Системы подобного назначения обеспечивают возможность автоматического контроля возникающих аварийных и/или нештатных ситуаций в автоматическом режиме. При этом за диспетчером системы остаются функции контроля за верхним уровнем системы, а также функции по обеспечению организационных мероприятий, связанных с устранением возникших аварийных и/или нештатных ситуаций.

В настоящее время объекты ПТС можно разделить на две группы по признаку наличия автономного контура регулирования.

Рисунок 3. Структура РИУС-ПТС

Рисунок 4. Два типа структуры оборудования узлов учета

Структура системы представлена на рис. 3, 4. Система включает в себя две подсистемы: чисто информационную ПТС-1 (аналог ПК «Кливер-Мониторинг») и информационно-управляющую ПТС-2. Одной из целей первого этапа работ была отработка аппаратной составляющей подсистемы ПТС-2.

С учетом опыта эксплуатации предыдущей версии системы, использование которой становится весьма затрудненным при числе УУТЭ порядка 100, в РИУС-ПТС заложено требование обеспечить число контролируемых объектов до 300–400. Для реализации этого требования в РИУС-ПТС применяется база данных ORACLE и мультиплицированный модемный канал с максимальным количеством используемых модемов – 8, что обеспечивает необходимый запас как по производительности системы с точки зрения цикла опроса УУТЭ, так и по емкости базы данных. При этом выбор СУБД ORACLE был обусловлен тем, что использование этой базы данных является внутренним стандартом для информационных систем, эксплуатируемых в ПТС.

Одним из ограничивающих требований к системе являлась необходимость сохранения структуры коммуникационной компоненты, т. е. использование не более одной телефонной линии на один УУТЭ и одного контроллера ECL COMFORT-300 (Danfoss) для автоматического регулирования тепловых режимов. При этом подсистема ПТС-2 должна обеспечивать возможность дистанционного изменения параметров регулирования ECL COMFORT-300 с АРМ инженера.

Эти требования определили необходимость разработки уникальных контроллеров ASK Lab верхнего уровня для подсистемы ПТС-2.

АИТП, входящие в подсистему ПТС-2, снабжены автоматизированными задвижками с дистанционным управлением (рис. 4), управление которыми может осуществляться как контроллером ASK Lab в автономном режиме, так и в режиме ручного дистанционного управления с АРМ инженера.

Основные задачи контроллера нижнего уровня:

1. Обеспечение связи с контроллером верхнего уровня через модем по коммутируемым телефонным линиям;

2. Коммутация и контроль установочных и текущих параметров тепловычислителя;

3. Коммутация и контроль установочных и текущих параметров контроллера ECL COMFORT-300;

4. Изменение установочных параметров контроллера ECL COMFORT-300;

5. Выдача аварийного сигнала на контроллер верхнего уровня при отклонении текущих параметров от установленных или неисправности оборудования;

6. Дистанционное управление исполнительными органами системы отопления;

7. Таймерное управление краном реверса отопления.

В качестве примера рассмотрим подробное решение задачи таймерного управления краном реверса управления.

Известно, что наиболее распространенным способом отопления зданий является верхний розлив теплоносителя с однотрубными стояками отопительных приборов.

Недостатком такого способа отопления зданий является то, что вследствие теплоотдачи последовательно соединенных приборов отопления в стояках отопления и тепловых потерь, возникающих из-за транспортировки горячей воды по трубам, температура горячей воды уменьшается по мере удаления от точки разводки. Поэтому эффективность теплоотдачи нагревательных приборов по этажам различна и, соответственно, различна температура воздуха в помещениях по этажам. Так при отоплении здания с верхним розливом в верхних этажах возникает эффект перетопа, а в нижних этажах – эффект замерзания. Как следствие, на верхних этажах открываются форточки и отдается тепло в атмосферу, а на нижних этажах здания включаются электронагревательные приборы.

Учитывая, что жильцы верхних и нижних этажей здания оплачивают тепловую энергию одинаково, то недостаток существующего способа отопления многоэтажных зданий в условиях постоянно возрастающей стоимости за использование тепловой энергии приводит к значительному социальному неравенству жильцов.

С целью повышения эффективности отопления многоэтажных зданий в ПТС специалистами цеха разработан, запатентован и внедрен новый энергосберегающий способ отопления [6].

Суть способа заключается в том, что путем попеременного изменения направления циркуляции теплоносителя переключается системное отопление с верхнего розлива на нижний и наоборот. Такой способ отопления обеспечивает распределение тепловой энергии равномерно по всей высоте здания, так что наряду с эффектом комфортной температуры на всех этажах, жильцы здания за одинаковую плату получают равное количество тепла.

Этот способ отопления был внедрен и опробован на 5-этажном нежилом здании (типовой АТС). Был достигнут эффект выравнивания температуры в помещениях. В результате наблюдений было установлено, что при переключениях направления циркуляции теплоносителя температура воздуха в помещениях верхнего этажа снижалась на 2–3 °C, а в помещениях нижнего этажа повышалась на 5–7 °C.

Для контроля за результатами действия оператора АРМ инженера, а также в целях накопления опыта, на одном из АИТП была смонтирована система цифрового видеонаблюдения на базе четырехканального цифрового IP-видеоконтроллера. В этой конфигурации система обеспечивала для оператора возможность визуального контроля за текущим состоянием задвижек.

На рис. 5 показан вид виртуальной панели управления АРМ инженера в режиме ручного управления.

К настоящему времени проведен ряд экспериментов как по визуальному контролю за текущими положением задвижек, так и по визуальному способу съема показаний с манометров. При этом сжатый видеопоток передавался по 100 Мбитной локальной сети на АРМ инженера. При отображении информации с одной контрольной точки оператору представлялась возможность отслеживать ситуацию на объекте в телевизионном режиме, т. е. 25 кадр./с.

Следует отметить, что видеоконтроллер использует мульти-плицированный видеовход и при необходимости отображения двух и более точек возникают задержки, обусловленные тем, что минимальное время переключения между каналами составляет 250–300 м/с, что соответствующим образом ограничивает качество видео. Таким образом, при передаче команд управления по одному из каналов оказалось целесообразным отслеживать ее выполнение с помощью закрепленной за этим каналом камеры. При необходимости отслеживать ситуацию в двух и более контрольных точках разработанный ПК обеспечивает две возможности.

Рисунок 5. (подробнее) Один из вариантов реализации виртуальной панели управления для АРМ инженера

Во-первых, можно сканировать каналы по очереди с задаваемым оператором периодом переключения каналов, а во-вторых, использовать режим псевдоквадратора (рис. 5). В этом режиме на виртуальной панели-экране отображается от двух до четырех видеопотоков с отображением времени получения последнего кадра с объекта. При расширении этого способа контроля на все объекты архитектура системы несколько усложнится. В этом случае потребуется обеспечить возможность подключения IP-контроллера к сети Интернет.

Был выполнен ряд экспериментов по использованию модемов для передачи видеоизображений. Проведенные эксперименты показали, что в условиях Санкт-Петербурга имеется возможность передавать видеоизображение со скоростью 0,5–1 кадр./с, что обеспечивает возможность контроля по видеоканалу в реальном времени.

Таким образом, выполненные экспериментальные работы по проверке системы показали жизнеспособность выработанной концепции построения системы и ее работоспособность. Демонстрационный показ работы РИУС-ПТС представителям энергосбыта ГК ОАО «Ленэнерго» получил положительный отзыв.

Отработанные принципы построения системы, а также полученный коллективом цеха АУЭ опыт ее разработки и эксплуатации могут быть использованы при создании аналогичных систем для предприятий и организаций города.

Литература

1. Коммерческий учет энергоносителей: Материалы VI научно-технического семинара, СПб., ноябрь, 1997. С. 40–46.

2. Коммерческий учет энергоносителей: Материалы международной научно-технической конференции, СПб., ноябрь, 1998. С. 200–202.

3. Коммерческий учет энергоносителей: Материалы 14 международной научно-практической конференции, СПб., ноябрь, 2001. С. 141–143.

4. Коммерческий учет энергоносителей: Материалы 16 международной научно-практической конференции, СПб., декабрь, 2002. С. 80–81.

5. Коммерческий учет энергоносителей: Материалы 21 Международной научно-практической конференции, СПб, май, 2005. С. 285–288.

6. Титович Ю. В., Барашков В. М., Эйбер И. М. Способ отопления помещений многоэтажных зданий и устройство, его реализующее. Патент на изобретение № 2154239 от 10 августа 2000 года.