Анализ работы программного комплекса в части учета тепловой энергии в ЖКХ

С. Г. Пасынков, директор ПО «Домофон»,

Р. В. Тенякова, руководитель отдела программирования ПО «Домофон

Чтобы комплексно решать все задачи по сбору, хранению, обработке и передаче данных, в том числе по учету потребления тепловой энергии и горячей воды, в процессе эксплуатации жилых многоквартирных домов был разработан домовой мини-компьютер «СКАУТ», взаимодействующий с контроллерами различного назначения.

В настоящее время разработанный аппаратно-программный комплекс внедрен в г. Калуге, Обнинске и Балабаново. В г. Калуге собирается и анализируется информация с 21 тепловычислителя. Три из них опрашиваются с помощью домовых серверов (с мая 2007 года), остальные с использованием GSM-модемов (с октября 2007 года). В г. Балабаново – 70 теплосчетчиков жилых домов и 5 тепловычислителей котельных (с октября 2007 года). Сбор информации с этих тепловычислителей осуществляется всеми нижеперечисленными способами. В г. Обнинске информация собирается только домовыми серверами (с апреля 2007 года).

Проанализируем работу комплекса на примере г. Калуги. В практическом виде задача выглядела следующим образом. В нескольких городах Калужской области в жилых многоквартирных домах в разное время были установлены узлы учета тепловой энергии. На первом этапе работы было восстановлено оборудование, проведены необходимые поверки и модернизации. На втором этапе определены способы получения, обработки данных, формирования требуемых заказчиком отчетов. Сформулированы следующие возможные способы сбора показаний теплосчетчиков:

1. По компьютерной сети Ethernet через домовой сервер или преобразователи интерфейсов типа ADAM, MOXA или аналогичные;

2. С помощью GSM-модемов, соединенных с тепловычислителями по порту RS-232 (рис. 1);

3. С использованием радиомодемов;

4. С помощью устройств переноса данных (УПД) различных производителей;

5. Визуально с экранов теплосчетчиков.

Для решения задач учета было создано программное обеспечение, позволяющее обрабатывать всю разнородную информацию и вносить ее в единую базу данных.

Таким образом, был сформирован состав аппаратно-программного комплекса «СКАУТ-тепло», включающий:

1. Аппаратное обеспечение:

– периферийное оборудование: тепловычислители, устройства передачи данных;

– сервер автоматизированного сбора и хранения данных;

– АРМ-оператора по обработке, анализу данных и подготовке отчетов.

2. Программное обеспечение АРМ-оператора:

– комплекс программ предварительной подготовки данных;

– программа «Менеджер данных “СКАУТ-тепло”».

Рисунок 1. Внешний вид подключения тепловычислителя через GSM-модем

Создание единой базы данных позволило проводить анализ совершенно разных марок теплосчетчиков и способов сбора информации. Статистически обработанная информация помогает в разработке новых алгоритмов поиска неисправностей оборудования и нештатных режимов работы. Наличие в базе таблиц климатических данных позволит в дальнейшем провести корреляционный анализ между теплопотреблением, погодными условиями и характеристиками здания.

Информация о наличии данных позволяет оперативно контролировать работу аппаратно-программного комплекса сбора и предварительной подготовки.

Графическое представление, особенно за длительные сроки, дает наглядную картину работы тепловых систем и оборудования. Приведем несколько примеров.

1. В системе отопления в летний период ожидаемым является незначительное расхождение температур в прямом и обратном трубопроводах, что и наблюдалось почти во всех зданиях. Однако был выявлен теплосчетчик, в котором, начиная с некоторой даты, расхождение температур было существенно больше установленного предела. Такой анализ позволил вовремя, до начала отопительного сезона, заменить неисправный термопреобразователь. Если бы эта неисправность произошла во время отопительного сезона, выявить ее было бы очень сложно. На данный момент алгоритм автоматизированного проведения такого анализа реализован в программе.

На приведенном рис. 2 видно, что до 19 августа 2007 года оба термопреобразователя работали нормально. Разность измеренных ими температур составляла 0,25 °С. Затем датчик температуры подачи вышел из строя и был заменен 18 сентября 2007 года. Так как была заменена не пара целиком, эта разница составила уже почти 2 °С.

Систематическая погрешность в 2 °С при разности температур прямого и обратного трубопроводов в 20 °С дает в нашем случае 10 % ошибку в расчете теплопотребления в пользу потребителя.

2. Неисправности расходомеров отопления – наиболее легко обнаруживаемая неисправность. Простое вычитание протекающей массы теплоносителя выявляет либо утечки, либо неисправности оборудования.

3. Выход из строя расходомеров ГВС можно обнаружить, проведя анализ данных прямого и обратного расходомеров за достаточно длинный период времени. Неисправности обнаруживаются в идее скачкообразного изменения графика либо в виде постепенного уменьшения среднесуточного значения расхода.

4. Несколько сложнее обнаруживать утечки в системе ГВС. Непрерывный и неравномерный разбор горячей воды затрудняет их определение. Использование статистики потребления горячей воды жилым домом в ночные часы (3:00) позволяет улавливать фоновые потери для каждого дома. В основном это передавливание горячей воды в трубопровод холодного водоснабжения через неисправные квартирные смесители. Установив для каждого дома фоновый уровень потерь, можно контролировать появление протечек. До настоящего времени не было обнаружено таких протечек, однако таким методом в г. Обнинске было выявлено два дома, где фоновое потребление холодной воды в 100-квартирных домах достигало 600 л/ч и более. В одном доме в квартирах были обнаружены два неисправных сливных бачка, в другом – протекал вентиль в подвале, и вода уходила в ливневую канализацию. После ремонтов фоновое потребление в этих домах установилось на уровне 250–300 л/ч. В программе предусмотрена выборка ночных данных и их контроль по заранее установленным параметрам.

Рисунок 2 (подробнее)   Графики температур подающего и обратного трубопроводов системы отопления (слева) и разности этих температур (справа). Вверху – графики нормально функционирующего узла учета, внизу – неисправного

Итак, комплекс предназначен для сбора архивной информации тепловычислителей и конвертирования разнородных данных в единую информационную базу.

Для каждого варианта сбора информации было предусмотрено разное программное обеспечение. Чтение архивов домовыми серверами осложнялось тем, что серверы имеют различные операционные системы, и не всегда можно найти драйверы к теплосчетчикам под Linux, поэтому разработку таких программ приходилось выполнять заново. Подпрограмма сбора архивов через GSM-модемы выполнена для работы в автоматическом режиме. Сервер сбора данных через свой модем циклически опрашивает теплосчетчики и собирает принимаемую информацию в свой архив. Там же хранятся и файлы с различных устройств переноса данных (УПД). Разные марки теплосчетчиков предусматривают не только разные протоколы обмена данными, но и разные форматы ведения архива. Поэтому для каждого типа счетчика был разработан свой модуль конвертирования архива в базу данных.

Независимо от варианта сбора показаний, результатом является заполнение показаниями единой базы данных. База данных позволяет вести суточный и часовой архив показаний. Значения таких показателей, как масса, объем, энергия, хранятся в виде интегральных характеристик. Значения температуры, давления и расхода представляют собой средние суточные (или часовые) значения. Анализ ведется, в основном, по часовым данным.

Программный комплекс помогает быстро получать и обрабатывать данные теплосчетчиков, что способствует своевременному обнаружению и предотвращению аварийных ситуаций. Анализ данных позволяет повысить достоверность получаемой информации и представляет интерес, прежде всего, для поставщиков и потребителей тепловой энергии, эксплуатирующих организаций и управляющих компаний ЖКХ.