Автоматизация центральных тепловых пунктов

Предлагаемый программно-аппаратный комплекс позволяет управлять центральными тепловыми пунктами (ЦТП), как с местной панели оператора, так и с автоматизированного рабочего места диспетчера тепловых сетей (или нескольких). Решение не требует прокладки дополнительных линий связи, так как передача данных на диспетчерскую производится в зашифрованном виде по каналам GSM, возможно применение других каналов связи при их наличии. Кроме того, данный комплекс может быть полезен в случаях, когда приходится часто изменять параметры системы теплоснабжения, при этом нет необходимости поездок на объект.

Описываемый программно-аппаратный комплекс проходил опытную эксплуатацию на ЦТП города Калининграда и показал надёжность и гибкость представляемых технических решений.

Технология ЦТП

Функциональная схема автоматизации типового ЦТП (рис. 1)  включает системы автоматического регулирования технологических параметров отопления и ГВС.

Схемой автоматизации предусматривается:

• регулирование температуры в системе отопления согласно погодному графику;

• регулирование перепада давления в системе отопления;

• регулирование давления в «обратке» системы отопления;

• регулирование температуры в системе ГВС;

• регулирование давление в «подаче» системы ГВС;

• регулирование перепада давления в «циркуляции» системы ГВС;

• контроль давления после насосов;

• защита от «сухого хода»;

• контроль и индикация перепада давления на фильтрах;

• контроль срабатывания сбросных клапанов;

• управление запорной арматурой на всех вводах;

• считывание информации с тепловых счётчиков;

• передача диспетчеру сигналов «пожар» и «проникновение» с охранно-пожарного прибора;

• передача информации с АВР системы электроснабжения ЦТП.

Структура программно-аппаратного комплекса является распределённой и отказ функционирования её элементов или каналов связи не влияет на работоспособность остальных элементов и всей системы. Система автоматизации отдельного ЦТП позволяет полноценно функционировать объекту в автономном режиме.

Аппаратная часть комплекса

Функции регулирования, обработки входящих и формирования исходящих сигналов возложены на «ПЛК154» фирмы «Овен», для расширения количества вводов использованы модули МВА8 и МДВВ. Отображение текущего состояния системы и получение команд от оператора, непосредственно на объекте, реализовано на сенсорной панели фирмы «Wecom». Связь между контроллером, модулями ввода/вывода, панелью оператора и частотными преобразователями осуществляется по протоколу ModBus по средством интерфейса RS-485. Подключение тепловых счётчиков также производится через интерфейс ModBus, но протокол зависит от модели счётчика (применялся ТЭМ-104). Для предотвращения влияния скачков напряжения в системе питания в щите автоматизации (ЩА, рис. 2) предусмотрена установка источника бесперебойного питания. Организация и поддержание защищённого канала связи с диспетчерской осуществляется маршрутизатором «TL–MR3220» фирмы «ТР-Link». Для передачи данных по каналам GSM применяются USB модемы.

При построении комплекса производится разработка полного комплекта проектной документации с привязкой к непосредственно выбранному объекту. Технические решения, принятые в рабочих чертежах, соответствуют  требованиям  экологических, санитарно-гигиенических, противопожарных и других норм, действующих на территории Российской Федерации, и обеспечивают безопасную для жизни и здоровья людей эксплуатацию объекта при соблюдении предусмотренных чертежами мероприятий.

Производство работ по монтажу средств автоматизации выполняется согласно СНиП 3.05.07-85 «Системы автоматизации».  Кабели прокладываются под потолком, по стенам, по кабельным конструкциям (рис. 3). Электрооборудование и материалы, применяемые при монтаже, имеют сертификаты соответствия нормативным документам, действующим на территории России.

Программная часть комплекса

Структуру программного обеспечения можно разбить на три уровня (рис. 4):

• Программное обеспечение контроллера, обеспечивает работу регуляторов и блокировок ЦТП, отработку аварийных ситуаций, сбор и оцифровку измерительной информации, обработку информации с теплового счётчика и преобразователей частоты, взаимодействие с оператором по средством местной панели управления.

• Серверноепрограммное обеспечение, организует каналы связи с ЦТП, обеспечивает приём и обработку поступающих данных, ведёт базу данных архивных параметров, организует каналы связи с клиентским программным обеспечением и предоставляет ему доступ к текущим и архивным параметрам.

• Клиентская часть, обеспечивает отображение текущей информации по каждому ЦТП в виде мнемосхемы и таблиц параметров, отображает архивные данные в виде таблиц и графиков, формирует отчёты и передаёт изменённые параметры на сервер.

  Каждый тепловой пункт автоматически устанавливает защищённое VPN соединение с сервером для передачи данных и получения команд, что не требует выделенных IP адресов для теплового пункта и позволяет использовать обыкновенный GPRS/3G USB модем для связи. Средние расходы на связь одного теплового пункта с диспетчерской не превышают 200 рублей в месяц.

  Клиент-серверная архитектура программного обеспечения позволяет организовать работу диспетчера из любой точки земного шара при наличии стабильного доступа к сети Интернет. Серверная часть системы является свободно расширяемой и поддерживает не ограниченное количество подключений клиентов, ограничения накладываются только пропускной способностью каналов связи.

  Предусмотрены расширенные возможности работы пользователей с системой. Три уровня доступа к изменениям групп параметров и неограниченное кол-во пользователей системы позволяют гибко контролировать доступ персонала к изменениям настроек. Любые изменения заданий и параметров фиксируются в базе данных и отражаются в отчетах работы системы с именем пользователя, наименованием измененного параметра, измененным значением и временем сохранения.

  Возможна реализация клиентского программного обеспечения в виде интернет сайта с необходимым ограничением доступа и разграничением прав пользователей.

Интерфейс оператора (клиентское программное обеспечение)

Основной экран (рис. 5) отображает технологически значимые параметры по каждому ЦТП, подключённому к системе, а также состояние каналов связи.

Панель управления (слева сверху) является основным связующим звеном между различными окнами программы и предоставляет доступ к мнемосхемам ЦТП, таблицам и графикам архивных параметров и настройке системы. Переход на мнемосхему (рис. 6) также доступен при двойном клике мышке на сводной таблице.

Мнемосхема ЦТП отображает параметры, передаваемые с контроллера теплового пункта, в удобном для оператора виде, показывает состояние оборудования и аварийные ситуации.

Для доступа к параметрам работы любого оборудования достаточно нажать на интересующий элемент на мнемосхеме.

Архивы работы теплового пункта отображаются на удобном, легко-масштабируемом графике параметров (рис. 7). На графиках предусмотрена возможность выбора интервала времени просмотра, либо отображение последних часов работы.

Все архивные данные возможно экспортировать в отчёт работы ЦТП в формате Microsoft Excel с расширенными возможностями фильтрации и сортировки.