Архитектура территориально-распределенных систем управления энергоэффективностью в системе образования РФ

В статье описывается подход к построению ИТ-систем управления энергоэффективностью в системе образования РФ на базе универсальных программных и аппаратных модулей.

В связи с принятием государственной думой проекта Федерального закона № 111 730−5 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности», задачи по снижению ресурсоемкости российской экономики стали особенно актуальными. Это связано как с приоритетными задачами модернизации экономики, перевода ее на инновационный путь, так и с повышающейся стоимостью энергоресурсов.

Одним из инструментов решения этой задачи могут стать комплексные информационно-аналитические системы, обеспечивающие сбор, обработку, хранение и анализ данных о параметрах ресурсопотребления в инженерных сетях жизнеобеспечения зданий и сооружений как в сфере ЖКХ, так и в комплексах ведомственных, муниципальных, государственных зданий. Задача построения таких систем характеризуется высокой сложностью и стоимостью, что определяется большим количеством объектов управления, а также отсутствием соответствующей законодательной и нормативной базы.

Тем не менее, за последние 10−12 лет были предприняты многочисленные попытки реализации систем комплексного учета и управления городским хозяйством, в том числе контроля потребления электроэнергии и других ресурсов.

В частности, можно упомянуть проект создания Единой автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления (ЕАСДКиУ) городским хозяйством Москвы на базе Московской волоконно-оптической сети (МВОС), ведущийся под эгидой правительства Москвы. Данная система решает, в том числе, задачи учета ресурсопотребления в жилищно-коммунальном хозяйстве Москвы.

Другим примером могут являться ведомственные системы, описанные в указанной статье описаны подходы к построению ведомственных систем «Энергоэффективность и энергосбережение» Минэнерго и Минобразования РФ. Общим недостатком разрабатываемых систем является их нацеленность на решение узкого ряда задач, отсутствие единой технологической платформы, сложности с интеграцией информационных систем, отсутствие уровня интеграции данных выше муниципального района, сложности с установкой датчиков и приборов учета, связанная с необходимостью прокладки новых или модернизации существующих коммуникаций, изменения инженерной инфраструктуры зданий. Кроме того, при разработке данных систем не ставилось задач оптимизации потребления энергоресурсов и повышения энергоэффективности зданий.

В настоящее время в целом по стране (в Москве в том числе), выполняются различные программы по установке общих домовых систем коммерческого учета расхода газа, горячего и холодного водоснабжения. Но такой подход не обеспечивает скорости доставки, полноты и достоверности полученных сведений по количеству потребленных энергоресурсов конечными потребителями.

Следует отметить, что сейчас все первичные данные коммерческого учета потребления энергоресурсов конечными потребителями собираются, обрабатываются и хранятся непосредственно самими поставщиками энергоресурсов, причем даже внутри одной организации данные могут храниться в разных информационных системах. Таким образом, собрать воедино данные по расходу электричества или воды даже внутри самих организаций по регионам на федеральном уровне представляется весьма сложной задачей как с технической, так и с организационной точек зрения.

Ситуация может кардинально измениться с появлением беспроводных технологий сбора данных о функционировании инженерных сетей. Наличие датчиков и приборов учета, оснащенных радиомодулем и передающих собранные данные по радиоканалу, значительно облегчает и удешевляет создание инфраструктуры мониторинга параметров потребления энергоресурсов, позволяет построить полноценную комплексную систему сбора, обработки, аналитического планирования и управления технологическими параметрами инженерных сетей систем жизнеобеспечения зданий и сооружений. Подобная ИТ-система управления способна внести свой вклад в повышение энергоэффективности муниципальных и ведомственных образований. Один из возможных вариантов технической архитектуры ИТ-систем управления энергоэффективностью ВУЗа в системе образования РФ на базе универсальных программных и аппаратных модулей представлен на рисунке 1.

В левой части рисунка представлена подсистема сбора первичных данных о функционировании инженерной инфраструктуры, в том числе данных о потреблении энергоресурсов. Данная подсистема базируется на использовании беспроводных датчиков и локальных концентраторов. Данные с помощью датчиков собираются в общем случае со следующих инженерных систем: электроснабжение (освещение), вентиляция, теплоснабжение и водоснабжение. В этих подсистемах используются разнообразные измерительные устройства и приборы учета, а также управляющие устройства — интеллектуальные счетчики электричества, датчики освещенности, датчики движения, электронные ключи помещений, устройства ограничения мощности, устройства регулирования освещенности (диммеры), интеллектуальные беспроводные датчики температуры, интеллектуальные беспроводные датчики давления, расходомеры.

Собранные данные с определенной периодичностью передаются по радиоканалу с датчиков на локальные концентраторы, которые представляют собой специализированные вычислительные устройства со встроенным программным обеспечением. Данные накапливаются в памяти локального концентратора и, в дальнейшем, передаются для обработки в концентратор корпуса (здания).

Также в функции подсистемы входит автоматическое управление (регулирование) работой инженерных сетей.

Рисунок 1. — Общая архитектура ИТ-системы управления энергоэффективностью ВУЗа:

В качестве интеллектуальных управляющих устройств используются те же локальные и корпусные концентраторы. Корпусной концентратор способен выдавать управляющие воздействия локальным концентраторам, а те, в свою очередь, выдают управляющие воздействия на различные регуляторы — автоматические вентили, устройства отсечки, диммеры. Алгоритмы управления, пороговые значения технологических показателей и другая необходимая информация задаются на локальном концентраторе и концентраторе корпуса. Задание алгоритмов и другой управляющей информации возможно как непосредственно на концентраторе, так и дистанционно из оперативно-диспетчерского центра ВУЗа.

Оперативно-диспетчерский центр (ОДЦ) ВУЗа сосредотачивает в себе как оперативный мониторинг функционирования инженерных сетей, так и оперативное управление инженерными сетями.

Оперативный мониторинг подразумевает получение данных от концентраторов (контроллеров) в режиме реального времени и отображение на экране диспетчерского центра текущего состояния инженерной инфраструктуры и уровня расхода энергоресурсов.

Как правило, оперативно-диспетчерский центр предоставляет несколько вариантов отображения текущего состояния, вычисляя при этом интегральную оценку, с помощью которой можно качественно определить общее состояние инженерной инфраструктуры — все нормально, либо есть какие-то проблемы.

В случае наличия проблем, можно от интегральной оценки перейти к уточненному анализу ситуации. При этом программные средства и средства визуализации ОДЦ позволят локализовать проблему с точностью до конкретного датчика, сигнализирующего о неисправности или неправильном режиме работы. Для представления ситуации применяются компьютерные модели инженерных сетей.

Данные, поступающие в ОДЦ, не только отображаются в том или ином виде на экранах диспетчерских мониторов, но и сохраняются в оперативной базе данных. Термин «оперативная» в данном случае означает, что данные сохраняются в БД по мере поступления от концентраторов и существуют там ограниченное время, которое определяется характером решаемых задач что, как правило, не превышает одних суток.

Помимо данных о функционировании инженерной инфраструктуры, поступающих от концентраторов, в БД возможно накопление дополнительной информации.

Примером может служить температура внешнего воздуха, которую необходимо использовать для управления режимами работы систем вентиляции и теплоснабжения.

Интерфейс диспетчера-оператора ОДЦ предоставляет возможности вмешательства в работу инженерных систем непосредственно с терминала ОДЦ — можно устанавливать значения отдельных параметров, изменять алгоритмы работы автоматики — например, задать другой диапазон возможных изменений значений параметров.

Например, уровень освещенности в аудитории или температуру воздуха.

Важной задачей, решаемой в рамках ОДЦ, является раннее обнаружение нештатных (аварийных) ситуаций (НШС) и управление их скорейшим устранением с целью минимизации возможного ущерба. ОДЦ предоставляет диспетчеру-оператору систему интерактивной помощи, основанную на типизации НШС и содержащую рекомендации по действиям персонала при устранении НШС определенного типа.

Для реализации описанных функций программный комплекс ОДЦ должен включать в себя соответствующие подсистемы, которые можно разбить на функциональные подсистемы (ФП) (см. рисунок 2).

Подсистемы (функциональные подсистемы) выполняют функции мониторинга и управления в соответствии со своим назначением.

Рисунок 2. — Архитектура ОДЦ: