Модернизация систем телеконтроля за работой инженерного оборудования ЦТП (центрального теплопункта)

Горячая вода от городской сети теплоснабжения поступает в ЦТП. При этом ее температура и давление контролируется соответствующими датчиками температуры и давления — TE5.1 и PE5.

1.

Сигналы выдаются датчиками в форме аналогового сигнала на соответствующую шину — аналоговый вход AI (Analog Input).

Температура и давление обратной воды контролируются датчиками TE5.8 и PE5.

8.

Поставщик тепла (горячей воды) обязывает соблюдать температурный график съема тепла (иначе возможны штрафные санкции), и сравнение показаний датчиков на подающей и обратной магистралях позволяет реализовать такую функцию — управляющий алгоритм не допускает завышения температуры обратной воды, возвращаемой в городскую сеть.

Состояние грязевых фильтров контролируется двумя датчиками давления, расположенными до и после фильтра. Сравнение показаний этих датчиков (например, PE5.2 и PE5.3) позволяет вычислить перепад давления на этом фильтре. Перепад давления больше установленного свидетельствует о засоренности соответствующего грязевого фильтра. В этом случае системой формируется сигнал предупреждения.

Давление воды, подаваемой в систему водоснабжения из городского водопровода, контролируется датчиком давления PE10.

0. Необходимое давление в системе обеспечивается станциями поддержания давления (обозначены на в приложении 1 как ХВС 1 и ХВС 2).

Эти станции поддержания давления оборудованы собственными контроллерами и работают в автономном режиме, при этом параметры, характеризующие работу станции поддержания давления (нормальная работа или аварийный режим), выдаются в систему автоматизации и диспетчеризации в виде «сухих контактов» через модули DI (Digital Input).

Тем не менее, для повышения надежности после станций поддержания давления установлены датчики давления PE10.1 и PE10.

2.

Сравнение показаний этих датчиков с показаниями датчика PE10.0 позволяет вычислить перепад давления, а по перепаду давления — судить о режиме работы станций.

Иными словами, работа этих станций контролируется двумя независимыми способами.

По подобному алгоритму контролируется и работа всех прочих станций поддержания давления отопления и вентиляции. Рабочие диапазоны используемых датчиков давления составляют от 0 — 0.25 до 0 — 60 бар. Особенностью применяемых датчиков давления является возможность сужения их рабочего диапазона (100%, 50% и 20% от полного рабочего диапазона), а также наличие специальной модификации датчика для работы по протоколу LON.

В приложении 2 представлен еще один фрагмент технологической схемы системы автоматизации ЦТП — теплообменников и насосных групп контуров ГВС, вентиляции и отопления зданий, а также насосов дренажных приямков.

Рассмотрим контур отопления зданий. На вторичном контуре теплообменников (T/O 19 и T/O 20) контроль температуры обеспечивается датчиками прямой и обратной воды ТЕ34, ТЕ35 путем управления приводом клапана на прямой воде М8.

Управляющий сигнал на привод клапана М8 формируется по датчику температуры подающей воды в соответствие с «уставкой». «Уставка» формируется на основании графика зависимости от температуры наружного воздуха.

Температура наружного воздуха определяется по показанию датчика температуры TE0. Поддержание заданного перепада давления между прямой и обратной магистралями осуществляется при помощи инверторов, управляющих работой соответствующих циркуляционных насосов.

В данном случае было принято техническое решение по использованию одного инвертора (обозначение инверторов на схеме — INV) для управления группой циркуляционных насосов.

Группы циркуляционных насосов на рассматриваемых объектах состоят из двух, трех или четырех насосов. В системах с двумя циркуляционными насосами один насос является рабочим, другой — резервным; в системах с тремя циркуляционными насосами — два насоса рабочих, один резервный; в системах с четырьмя циркуляционными насосами — три насоса рабочих, один резервный.

На приведенной функциональной схеме можно увидеть, что степень обвязки периферийным оборудованием позволяет рассчитать любые необходимые для регулирования параметры, а также обеспечить информационный контроль работоспособности механических узлов системы.

Входными параметрами являются:

— температура и давление в подающей магистрали внутреннего контура (для контура отопления зданий определяются по показаниям датчиков температуры TE34 и давления PE48);

— температура и давление в обратной магистрали внутреннего контура (для того же контура отопления зданий определяются по показаниям датчиков температуры TE35 и давления PE50);

— давление на станции подпитки (станция подпитки работает в автономном режиме, требуемые параметры выдаются в цифровом виде по шине DI);

— давление после грязевого фильтра (определяется по показаниям датчика давления PE52);

— давление после группы насосов (определяется по показаниям датчика давления PE49);

— реле перепада давления на каждом насосе в группе из четырех насосов (ДР12-ДР15);

— перепад давления между подающей и обратной магистралью (по показаниям датчика PDE8).

На основании показаний аналоговых датчиков давления рассчитывается реальный перепад давления в системе, и формируется задание на управление насосной группой из четырех насосов для поддержания требуемой уставки.

Как было отмечено выше, управление группой из четырех насосов осуществляется одним инвертором INV.

При запуске системы осуществляется пуск первого насоса в группе путем выдачи управляющего сигнала на магнитный пускатель МП данного насоса через цепь инвертора и плавный разгон для достижения требуемого перепада.

В случае, когда инвертор вышел на полную мощность, а заданный перепад давления так и не достигнут в течение заданного интервала времени, первый насос переключается на «прямой ход», а в дополнение к нему, через инвертор, подключается второй насос, затем третий, и так до тех пор, пока требуемая величина перепада давления не будет достигнута.

Выбор, какой из насосов является резервным, а какой — основным, осуществляется с учетом наработки часов каждого насоса. Переключение насосов происходит циклично каждые 168 часов.

Такой алгоритм управления работой циркуляционных насосов, несомненно, усложняет систему с технической точки зрения, однако данное усложнение оправдано, поскольку дает абсолютную прозрачность системы.

Под контролем находятся все возможные параметры: тепловые реле, состояния магнитных пускателей, селекторы управления режимами работы, а также контроль фаз напряжения. Вся эта информация в конечном итоге представляется в графическом виде на экране рабочего места оператора.

В данной схеме предусмотрен приоритет одного из датчиков над всеми остальными. Речь идет о реле перепада давления (ДР12 — ДР15) на каждом из циркуляционных насосов. Поскольку сам насос — вещь весьма дорогостоящая, то с целью исключения «человеческого фактора» данный датчик на релейном уровне разрешает или блокирует работоспособность, а следовательно, и участие конкретного насоса в общем алгоритме работы контура. Если показания данного датчика не соответствуют алгоритму, работа соответствующего насоса невозможна даже в «ручном» режиме.

Отдельного внимания заслуживает аналоговый датчик перепада давления PDE8, подключенный непосредственно к аналоговому входу инвертора. Данное решение позволяет полностью осуществлять работу в «ручном» режиме в тех случаях, когда работа в автоматическом по какимлибо причинам невозможна.

Как отмечалось ранее, обвязка всех принципиальных узлов системы необходимыми датчиками позволяет контролировать рабочие параметры, такие как загрязнение теплообменников, состояние грязевых фильтров, работоспособность станции подпитки и многие другие параметры непосредственно на экране компьютера рабочего места оператора, что в конечном итоге снижает эксплуатационные расходы и уменьшает время реакции в случае возникновения аварийной ситуации.

В частности, загрязнение первичного контура теплообменников T/O 19 и T/O 20 контролируется системой путем сравнения показаний датчиков давления PE114 и PE115, вторичного контура этих же теплообменников — путем сравнения показаний датчиков давления PE48 и PE49, состояние грязевого фильтра — путем сравнения показаний датчиков давления PE51 и PE52.

Осуществить приведенный выше алгоритм позволило применение для управления свободно программируемых контроллеров семейства Excel500 фирмы «Honeywell». Большой набор математических функций, ориентированных на решение таких задач, позволил, например, использовать псевдонумерацию насосов для определения рабочего и резервного насоса, гибко менять режим работы насосов в соответствии с наработкой часов, а также в аварийных ситуациях. Помимо управления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха контроллер Excel500 выполняет широкий набор функций управления энергопотреблением, а именно: оптимальные включения и выключения, ночной режим, переключения на максимальную нагрузку по требованию.

Предусмотрена возможность прямого подключения модема или терминального адаптера ISDN к контроллеру для обмена данными по общей городской линии телефонной связи со скоростью до 38,4 кбайт/с.

Благодаря модульной конструкции, система может наращиваться в соответствии с возрастающими потребностями здания. Пользовательские адреса точек данных и простые языковые дескрипторы хранятся в контроллере и, таким образом, доступны для просмотра непосредственно по месту расположения через пульт оператора без необходимости обращения к центральному ПК.

Система свободно программируется и может быть использована либо как самостоятельный контроллер, либо как элемент сети, насчитывающей до 30 контроллеров, связанных шиной C-BUS (скорость передачи от 9 600 Бод до 76 800 Бод, максимальная длина сети на шине C-BUS составляет 1 200 м, или же, с повторителем — 4 800 м).

Для реализации функций энергообеспечения и управления к системе могут подключаться по шине LonWorks до 16 модулей распределенных входов/выходов (суммарное количество физических точек — до 128). Кроме того, контроллер может обмениваться информацией с любым устройством LonWorks (скоростью 78 кБод, протокол LonTalk, длина кабеля от 320 до 2 200 м). До 512 переменных сети LonWorks может быть отображено в виде точек данных.

Система может наращиваться модулями дискретного и аналогового входа/выхода, которые могут быть установлены в стратегически важных, с точки зрения управления, местах внутри здания.

Эти модули преобразуют показания датчиков в выходные сигналы, используемые оперативными исполнительными устройствами (приводами). Каждый модуль входа/выхода подключается к базовому клеммному блоку, что позволяет установить связь с центральным процессором через встроенную шину LON bus.

Модульный принцип построения системы позволяет удалять модули входа/выхода из системы, не оказывая при этом никакого влияния на другие модули.

Система автоматизации контура вентиляции и алгоритм ее работы в целом аналогичны системе автоматизации и алгоритму работы контура отопления. В данном контуре для поддержания давления используется группа из двух циркуляционных насосов. Реле давления ДР11 одно на оба насоса.

Алгоритм работы системы автоматизации внутреннего контура системы горячего водоснабжения практически не отличается от вышеописанного, с той лишь разницей, что за поддержание статического давления в водопроводе у конечного потребителя отвечают повысительные станции ГВС, расположенные на технических этажах здания.

Это связано с переменной высотностью комплекса, по этой причине данная задача решается отдельно на каждом из жилых корпусов. Повысительные станции являются законченными устройствами и работают в автономном режиме, не привязываясь к работе ЦТП (разумеется, параметры их работы контролируются).

В данном случае заслуживает внимания внешний контур теплоснабжения ГВС. Как видно из схемы, используются два дополнительных теплообменника T/O 15 и T/O 16, посредством которых осуществляется предварительный подогрев воды, поступающей из городской сети с целью использования остаточного тепла с основных теплообменников (T/O 13 и T/O 14).

Для водоотведения в помещении ЦТП используются дренажные приямки, оборудованные насосами. Каждый дренажный приямок оборудован двумя насосами. Откачка воды осуществляется одним насосом. В случае большого поступления воды и заполнения дренажного приямка на 0.6 — 0.7 объема автоматически включается второй насос. Если приямок заполняется на 0.9 объема, система диспетчеризации выдает сигнал в диспетчерскую. Этот сигнал сообщает либо о неисправности насосов, либо об очень большом расходе воды, что, в свою очередь, говорит о том, что где-то произошла авария.

Заключение

В теплоснабжении тесно переплетены экономические, управленческие и технические возможности. В существующей системе экономисты, осуществляя ценовое регулирование, не могут проконтролировать управленческие и технические решения. Технические специалисты администрации городов не имеют возможности экономического влияния и заменяют его административным ресурсом. Управленцы технические претензии администрации обосновывают недостатком средств.

Социалистическая модель устройства системы централизованного теплоснабжения и теплопотребления города совершенно не соответствует сегодняшним рыночным реалиям. Лишенная жесткой властной вертикали, системы партийного и «народного» контроля она движется только в одном направлении — удорожания энергии и услуг. Если не изменить приоритеты, система ЦТ рухнет. Существует больше сотни управленческих и технических решений, позволяющих значительно снизить издержки. То, что они не востребованы, характеризует качество экономического управления. Рыночные модели действуют только тогда, когда рынок существует, надо наконец-то решиться на его создание. Пока у потребителей есть только одно рыночное право — отключиться от системы ЦТ, либо не подключаться к ней, и они его все шире используют.

После принятия основных принципиальных положений, определяющих условия существования рынка ЦТ, может быть разработана программа конкретных действий по его созданию. Также необходимо создать взаимоувязанные программы стимулирования снижения издержек.

Например, программа уменьшения потерь тепла в градирнях ТЭЦ, в сегодняшних условиях, требует увеличения диаметров тепловых сетей, иначе невозможно перевести котельные в пиковый режим. Но тарифное и управленческое стимулирование энергосбережения, снижения температуры обратной сетевой воды и теплопотерь в сетях позволит во многих случаях обойтись существующими диаметрами трубопроводов.

Одним из направлений деятельности, направленной на совершенствование системы централизованного теплоснабжения в целом, и на снижение издержек и повышение качества теплоснабжения в частности, является повсеместное внедрение систем автоматизации и телеконтроля технологического оборудования промежуточных и абонентских объектов теплоснабжения, рекомендации к которым были сформулированы в рамках данной работы.

Библиографический список

Ахтырский А. А. Научнотехнический прогресс в теплоэнергетике жилищнокоммунального хозяйства. М., Стройиздат, 1986

Грибов В. Д. Методическое пособие по содержанию и ремонту жилищного фонда. М., Техносфера, 2004

Ершов К.Г., Собокарь Е. С. Инженерные системы в жилом фонде. СПб, СПбГАСУ, 2006

Кинтушев А. Ю. Автоматизированные системы управления технологическими процессами в инженерных системах общественных зданий. Воронеж, ВГАСУ, 2006

Кузьмин М. П. Централизация эксплуатации инженерных систем зданий//Строительная газета. № 4/2007

Материалы конференции «Автоматизация инженерных систем"//Mosbuild, 2006

Максимов А. С. Диспетчеризация инженерных систем на базе российских технологий//Энергослужба предприятия, № 1/2009

Михайлов Д. В. Автоматизированные системы управления зданиями. Часть 1 и 2. М., АВОКпресс, 2006

Музалевская Г. Н. Инженерные сети городов и населенных пунктов. М., Стройиздат, 1992

Новиков В. Н. Системы диспетчеризации городских теплосетей. НН., Квант, 2002

Носкова Т. Н. Диспетчеризация инженерных сетей. Ростов, РГАСУ, 2006

Под ред. Аронова Р. И. Вопросы совершенствования управления и эксплуатации жилищного хозяйства. Сборник научных трудов МЖКХ РСФСР, М., 1980

Под ред. Дмитриева В. Д. Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения. Справочник. Л., Стройиздат, 1988

Под ред. Зиновьева Р. К. Рекомендации по организации телеконтроля за работой систем теплои водоснабжения жилого района. 2-я редакция. М., Мосжилниипроект, 1982

Под ред. Осиповой Л. Л. Научнотехнический прогресс в жилищном хозяйстве. Материалы семинара Общества «Знание», МДНТП, 1979

Под ред. Яковлева С. В. Инженерное оборудование зданий и сооружений. М., Стройиздат, 1994

Салихов З.Г. и др. Инженерные основы теплового контроля. Опыт практического применения. М, ИД МИСиС, 2008

Смирнов Л. Ю. Дистанционный мониторинг центральных тепловых пунктов. М., ЭКСМО, 2004

Стандарт АВОК-5−2004

Системы автоматизации и управления зданиями Часть 2. Основные положения. Аппаратные средства.

Стахорский И. Е. Диспетчерские системы в коммунальном хозяйстве. Киев, Будивельник, 1980