Автоматизированная информационная система мониторинга инженерных сетей

Инженерные сети, являясь основой инженерной инфраструктуры, в значительной мере определяют устойчивость развития как промышленных, так и социально-экономических территориальных образований. Надежность функционирования, качество транспортировки технологических и энергетических продуктов при эксплуатации инженерных сетей зависят от эффективности проведения процесса мониторинга их текущего состояния.

Инженерные сети осуществляют централизованное снабжение рассредоточенных потребителей электрической и тепловой энергией, топливом, водой или другими транспортируемыми продуктами. Спектр объектов, представляющих в совокупности инженерную сеть, весьма широк и разнообразен. Кроме того, инженерные сети имеют четкую ведомственную принадлежность, которая диктуется, главным образом, видом транспортируемого продукта, а также технологией его добычи, переработки, транспортировки и потребления.

К инженерным сетям относятся:

· кабельные сети — электрические воздушные, электрические кабельные подземные, низкого высокого напряжения, контактные сети, телефонные сети; сети передачи данных (электрические, оптоволоконные), телерадиосети;

· трубопроводные сети — водоснабжение (горячее, холодное), водоотведение (бытовая, ливневая, техническая канализация), теплоснабжение (с разными теплоносителями), газопроводные, нефтепроводные, продуктопроводные, вентиляционные, пневматические;

· дорожные сети: автомобильные и рельсовые дороги и т. д.

Несмотря на значительные различия в типе транспортируемого продукта и технологиях, используемых эксплуатационными организациями, современные инженерные сети характеризуются рядом общих специфических особенностей:

1) обширным территориальным распределением и огромным числом элементов, формирующих систему;

2) непрерывным развитием в пространстве и во времени;

3) сложной иерархической структурой управляемой и управляющих систем и непосредственным наличием субъекта в контуре управления;

4) непрерывностью во времени процессов транспортировки и распределения целевого продукта;

5) высокой степенью централизации управления с одновременной децентрализацией оперативного управления технологическими процессами транспортировки и распределения целевого продукта;

6) инерционностью процессов транспортировки продукта и необходимостью создания его оперативных запасов в резервуарах и хранилищах.

При наличии возможности мониторинга инженерных сетей реализуются следующие важные задачи:

1) задача оперативного получения информации об инженерных сетях в любой части интересующей территории, включая здания и сооружения;

2) задача совместного представления различных инженерных сетей на едином плане (топооснове), реализуемая с использованием задачи систематизации на топографической основе информации об объектах сетей;

3) задачи полного отслеживания неисправностей, регламентных и ремонтно-восстановительных работ, а также контроля их сроков и качества выполнения;

4) задача ведения архива документов по всем объектам сети и эксплуатационным событиям, по результатам которой осуществляется сбор данных для решения задачи автоматизации формирования текущих документов и выходных форм отчетности;

5) задачи информационного обеспечения для планирования работ по реконструкции и ремонту инженерных сетей, а также автоматическое отслеживание остаточного ресурса оборудования.

Вышеперечисленные задачи необходимо решать различным службам предприятий, эксплуатирующим или проектирующим соответствующий вид инженерных сетей. Сегодня невозможно себе представить, чтобы эти задачи решались без применения современных компьютерных технологий, что подразумевает создание автоматизированной системы управления инженерной сетью.

Автоматизированная информационная система, способная решать вышеперечисленные проблемы управления инженерными сетями того или иного типа, должна включать механизмы реализации формализованного математического описания модели данных геоинформационных систем (ГИС) с широкими возможностями по представлению неметрических отношений между пространственными объектами, а также методы и алгоритмы решения прикладных задач управления инженерными сетями и инструментальные средства для создания и развития программного обеспечения проблемно ориентированных ГИС. Возможным решением описанных выше задач является использование геоинформационных технологий в процессе эксплуатации инженерной сети, предназначенных, прежде всего, для создания базы данных об истинных параметрах и топологии сети.

Целью дипломного проекта является создание автоматизированной информационной системы мониторинга инженерных сетей на базе Единой дежурно-диспетчерской службы жилищно-коммунального хозяйства (ЕДДС ЖКХ) Администрации города Новокузнецка.

1. Общая часть. Характеристика объекта автоматизации и действующей системы-прототипа

1.1 Современное состояние систем управления инженерными сетями

Современные центры обработки данных — это экономически оправданные решения, консолидирующие ИТ-ресурсы организации и способные значительно сократить общие расходы на ИТ за счет внедрения централизованной модели вычислений. Однако постоянное усложнение ИТ-инфраструктуры, увеличение энергопотребления и тепловыделения в ЦОД накладывают на работу обслуживающих инженерных подсистем ряд дополнительных требований: очень высокая надежность, управляемость, безопасность, адаптивность к изменениям внешней среды.

Системы мониторинга и управления обеспечивают автоматическое управление и диспетчеризацию инженерного оборудования здания, работу агрегатов, поддержание заданных параметров работы оборудования и их оперативного изменения.

Автоматизации и диспетчеризации подлежит следующее инженерное оборудование:

* система вентиляции и кондиционирования воздуха;

* система теплоснабжения;

* система холодоснабжения;

* системы электроснабжения;

* противопожарное оборудование и устройства пожаротушения;

* системы безопасности.

Надежности подобных систем и упреждению будущих проблем сегодня уделяется очень большое внимание. Круглосуточный мониторинг, комплексный анализ параметров оборудования, предупреждение отказов и минимальное время реакции — это важнейшие требования к диспетчерским службам, контролирующим инженерные подсистемы ЦОД, а работа персонала в подобных службах становится все более ответственной.

Автоматизированная система диспетчеризации и управления (АСДУ) представляет собой целостную платформу для управления всеми инженерными подсистемами и создается как многоуровневая автоматическая система, обеспечивающая контроль состояния и управление технологическим оборудованием ЦОД с выводом данных на экраны автоматизированных рабочих мест операторов. АСДУ ведет непрерывный мониторинг инженерных систем с регистрацией основных параметров и обеспечивает контроль и управление инженерным комплексом из единого диспетчерского центра.

Организация диспетчерского центра на основе решения АСДУ позволяет внедрить новые стандарты качества в управление эксплуатационно-обеспечивающим оборудованием, повысить эксплуатационную готовность ЦОД, снизить текущие затраты на управление инженерными системами, обеспечить документирование и протоколирование сбоев, создать базу для оперативного устранения аварийных ситуаций.

Современная АСДУ имеет трехуровневую архитектуру.

Нижний уровень образуют периферийные устройства и инженерное оборудование, формирующие первичные данные.

Второй уровень — контроллеры, принимающие и обрабатывающие информацию, и сеть передачи данных.

Верхний уровень — это ПО, предоставляющее средства визуализации, архивации, публикации поступающие данных.

На рабочие места диспетчеров (АРМ) поступает структурированная консолидированная информация в нужном формате. Аналитический модуль постоянно отслеживает рабочие параметры систем на предмет отклонения от нормы и способен автоматически запускать процедуры согласно заложенным инструкциям, например, подать сигнал тревоги или запустить аварийный дизель-генератор. Важная задача аналитического модуля — заблаговременные предупреждения о грядущих отказах.

Собранные данные можно:

* передать операторам и представить их в легко читаемом виде;

* сохранить в базе данных;

* проанализировать и представить в виде статистических отчетов;

* использовать как управляющий сигнал при реакции на определенные события для запуска систем в автоматическом режиме.

В состав решения может входить система видеонаблюдения, одновременно с сигналом тревоги выводящая картинку с аварийной подсистемой на монитор оператора. Как правило, в системе предусмотрен Web-интерфейс, кроме того, ее можно интегрировать с системами мониторинга ИТ-инфраструктуры ЦОД.

Инженерные системы ЦОД состоят из множества взаимоувязанного оборудования, поэтому при наступлении какого-либо тревожного события бывает трудно определить, где конкретно возникла проблема. Для примера возьмем проблему в контуре питания, между распределительным щитом и активным сетевым оборудованием. Система локализует проблему, определяет уровень возможных последствий и отображает информацию о конкретной системе в окне тревог. Экранная форма со схемой системы показывает отношения между взаимосвязанным оборудованием и возможными последствиями неполадок в отдельных компонентах.

АСДУ централизованно фиксирует событие в базе данных и оповещает диспетчера о возникновении проблемы и необходимости ее разрешения. Далее система определяет уровень серьезности происшествия и присваивает событию определенный приоритет. Приоритет необходим, чтобы повысить эффективность реакции персонала на происшествие. Например, если сработавшая сигнализация говорит о необходимости замены фильтра системы кондиционирования воздуха, оператор должен понимать, в какие сроки и с каким приоритетом разрешить сложившуюся ситуацию.

Одна из важнейших функций АСДУ — своевременное оповещение о возникших ситуациях всех ответственных лиц, обслуживающих подсистемы ЦОД. Система имеет функции оперативного оповещения диспетчеров, администраторов и руководящих лиц объекта по электронной почте или посредством сообщений SMS, а также интегрируется с другими доступными способами сигнализации в соответствии с установленным регламентом.

Система выводит сообщения о выходе отслеживаемых параметров за установленные ранее пределы, а также сообщения о критическом времени наработки эксплуатируемого инженерного оборудования. Например, это могут быть данные о состоянии аккумуляторных батарей, температуре и влажности в стойках. Информация представляется в доступном для администраторов и диспетчеров и легко читаемом виде.

Мониторинг и фиксация критических изменений параметров окружающей среды ЦОД.

Отказ оборудования может быть следствием не только слишком высокой температуры, но и быстрого ее изменения. Система отслеживает температуру и влажность на уровне стоек с оборудованием и оповещает диспетчера о том, что зафиксированы потенциально опасные значения температуры и влажности. Хронологические данные и параметры окружающей среды могут выводиться в виде легко читаемых графиков.

Мониторинг и фиксация изменений в потреблении электропитания активным оборудованием.

По мере появления в ЦОД нового оборудования потребности в электропитании и охлаждении могут превзойти имеющиеся ресурсы, результатом чего станут перебои в работе. В частности, инженерные системы ЦОД требуют дополнительного внимания по мере старения батарей ИБП. Уровень старения батарей зависит от интенсивности их использования и температуры. АСДУ отслеживает потребление тока для каждой ветви цепи или стойки и оповещает ответственных лиц о ситуациях, грозящих возникновением перегрузки. Она также информирует их обо всех ИБП, у которых время автономной работы оказывается меньше минимума или у которых превышается пороговое значение нагрузки.

Отслеживание электропитания оборудования.

Неисправность оборудования или линий подачи электропитания, а также некорректные действия обслуживающего персонала могут привести к обесточиванию оборудования. АСДУ оперативно оповещает диспетчера о наличии или отсутствии питающего напряжения на потребителях.

Отслеживание качественных и количественных характеристик электропитания.

Некачественное электропитание приводит к выходу из строя или преждевременному износу оборудования. Изменение нагрузки на систему электропитания (включение / выключение климатического оборудования, добавление оборудования ЦОД и т. д.) может повлечь за собой ситуацию, когда система бесперебойного электропитания не в состоянии обеспечить резервирование. АСДУ предоставляет обслуживающему персоналу централизованную информацию о качестве электропитания и распределении нагрузки по ЦОД в режиме реального времени, а также сохраняет эту информацию в базе данных для дальнейшего выяснения причин отказа оборудования.

Определение надежности электропитания.

Оперативное отслеживание состояния оборудования, которое обеспечивает гарантированное и бесперебойное электропитание (ИБП, ДГУ), невозможно без централизованного сбора и отображения информации с этих устройств. АСДУ предоставляет диспетчеру централизованную информацию о состоянии обеспечивающего оборудования.

Обеспечение температурного режима работы оборудования.

Климатический режим ЦОД может нарушаться из-за неправильных режимов работы климатического оборудования. Из-за неравномерного распределения оборудования в ЦОД иногда возникают зоны локального перегрева, что может потребовать изменений в режимах работы климатического оборудования. Обслуживающий персонал не всегда замечает временный выход температуры или влажности за пределы нормы, что приведет к проблемам при определении причин сбоев в работе активного оборудования. Кроме того, климатический режим ЦОД может нарушаться из-за неправильных режимов работы или аварий на климатическом оборудовании. АСДУ отслеживает температуру и влажность в телекоммуникационных стойках и оповещает диспетчера о том, что они достигли потенциально опасных значений, а также сохраняет эту информацию в БД и выдает ее в удобном для последующего анализа виде. Система предоставляет диспетчеру интерфейс для изменения режимов работы климатического оборудования и оперативно оповещает ответственных о сбоях в его работе.

На АСДУ также возложены функции минимизации последствий пожара в ЦОД. При возникновении пожара несвоевременное оповещение персонала, а также работа кондиционеров и несогласованность работы других подсистем в ЦОД может осложнить работу системы пожаротушения и снизить ее эффективность. АСДУ оповещает диспетчера о срабатывании пожарной сигнализации и станции пожаротушения, а также имеет возможность автоматически отключить кондиционеры и вентиляцию. После срабатывания системы пожаротушения необходимо определять качество воздуха в помещениях и выводить эту информацию на АРМ диспетчера.

Использование систем диспетчеризации позволяет иметь полную информацию о состоянии всех инженерных систем в режиме реального времени. Также позволяет снизить эксплуатационные расходы, сократить количество обслуживающего персонала, гибко реализовывать политику энергосбережения и безопасности в масштабе всего объекта.

Вся информации о работе инженерных систем стекается на компьютер, который находится на диспетчерском пункте. Можно визуализировать накопленную информацию за определенный промежуток времени в виде разнообразных графиков и диаграмм. Анализируя полученную информацию, можно принять оптимальные управляющие решения, которые сэкономят средства и время.

1.2 Обзор существующих систем мониторинга инженерных сетей

Система «КУБ Эксплуатация» [http://www.telesystems.info]

ЗАО «ТелеСистемы» г. Екатеринбург разработали полнофункциональную систему мониторинга работы оборудования и состояния инженерных сетей и управления ими, получившую название «КУБ Эксплуатация», которая призвана обеспечить снижение затрат на эксплуатацию инженерных сетей любого назначения за счет оперативного централизованного контроля и управления параметрами энергоресурсов и состоянием сетей в целом.

Система «КУБ Эксплуатация» позволяет контролировать все инженерные сети населенного пункта по любым необходимым параметрам. Традиционно мониторингу и управлению подлежат:

· система электроснабжения и электроосвещения (дизель-генераторная установка, трансформаторная подстанция, распределительные устройства, электрообогрев трубопроводов, подъездное освещение);

· система водоснабжения, водоподготовки, канализации и дренажа (различные станции управления насосами);

· система теплоснабжения (котельные установки или индивидуальные тепловые пункты);

· система кондиционирования и вентиляции воздуха (вытяжные и приточные системы, центральные кондиционеры, кондиционеры-доводчики: регуляторы воздушного потока, тепловые завесы);

· лифтовое хозяйство;

· система пожарной сигнализации, охранной сигнализации (контроль доступа в служебные помещения и дома) и видеонаблюдения (лифтов, подъездов, дворов).

Функции системы «КУБ Эксплуатация»

· автоматический сбор данных о состоянии инженерных сетей и работе оборудования, подлежащих контролю, и передача их на компьютер диспетчера;

· сбор данных о потреблении энергоресурсов с приборов учета и контроль качества энергоресурсов и обработка полученных данных;

· обработка получаемой информации и анализ текущей ситуации: изменение дискретных сигналов, выход параметра за норму;

· дистанционное и / или автоматическое управление исполнительными механизмами по заданному алгоритму;

· отслеживание аварийных и внештатных ситуаций в сетях и на объектах, сигнализация о них на пункт диспетчера и их отработка в автоматическом режиме по заданным эксплуатирующим персоналом алгоритмам;

· автоматизированное регулирование потребления энергоресурсов (тепловой режим, внутридворовое освещение, освещение в местах общего пользования);

· документирование и регистрация параметров процессов инженерных систем, ведение журнала событий в автоматическом режиме с персонализацией ответственности за принимаемые диспетчером решения;

· формирование отчетов, графиков, мнемосхем любой формы в удобном для обслуживающего персонала виде;

· архивирование данных о функционировании систем в виде отчетов, ведение базы данных, временных трендов технологических параметров;

· прямая голосовая связь объектов с диспетчерскими пунктами.

Представленная система построена следующим образом. В основе функционирования системы лежит мониторинг состояния инженерных сетей, оборудования и их технологических параметров в реальном режиме времени. В зависимости от значения показателей система выполняет оперативное управление параметрами инженерных сетей и оборудования, обеспечивается их функционирование по оптимальному алгоритму. В случае необходимости возможно дистанционное управление исполнительными механизмами инженерных сетей с АРМ диспетчера в ручном режиме.

В связи с этим стандартная архитектура системы «КУБ Эксплуатация» включает в себя три уровня:

· полевой уровень, который образуют датчики и исполнительные механизмы;

· уровень управления, состоящий из контроллеров, которые отслеживают сигналы от датчиков и формируют управляющие воздействия для исполнительных механизмов в соответствии с запрограммированным алгоритмом работы;

· уровень контроля, представляющий собой рабочую станцию, на которой отображается вся необходимая информация о работе системы и имеется возможность ручного управления.

В отличие от аналогичных предложений других разработчиков автоматизированных систем учета, «КУБ Эксплуатация» обладаем рядом неоспоримых преимуществ.

Во-первых, это ее масштабируемость и модульность, что позволяет подключать новые объекты и наращивать информационную и вычислительную мощность системы, а также аппаратная совместимость, независимость от производителя оборудования.

Во-вторых, каждый узел работает автономно, что предотвращает вероятность сбоя всей системы.

В-третьих, система позволяет также вести автоматизированный технический и коммерческий учет производства и потребления энергоресурсов (тепло, горячее водоснабжение, холодное водоснабжение, газоснабжение, электроснабжение). При желании в систему могут быть заложены нормативы потребления для определения эффективности использования энергоресурсов.

В-четвертых, система не имеет жесткой привязки к определенным каналам связи, каналы передачи информации подбираются под конкретные требования (телефонная линия, GSM/GPRS, Internet и др.).

Кроме того, возможна детализация предоставления данных до необходимого уровня. Наконец, система достаточно проста с точки зрения технического обслуживания и обладает информативным и интуитивно понятным интерфейсом.

В целом, преимущества от внедрения «КУБ Эксплуатация» и аналогичных ей систем заключаются в следующем:

· получение полной картины состояния и работы инженерных сетей;

· повышение безопасности и надежности работы оборудования, увеличение срока его эксплуатации и срока службы сетей;

· сокращение затрат на обслуживание сетей и эксплуатацию оборудования, особенно для удаленных или труднодоступных объектов;

· повышение эффективности работы сетей, в т. ч. благодаря круглосуточной подконтрольности эксплуатационных служб и за счет исключения «человеческого» фактора;

· минимизация последствий от аварийных и внештатных ситуаций благодаря оперативному реагированию;

· возможность прогнозирования развития ситуации и при необходимости принятия соответствующих мер;

· снижение расходов на энергопотребление благодаря системам регулирования, быстрому и дистанционному устранению неполадок, возможности выявления коммерческих потерь;

· обеспечение бесперебойности работы сетей и оборудования;

· оптимизация действий рабочего персонала.

Общая экономия затрат на эксплуатацию инженерных систем может достигать 40%.

Автоматизированная система мониторинга надежности и безопасности сложных технических объектов [http://www.nicetu.spb.ru]

Разработка НИЦ СПБ ЭТУ предназначена для сбора, анализа и накопления данных от разнотипных и распределенных датчиков с целью определения технического состоянии оборудования, обнаружения отклонений и неисправностей в его работе, обеспечения наблюдения за развитием ситуации и своевременного предупреждения о необходимости технического обслуживания и принятия решений, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию.

Необходимость подобных систем обусловлена износом и старением оборудования, определением сроков его службы и обеспечением требований безопасности. Знание текущего технического состояния оборудования позволяет предотвратить аварии и катастрофы, а также продлить срок межремонтной эксплуатации оборудования, что дает большую экономию затрат на его эксплуатацию.

Системы мониторинга и контроля состояния технически сложных объектов могут использоваться для анализа и оценки:

· оборудования тепловых и гидроэлектростанций;

· нефтяных и газовых трубопроводов;

· оборудования заводов и терминалов переработки топлива;

· зданий и сооружений;

· инженерных сетей городского хозяйства.

Решаемые задачи

· Повышение надежности эксплуатации и снижение рисков нанесения вреда окружающей среде за счет своевременного автоматического информирования (звуковое и визуальное оповещение, SMS, телефонный звонок) заинтересованных лиц при приближении контролируемых параметров к критическим значениям.

· Снижение рисков аварийных ситуаций за счет системного анализа и поддержки принятия решений при изменении контролируемых параметров.

· Повышение обоснованности принятия решений о продлении ресурса за счет накопления истории и формирования базы знаний эксплуатируемых объектов.

· Сокращение временных и финансовых издержек на техническое обслуживание, на обслуживающий персонал и эксплуатацию за счет своевременного диагностирования и прогнозирования технического состояния.

· Анализ надёжности, безопасности, выявления причин и факторов, приводящих к отказам, инцидентам, авариям, катастрофам, планирования профилактики и предотвращения происшествий на объектах.

Функциональные возможности

· оперативный анализ и прогноз изменения значений измеряемых параметров для выявления опасных тенденций, предпосылок для развития аварийных ситуаций;

· отображение контролируемых объектов жилого фонда на картах города и районов с указанием общего состояния объекта, а также состояния по каждому установленному датчику;

· мгновенное информирование пользователей о возникновении инцидентов на объектах (sms, e-mail, телефон);

· расчет предельных сроков эксплуатации и выполнения капитального ремонта объектов;

· непрерывный и периодический мониторинг технического состояния объектов контроля на основе ультразвукового, тепловизионного, тензометрического и других методов контроля;

· системный анализ характера изменения всех контролируемых параметров с выдачей рекомендаций по возможному возникновению нештатных или аварийных ситуаций;

· прогнозирование технического состояния объекта и остаточного ресурса систем на заданный период времени;

· информирование о выявленных отклонениях в техническом состоянии объектов с формированием и выдачей рекомендаций для принятия решений.

Структурированная система мониторинга инженерных систем SODIS Building SMIS (http://nposodis.com)

Назначение системы

Программное обеспечение SODIS Building SMIS предназначено для решения следующих задач:

— предупреждение о возникновении и развитии аварийных и чрезвычайных ситуаций техногенного характера, связанных с авариями в оборудовании систем жизнеобеспечения и безопасности объекта;

— фиксация возникновения чрезвычайных ситуаций на объекте природного, криминального или террористического характера.

Функции системы

В процессе работы SODIS Building SMIS реализует следующий набор функций:

— получение, обработка и анализ в режиме реального времени сообщений об изменении текущего состояния инженерных систем объекта;

— регистрация действий диспетчерских служб;

— учёт и хранение получаемой информации;

— обеспечение сотрудников дежурно-диспетчерских служб необходимой информацией;

— передача в режиме реального времени во внешние городские службы информации о предаварийном, аварийном состоянии систем;

— настройка процессов взаимодействия SODIS Building SMIS и систем жизнеобеспечения и безопасности объекта.

Архитектура системы

Программный комплекс SODIS Building SMIS имеет клиент-серверную архитектуру и состоит из серверной и клиентской частей (автоматизированного рабочего места диспетчера).

Серверная часть выполняет следующие функции:

— обеспечивает взаимодействие с инженерными системами объекта;

— осуществляет сбор параметров работы инженерных систем и их запись в централизованную базу данных;

— обеспечивает обработку поступающих сообщений в соответствии с настроенными правилами и формирование выходных сообщений;

— обеспечивает передачу сообщений в диспетчерские службы города.

Клиентская часть предназначена для наглядного отображения результатов мониторинга, в том числе на 3D-моделях, а также уведомления об инцидентах и авариях и отображения рекомендаций по действиям диспетчера.

Взаимодействие с внешними системами

SODIS Building SMIS 3.0 имеет гибкую расширяемую инфраструктуру драйверов, которая позволяет создавать драйверы для получения данных с различных внешних инженерных систем.

На данный момент реализованы следующие варианты взаимодействия:

— получение xml-сообщений определенной структуры на TCP-порт сервера СМИС;

— получение данных по технологии OPC. Реализовано в виде отдельного модуля — Монитора OPC, который отслеживает изменения значений тэгов;

— интеграция с системой Орион Про от НВП Болид;

— интеграция по протоколу SNMP;

— получение сообщений по SMTP;

Интеграция с журналом смежной системы через базу данных. Реализовано в виде отдельного модуля — Монитора БД;

Взаимодействие с городскими службами ЕДДС реализовано путем обмена сообщениями XML определенного формата по протоколу HTTP.

Системные требования

Для серверной части SODIS Building SMIS необходим сервер с процессором на базе архитектуры x64 с операционной системой Windows Server 2008 R2 или выше.

Для работы с оперативной и аналитической базами данных используется СУБД Microsoft SQL Server 2008 R2 или выше.

Минимальная конфигурация сервера:

Процессор Intel Xeon от 2 Гц

Оперативная память от 8 Гб

Хранилище данных RAID10 от 2 Тб

Для АРМ Диспетчера необходима рабочая станция с процессором на базе архитектуры х64 с операционной системой Windows 7 Professional или выше.

Минимальная конфигурация рабочей станции:

Процессор Intel Core от 2 Гц

Оперативная память от 4 Гб

Жесткий диск от 500 Мб

Видеокарта GeForce GTX550 или выше с памятью 1Gb или выше

Монитор с разрешением 1280×1024 или выше

Система мониторинга инженерных сооружений ЦИТ-Автоматика (http://cit-avtomatika.ru/)

Объектом автоматизации системой «ЦИТ-Автоматика» являются инженерные системы здания: ИТП, системы водоснабжения и водоотведения, вентиляции, кондиционирования, электроснабжения, внешнего освещения, пожарной безопасности и лифтовое хозяйство. Главной целью создания системы мониторинга и управления является получение надежной, интуитивно понятной системы, предназначенной для сбора и отображения в помещении диспетчера достоверной информации о параметрах работы комплекса инженерных систем здания, а также управления инженерным оборудованием.

В ИТП обеспечивается контроль следующих узлов и параметров: состояние циркуляционных насосов, температура прямой и обратной сетевой воды, расход прямой и обратной сетевой воды, расход подпиточной воды, давление прямой сетевой воды, температура в контуре ГВС, давление в системе ГВС, температура в контуре отопления, давление в контуре отопления, температура и влажность наружного воздуха, работа дренажного насоса, аварийный уровень в дренажном колодце, авария дренажного насоса.

В системе водоснабжения контролируются такие параметры как: расход холодной воды, давление холодной воды, состояние насосов станции повышения давления, затопление в приямке, состояние электрозадвижки по воде, состояние электрозадвижек по канализации, состояние электроклапана в тепловой камере.

В системе кондиционирования СМИС следит за состоянием насосов, чиллера, конденсаторов, температурой в чиллерной, температурой теплоносителя на выходе чиллера.

В системе вентиляции обеспечивается контроль следующих узлов и параметров: состояние приточно-вытяжных вентсистем, состояние вытяжных вентиляторов, авария вентсистемы, заморозка системы, температура приточного воздуха на выходе системы приточной вентиляции, а так же дистанционное управление вентиляторами с пульта диспетчера.

В системе электроснабжения отслеживаются токовая нагрузка каждой фазы щитов, наличие напряжения на выводах щитов, силовых этажных шкафов В системе управления лифтами контролируется положение лифтов, авария лифтов, сигнализация нажатия на клавишу вызова диспетчера.

Система пожарной безопасности позволяет совершать установку автоматического и ручного режимов функционирования программы при пожаре, вручную отключать электропитания на цокольном и первом этажах, контролирует состояние клапанов дымоудаления и вентиляторов дымоудаления.

В системе управления внешним освещением предусмотрена установка ручного и автоматического (от реле времени) режимов функционирования системы.

Структура СМИС

СМИС реализуется в виде децентрализованной распределенной системы с разнесением выполняемых задач по компонентам системы и имеет иерархическую структуру. В составе СМИС выделяются три информационных уровня, обеспечивающие функции оперативного контроля и управления.

Подсистема первого уровня обеспечивает: преобразование измеряемых параметров в электрические сигналы, поддерживаемые модулями УСО, индикацию значений параметров (для приборов КИП), преобразование управляющих сигналов в механические и др. виды воздействий на течение технологического процесса.

Второй уровень СМИС обеспечивает: обработку сигналов от датчиков и приборов КИП, выявление отклонений технологических параметров процесса от регламентных значений, выдачу сигналов для аварийной сигнализации при нарушении регламентных уставок, расчет и выдачу в виде электрических сигналов управляющих воздействий для ИМ и технологических агрегатов с целью реализации программно-логического управления технологическим процессом и регулирования значений параметров, передачу данных между УСО и контроллером, контроллером и верхним уровнем СМИС по технологическим информационным сетям, автоматическую самодиагностику и диагностирование подсистем нижнего уровня.

Третий уровень решает задачи: представления информации о ходе технологического процесса контролируемого объекта на цветных экранах мониторов в реальном масштабе времени в графическом и табличном виде, с использованием мнемосхем и анимации, сигнализации и отображения нарушений технологического режима, дистанционного управления технологическим процессом, контроля и регистрации действий оператора, ввода и представления информации о режимах эксплуатации оборудования (работа, резерв, ремонт), диагностирования подсистем второго и третьего уровней, конфигурирования и настройки контролеров, сети передачи данных, каналов измерения, ручного ввода результатов лабораторных анализов, автоматизированной подготовки установленных отчетных документов, формирования отчетов произвольной формы и содержания по запросу оператора.

Всё оборудование объединено в локальную вычислительную сеть, что позволяет организовать сквозной доступ к ресурсам ПЭВМ. Питание компьютеров, а также периферийного оборудования осуществляется от источников (системы) бесперебойного питания, обеспечивая работу системы от внутренних аккумуляторных батарей, что позволяет корректно завершить работу программного обеспечения или перейти на резервную систему питания.

1.3 Выбор системы-прототипа и ее описание со всеми видами обеспечения

Характеристика объекта информатизации

ЕДДС ЖКХ было создано в 2011 году на базе МБУ «Управление по защите населения и территории города Новокузнецка».

ЕДДС ЖКХ предназначена для повышения готовности администрации города, ее служб и объектов экономики к реагированию на угрозу или возникновение чрезвычайных ситуаций (ЧС), а также для увеличения эффективности сил и средств города при совместных действиях по предотвращению и ликвидации ЧС.

В состав входят органы управления, дежурные по вопросам ЖКХ и оперативный дежурный.

Рисунок 1.1 — Организационная структура ЕДДС ЖКХ ЕДДС ЖКХ взаимодействует с Комитетом ЖКХ Администрации города Новокузнецка, основной задачей которого является организация в границах города электро-, газо-, теплои водоснабжения населения, а также водоотведения.

ЕДДС ЖКХ непосредственно получает информацию о возникновении ЧС от предприятий, являющихся поставщиками энергоресурсов и занимающихся содержанием и обслуживанием инженерных сетей:

— по холодной воде и водоотведению — от ЗАО «Водоканал», ООО «Водосеть-НК», ООО «Ком-Инвест», ООО «ТрансВиК», МКП «Водосеть»;

— по тепловой энергии и горячей воде — от «Новокузнецкие тепловые сети» ООО «Энергосбыт», ОАО «Кузнецкая ТЭЦ», ООО «Кузнецктепло-сбыт», МП «Сибирская сбытовая компания», ООО «Городская тепловая компания»;

— по электроэнергии — от ЗАО «Кузбассэнергосбыт», МКП «Электроремонтсервис».

Описание действующей системы информатизации

Рассмотрим действующую автоматизированную систему ЕДДС ЖКХ.

Техническая структура службы состоит из: персональных компьютеров, объединенных локальной сетью с сервером и периферийного оборудования.

Основное назначение системы — сбор, упорядочение и обеспечение возможности получения информации, позволяющей принимать решения по поводу любой аварии или нештатной ситуации, возникающей в ЖКХ.

ЕДДС выполняет контроль качества коммунальных услуг в режиме реального времени. В системе аккумулируется вся информация о том, в каком состоянии сейчас, например, трубы теплоснабжения, есть ли аварии, где планируется ремонт, где он был проведен и т. п.

Для этого в систему введены все данные о поставщиках и потребителях городских теплоэнергетических ресурсов, эксплуатирующих и наладочных муниципальных предприятиях, органах местного самоуправления, силовых ведомствах. В единой базе данных — сотни параметров, различная информация, технические подробности. Оперативно вводятся данные о неполадках и проблемах, диспетчеры принимают звонки от жителей. Задача диспетчера — принять от них информацию, что по такому-то адресу не всё в порядке и ввести эти данные в систему. Далее информация передается соответствующим службам для оперативного устранения проблемы.

После введения автоматизированной системы в ЕДДС сократилось время устранения аварий — с нескольких дней до нескольких часов.

ЕДДС позволяет всем участникам коммунального процесса (производитель-транспортировщик-потребитель) оперативно решать проблемы, а жителям даёт возможность быстро получить достоверные сведения о наличии воды, тепла, электроэнергии в своем доме.

Информационное обеспечение

Информационное обеспечение — важнейший элемент информационной системы, предназначено для отражения информации, характеризующей состояние управляемого объекта и являющейся основой для принятия управленческих решений.

На сегодняшний момент существует два подхода к разработке информационных систем, которые обусловлены разными принципами декомпозиции:

функционально модульный или структурный — в основу положен принцип функциональной декомпозиции, в котором система описывается в терминах иерархии ее функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами;

объектно-ориентированный подход — использует объектную декомпозицию. Система описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы в терминах обмена между ними.

В объектно-ориентированном анализе используются различные модели, описывающие:

функциональную структуру системы;

последовательность выполняемых действий;

передачу информации между функциональными процессами;

отношения между данными.

В объектно-ориентированном анализе используются в основном методологии:

— SADT (Structured Analysis and Design Technique) — технология структурного анализа и проектирования. Применяется для определения требований (функций) к разрабатываемой системе (нотации IDEF0);

— DFD (Data Flow Diagrams) — диаграммы потоков данных, представляют систему как сеть связанных между собой работ, обычно строятся для наглядного изображения работы системы документооборота организации;

— IDEF3 — данная методология проектирования позволяет описать процессы, фокусируя внимание на течении этих процессов, позволяет рассмотреть конкретный процесс с учетом последовательности выполняемых операций.

Выбор той или иной методологии зависит от критериев и целей проекта.

Для описания автоматизированной информационной системы по учету компьютерной техники на предприятии построим функциональную схему бизнес-модели организации, опишем все необходимые бизнес-процессы с точностью, достаточной для однозначного моделирования деятельности разрабатываемой системы. Функциональную схему будем строить на основе методологии IDEF0, используя программное средство AllFusion Process Modeler 7 (ранее BPwin).

На основании выбранной методологии IDEF0, начнем с построения контекстной диаграммы, описывающей весь процесс как «черный ящик». Процесс моделирования какой-либо системы в IDEF0 начинается с определения контекста, то есть, наиболее абстрактного уровня описания системы в целом. В контекст, входит определение субъекта моделирования, цели и точки зрения на модель. Целью построения модели является описание процесса учета парка компьютерной техники в целом. Рассмотрим процессы, характерные автоматизируемому предприятию и способы взаимодействия между ними с помощью методологии IDEF0.

Графический язык IDEF0 удивительно прост и гармоничен. В основе методологии лежат четыре основных понятия:

Первым из них является понятие функционального блока (Activity Box). Функциональный блок графически изображается в виде прямоугольника и олицетворяет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. По требованиям стандарта название каждого функционального блока должно быть сформулировано в глагольном наклонении (например, «производить услуги», а не «производство услуг»).

Каждая из четырех сторон функционального блока имеет своё определенное значение (роль), при этом:

Верхняя сторона имеет значение «Управление» (Control); (стрелки сверху, означающие на основании чего выполняется данный процесс — законы, стандарты, приказы и т. д.);

Левая сторона имеет значение «Вход» (Input); (стрелки слева, — данные или объекты, потребляемые или изменяемые процессом);

Правая сторона имеет значение «Выход» (Output); (стрелки справа, — основные результаты деятельности процесса, конечные продукты);

Нижняя сторона имеет значение «Механизм» (Mechanism) — стрелки снизу, означающие, посредством чего или с помощью кого реализуется данный процесс — материальные и / или кадровые ресурсы, необходимые для процесса (рис. 1.2).

Основой IDEF0 модели является контекстная диаграмма, моделирующая систему наиболее общим образом. Контекстная диаграмма отражает интерфейс системы с внешним миром, а именно информационные потоки между системой и внешними сущностями, с которыми она связана.

Для построения бизнес-процесса была использована IDEF0 диаграмма. Методология IDEF0 предписывает построение иерархической системы диаграмм — единичных описаний фрагментов системы.

Рисунок 1.2 — Пример функционального блока Сначала проводится описание системы в целом и ее взаимодействия с окружающим миром (контекстная диаграмма). Было построено три уровня диаграммы:

Контекстная Функциональная декомпозиция Декомпозиция каждой работы Техническое обеспечение Техническое обеспечение — это комплекс технических cpeдcтв, пpeднaзнaчeнныx для paбoты инфopмaциoннoй cиcтeмы, a тaкжe cooтвeтcтвyющaя дoкyмeнтaция нa эти cpeдcтвa и тexнoлoгичecкиe пpoцeccы. В комплекс технических средств входят:

компьютеры любых моделей;

устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации;

устройства передачи данных и линий связи;

оргтехника и устройства автоматического съема информации;

эксплуатационные материалы и др.

Для существующей системы на данный момент достаточно одного рабочего места, на котором будет загружена база данных, где диспетчер сможет заносить в базу данных результаты мониторинга. Под организацией рабочего места понимается его оснащение. Полное и комплектное оснащение рабочего места, а также его рациональная планировка позволяют наилучшим образом организовать трудовой процесс и, как следствие, повысить его эффективность. Рабочее место сотрудника представлено в виде персонального компьютера с установленной на нем операционной системой семейства Windows, а также пакетом офисных программ Microsoft Office. Также оно оснащено устройством вывода информации — принтером для печати различного рода отчетов.

Конфигурация рабочей станции:

— процессор Intel Pentium Dial Core E2200;

— оперативная память 512Мб и более;

— жесткий диск 80Гб и более;

— монитор 19 «Acer Y 193 WDb LCD;

— клавиатура, мышь;

— принтер, сканер и МФУ.

Для нормальной работы информационной системы все компьютеры рабочих станций объединены в единую корпоративную сеть. Сеть спроектирована по топологии «звезда» и управляется центральным сервером. Конфигурация сервера:

— процессор Intel Xeon Processor E5520;

— оперативная память 12Гб;

— жесткий диск 500Гб RAID 1.

Локальная вычислительная сеть построена на коммутаторах фирм D-Link и 3Com. Все рабочие станции в сети имеют доступ в интернет через аппаратный шлюз. Конфигурация шлюза.

— процессор Intel Xeon Processor E5520;

— оперативная память 8Гб;

— жесткий диск 250Гб RAID 1.

Для обеспечения надежного хранения данных используется сетевое хранилище данных фирмы Smart Store объемом 2,9 Тб с применением RAID5.

Достоинства и недостатки системы прототипа и систем из обзора

Из анализа работы действующей автоматизированной системы ЕДДС ЖКХ, можно сделать следующие выводы.

Достоинства системы-прототипа:

— простота системы;

— легкость ремонта при возникновении поломок приборов.

Недостатки системы-прототипа:

— нет быстрых достоверных данных при возникновении ЧС;

— не позволяет производить полностью автоматизированный сбор данных.

Достоинства систем из обзора:

— современная элементная база позволяет вести моментальный учет при возникновении ЧС на сетях, а также производить дистанционное отключение сетей при необходимости;

— позволяет производить автоматизированный сбор и передачу данных на центральный сервер энергоснабжающей организации.

Недостатки систем из обзора:

- для обслуживания и ремонта компонентов и узлов системы требуется высококвалифицированный обслуживающий и ремонтный персонал.

1.4 Техническое задание на создание автоматизированной информационной системы мониторинга инженерных сетей ЕДДС ЖКХ

Общие сведения

Полное наименование системы и ее условное обозначение

Автоматизированная информационная система мониторинга инженерных сетей (АИС МИС) ЕДДС ЖКХ.

Реквизиты разработчика и заказчика системы

Разработчик ;

Заказчик — ЕДДС ЖКХ г. Новокузнецк, ул. Орджоникидзе, 36.

Перечень документов, на основании которых создается система

Основанием для разработки системы является приказ «N_____» выполнения от _______ дипломного проекта на разработку АИС МИС ЕДДС ЖКХ.

Плановые сроки начала и окончания работы по созданию проекта

Дата начала работы — 10.04.2014 г.

Дата окончания работы — 10.06.2014 г.

Порядок оформления и представления заказчику результатов работ по созданию системы

Система передается в виде проекта АИС МИС ЕДДС ЖКХ в сроки, установленные в задание. Приемка системы осуществляется комиссией в составе уполномоченных представителей Заказчика и Исполнителя. Производится сдача разработанного Исполнителем комплекта технической документации в виде пояснительной записки и приложением к ней графической части.

Назначение и цели создания системы

Назначение системы

АИС МИС ЕДДС ЖКХ предназначена для мониторинга инженерных сетей города Новокузнецка.

Цели создания системы

Целями создания системы являются:

1) оперативное получение информации об инженерных сетях в любой части интересующей территории, включая здания и сооружения;

2) полное отслеживание неисправностей, регламентных и ремонтно-восстановительных работ, а также контроля их сроков и качества выполнения;

3) ведение архива документов по всем объектам сети и эксплуатационным событиям, по результатам которой осуществляется сбор данных для решения задачи автоматизации формирования текущих документов и выходных форм отчетности;

4) информационное обеспечение для планирования работ по реконструкции и ремонту инженерных сетей, а также автоматическое отслеживание остаточного ресурса оборудования.

Характеристика объекта информатизации

Краткие сведения об объекте информатизации

ЕДДС ЖКХ города Новокузнецка предназначена для повышения готовности администрации города, ее служб и объектов экономики к реагированию на угрозу или возникновение чрезвычайных ситуаций (ЧС), а также для увеличения эффективности сил и средств города при совместных действиях по предотвращению и ликвидации ЧС.

В состав входят органы управления, дежурные по вопросам ЖКХ и оперативный дежурный.

Сведения об условиях эксплуатации объекта автоматизации и характеристиках окружающей среды

Условия эксплуатации оборудования на предприятии характеризуются круглосуточной работой в любую погоду.

Требования к системе

Требования к системе в целом

а) Требования к структуре и функционированию системы

АИС МИС должна обеспечивать быстрое получение информации об инженерных сетях в городе Новокузнецке.

Структура построения и функции системы должны быть технически и экономически обоснованы.

Допускается разделение всей системы входящий в комплекс в целом на функционально самостоятельные составные части (рубежи, участки, зоны и т. п.). При этом построение системы входящий в комплекс должно обеспечивать возможность ее модификации (расширения функциональных возможностей) и устойчивую работоспособность (отказ какого-либо из функциональных участков не должен приводить к отказу всей системы, комплекса в целом).

Проектируемые система или комплекс должны удовлетворять требованиями рациональности, целостности, комплексности, перспективности и динамичности.

Рациональность выбираемого варианта системы входящий в комплекс достигают его условной оптимизацией, означающей минимизацию затрат на реализацию при заданной эксплуатационной надежности.

Целостность выбираемого варианта обеспечивают наилучшим сочетанием и взаимодействием его составных частей, имеющих ограниченные тактико-технические возможности и ресурс.

Комплексность выбираемого варианта предполагает его сбалансированность с учетом общей целевой задачи при оснащении объекта, реальных (в т.ч. финансовых) возможностей пользователя.

Перспективность выбираемого варианта означает, что он должен обеспечивать условия для своего развития с учетом возможных изменений в процессе эксплуатации.

Динамичность выбираемого варианта заключается в гарантированном выполнении им целевых функций в течение заданного срока службы с учетом износа и восстанавливаемости технических средств.

В системе должны быть предусмотрены специальные или обычные средства обнаружения и регистрации как явных, так и скрытых отказов составных частей (приборы, алгоритмы, сигналы и т. п.).

Система должна иметь защиту от ошибок пользователя при ручном управлении (включении). Проверка работоспособности отдельных составных частей системы не должна нарушать нормальную работоспособность всей системы в целом.