Что такое диспетчеризация котельной
Диспетчеризация в России
Проблема организации круглосуточного контроля за состоянием тепловых сетей и работой оборудования систем теплоснабжения (ЦТП, ИТП) в большинстве регионов РФ не решена.
Разработка и внедрение систем оперативного диспетчерского управления и контроля является необходимым условием для более эффективного управления работой системы теплоснабжения, более качественного снабжения потребителей тепловой энергией. Одновременно обеспечивается безопасная работа системы благодаря предоставлению информации о режимах и параметрах в любой момент времени, что дает возможность оперативно реагировать на аварийные и внештатные ситуации.
В России с развитием коммерческого учета тепла возможностями диспетчеризации все чаще интересуются тепловые компании. Подключение ЦТП и ИТП к сетям сбора данных может не только облегчить контроль и управление оборудованием, но и упростить ведение расчетов за поставляемые энергоресурсы как с теплогенерирующими предприятиями, так и с управляющими компаниями и ТСЖ, позволит контролировать работоспособность приборов учета.
Системы диспетчеризации системы теплоснабжения обеспечивают:
· реальную и полную картину состояния всех объектов в любой момент времени;
· круглосуточный мониторинг контролируемых объектов по перечню параметров;
· возможность выдачи аварийных сообщений на экран монитора, принтер или звуковых и световых предупреждений о нештатных и аварийных ситуациях;
· подсчет времени работы оборудования и предупреждение о необходимости проведения профилактических и регламентных работ и, за счет этого, продление срока службы инженерных систем;
· создание единой базы оперативных и архивных параметров технологических процессов (температура, давление, расход, тепловая мощность и количество тепловой энергии теплоносителей, работоспособность оборудования и т. д.);
· дистанционную диагностику оборудования и каналов связи;
· генерацию отчетов об отпуске и потреблении энергии и энергоносителя, отчетов о неиспользованной тепловой энергии по результатам контроля;
· ведение журнала событий;
· представление информации в удобном для анализа виде (таблицы, графики, диаграммы);
· дистанционный диспетчерский контроль за возникновением нештатных ситуаций на автоматизированных объектах;
· систему контроля доступа на автоматизированные объекты;
· расширение возможностей обслуживающего персонала при сокращении численности;
· возможность сбора статистической информации и прогнозирования;
· коммерческий учет потребления энергоресурсов (тепло, горячая вода, газ, электроэнергия).
В зависимости от характеристик автоматизируемого объекта и объема обрабатываемой информации, структура построения систем диспетчеризации реализуется в каждом случае индивидуально.
Эффективность программ, обеспечивающих функционирование диспетчерской службы, во многом зависит от правильной организации каналов связи с объектами и организации компьютерной сети между подразделениями и службами предприятия. Необходимо предусмотреть элементы, обеспечивающие резервирование компьютерной сети, а также обеспечить серверы и оборудование каналов связи системой гарантированного электропитания.
Каналы связи между различными уровнями системы могут быть проводными и беспроводными, с использованием выделенных и коммутируемых телефонных линий, локальных компьютерных сетей, сетей сотовой связи, радиоканалов и т.п. Используются технологии GPRS, Ethernet, WiFi и др.
Современные технологии позволяют решить все эти задачи и обеспечить высокие скорости передачи информации.
Диспетчеризация системы теплоснабжения позволяет осуществить:
· регулирование подачи количества теплоты в системы отопления в зависимости от изменения параметров наружного воздуха;
· ограничение максимального расхода воды из тепловой сети на тепловой пункт путем перекрытия клапана регулятора теплоты на отопление;
· поддержание требуемого перепада давлений в подающем и обратном трубопроводе тепловых сетей на вводе ИТП;
· поддержание заданной температуры воды, которая поступает в систему горячего водоснабжения здания;
· анализ теплопотребления в различные сезоны – зима, лето, межсезонье – и определение алгоритма работы системы для каждого такого периода.
При грамотном подходе к реализации проектов систем диспетчеризации, можно значительно экономить тепловую энергию за счет ее эффективного использования и снизить эксплуатационные издержки, за счет сокращения обслуживающего персонала.
По оценкам специалистов внедрение указанных систем приводит к экономии тепловой энергии приблизительно на 10-20%.
Что такое диспетчеризация?
Диспетчеризация – (от англ. dispatch – быстро выполнять) – централизация (концентрация) оперативного контроля и управления на энергетических, промышленных и других предприятиях, основанная на применении современных средств передачи и обработки информации. Диспетчеризация обеспечивает согласованную работу отдельных звеньев управляемого объекта в целях повышения технико-экономических показателей, ритмичности работы, лучшего использования производственных мощностей.
Система диспетчеризации – это набор аппаратных и программных средств для централизованного контроля за технологическими процессами, инженерными системами, системами энергоснабжения и снабжения сырьевыми ресурсами. Информация обо всем оборудовании, подключенном к системе диспетчеризации, выводится на экран компьютера рабочего места операторадиспетчера в режиме реального времени.
Системы диспетчеризации инженерных объектов делятся на локальные и удаленные.
Локальная диспетчеризация позволяет передавать технологические данные как от одной, так и от нескольких инженерных систем на компьютер оператора (пункт диспетчеризации). В данном случае мы имеем замкнутую систему, т.е. оборудование и пульт управления размещены на одном объекте или в одном здании. Зачастую локальную диспетчеризацию называют автоматизацией.
Удаленная диспетчеризация позволяет осуществлять передачу параметров от одной или нескольких автоматизированных систем с территориально удаленных объектов на центральную станцию диспетчеризации, с помощью различных каналов передачи данных. Удаленная диспетчеризация может применяться для объединения нескольких зданий, имеющих локальную диспетчеризацию.
Зачем нужна диспетчеризация?
Система диспетчеризации позволяет организовать плотное взаимодействие между различными подсистемами инженерного оборудования, она также выполняет автоматизированный оперативный контроль и управление. Необходимость создания подобной системы очевидна. Использование системы диспетчеризации тем оправданнее, чем шире спектр инженерного оборудования объекта.
Эффект от внедрения комплексной системы диспетчеризации не заставит себя ждать. Он проявляется в виде снижения потребления энергоресурсов и эксплуатационных затрат, а также значительного повышения производительности труда сотрудников предприятия за счет создания высокого уровня комфорта и отличных условий работы.
Диспетчеризация обеспечивает учёт потребления ресурсов, современный сервис, согласованную работу всевозможных автономных систем, входящих в инфраструктуру здания, микрорайона, населенного пункта, а также производит многоуровневое оповещение в случае возникновения аварийной ситуации.
Ошибаются те, которые думают, что диспетчеризация это просто компьютер и все. Диспетчеризация является высокой технологией. Процесс внедрения системы диспетчеризации сложный, после внедрения он будет развиваться годами. При выборе технологии, предназначенной для работы в системе диспетчеризации, нужно выбирать те фирмы, которые уже давно работают на этом рынке и не надо работать с фирмами, внедряющими так называемые «собственные» разработки. В России часто еще бывает так, что образовываются новые компании, предлагают «собственные» разработки, но ты не знаешь, что будет с этой организацией через год, два и что тогда делать с их разработками.
Технологии для диспетчеризации являются «открытыми», т.е. любая компания, приходящая на этот рынок, может работать уже с имеющимся программным обеспечением крупных компаний, которые уже давно существуют на рынке, а также развивать существующие технологии, другими словами, принимать условия работы крупных компаний-производителей. Крупные фирмы, разрабатывающие эти технологии, как правило, принимают общие правила игры между собой или интегрируются друг в друга.
Не будем останавливаться на очевидных преимуществах диспетчеризации (сбор и вывод информации на компьютер и т.д.), а приведем пример, показывающий ее преимущества, из опыта работы с данной технологией.
Рассмотрим обычный регулятор температуры горячей воды на ЦТП. Казалось бы, с его помощью можно измерять температуру горячей воды и влиять на клапан (на циркуляцию). На самом деле, все гораздо сложнее, если мы хотим решить задачу экономии энергоресурсов.
Например, есть квартальная котельная, вы везде поставили регуляторы горячей воды, при наступлении лета нагрузка горячей воды за сутки меняется достаточно сильно. Ночью нагрузка горячей воды мизерная, в пиковые часы – большая. Если не принимать никаких мер в ночном режиме, то все регуляторы просто закроются (циркуляция в сети исчезает или становится очень маленькой), поэтому мы можем получить останов котлов. А имея систему диспетчеризации, всего этого можно избежать, проводя регулирование с компьютера.
Говоря о диспетчеризации, также хотелось бы отметить следующее. Сейчас мы вплотную подошли к использованию коммерческих приборов учета тепловой энергии. Хотелось бы начать использовать их и систему диспетчеризации для снятия параметров с каждого абонента и каждого ввода в дом с целью определения фактического количества тепла, которое дошло из котельной (на выходе из котельной также установлены узлы учета) до потребителя (до дома), тем самым, определяя фактические потери тепла при транспорте. Диспетчер, проводя мониторинг параметров узлов учета, может проводить оптимизацию теплопотребления в городе, и такое мероприятие даст экономию не меньше 20%, без проведения мероприятий энергоаудита по определению тепловых потерь в ТС, которые на сегодня являются обязательными на основании законодательно-нормативной базы.
Т.е. мы фактически сами можем проводить энергоаудит ТС с целью определения тепловых потерь, а также проводить оптимизацию теплопотребления зданий.
Опыт ООО «Энерготехсервис» по использованию регуляторов потребления тепловой энергии «ЭСКО-РТ» совместно с запорно-регулирующими клапанами на системах отопления и горячего водоснабжения различных объектов показывает высокую эффективность применения указанного оборудования. Оснащение объектов данными системами регулирования теплопотребления позволяет на практике осуществлять энергосберегающие мероприятия, реально снижать затраты, связанные с оплатой за поставленное тепло.
Примером, характеризующим эффективность системы регулирования теплопотребления, является месячный отчет о потреблении теплоносителя и тепловой энергии из водяной системы в МУЗ «Камышинская ДГБ»-пищеблок. Из отчета стало видно, что среднесуточное потребление тепловой энергии после установки системы регулирования снизилось на 37,5%: до установки системы регулирования среднесуточное потребление тепловой энергии составляло 0,128 ГКал, после установки – 0,08 Гкал.
Возможность контроля температуры обратной сетевой воды регулятором позволяет избежать значительных штрафных санкций от энергоснабжающей организации за завышенную «обратку».
При средней стоимости оборудования и работ, связанных с установкой системы регулирования, 60 тыс. руб. ее окупаемость составляет, в среднем, 6 мес. На некоторых объектах (МУЗ «Камышинская ДГБ»-стационар) окупаемость составила 10 недель.
Приборы учета тепловой энергии и теплоносителя устанавливаются на объектах бюджетной сферы и жилищного фонда городского округа г. Волжский в течение трех лет. По состоянию на 01.01.2009 в г. Волжский установлено более 180 приборов учета марки ЭСКО на объектах жилищного фонда и социальной сферы. Осуществляется процесс внедрения автоматизированной системы коммерческого учета, регулирования и диспетчеризации энергопотребления АСКУРДЭ «НИИ ИТ-ЭСКО». Для сбора показаний с данных приборов учета в системе используется проводная, GSM-, GPRS-связь. Для этого все установленные приборы подключаются к соответствующим модемам.
Экономический эффект от внедрения автоматизированной системы АСКУРДЭ «НИИ ИТ-ЭСКО» на объектах городского округа г. Волжский составляет от 20 до 30%.
Системы автоматизации и диспетчеризации котельных: построение и эксплуатация
П.В. Близников, советник директора, ЗАО «ТГИ», г. Саратов
Системы управления автоматизированными котельными
ПЛК представляет собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное количество входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей, исполнительных механизмов к объекту управления, и предназначенный для работы в режимах реального времени.
Применение ПЛК выгодно и удобно как во вновь проектируемых блочно-модульных котельных (БМК), так и при реконструкции стационарных действующих, с учетом их работы без постоянно присутствующего персонала, поскольку выполняет все функции: управления, регулирования, защиты, диспетчеризации в режиме онлайн, передачи аварийных сигналов. С участием автора практически были выполнены проекты и монтаж автоматизированных БМК с водогрейными котлами мощностью 4 МВт и 5 МВт, проект БМК мощностью 6 МВт с блочными горелками, управляемыми ПЛК на основании СНиП II-35-76 «Котельные установки».
На техническом рынке ПЛК представлены широким рядом от различных производителей, в т.ч. и разработанных именно для нужд теплоснабжающих организаций.
В этом случае в основном используются датчики температуры и давления с унифицированным токовым сигналом 4-20 мА и реле протока с выходным сигналом типа «сухой контакт». Архитектура ПЛК позволяет дополнять добавочными модулями расширения уже существующий контроллер, что удобно в случае модернизации котельной. Кроме того, ПЛК имеет внутренний источник питания и интерфейс RS-485 или RS-232 (в зависимости от модификации).
При управлении работой котельной ПЛК выполняет следующие функции:
■ опрашивает датчики давления, температуры, протока теплоносителя в котловом и сетевом контурах, датчики давления газа, датчик температуры наружного воздуха;
■ выдает управляющие сигналы на включение (выключение) насосов сетевого и котлового контуров;
■ управляет регулирующим клапаном изменения температуры теплоносителя по заданному закону регулирования;
■ вводит и выводит резервные котлы и насосы в рабочий режим с учетом времени наработки (смена режима резерв-работа).
ПЛК позволяет производить передачу данных о параметрах работы котельной в режиме онлайн: температуре теплоносителя в сетевом и котловом контурах, давлении теплоносителя сетевого и котлового контура, давлении газа на входе, работе насосов в штатном режиме котлового и сетевого контуров, работе газогорелочных устройств (автоматических блочных горелок) в штатном режиме. Передача данных возможна как в проводном, так и в беспроводном вариантах с помощью GSM модема, в режиме передачи данных по технологии GPRS на удаленный пункт диспетчерской службы с помощью встроенных интерфейсов RS-485 (RS-232). В случае возникновения аварийной ситуации ПЛК в соответствии с заданным алгоритмом выполняет необходимые действия и немедленно выдает аварийный сигнал на пульт диспетчера. Имеется и возможность автоматического перезапуска котлов после устранения аварийных ситуаций.
Для отображения информации параметров работы котельной к ПЛК подключается панель оператора, которая позволяет наблюдать непосредственно в котельной параметры теплоносителя (давление, температура теплоносителя сетевых и котловых контуров, работа оборудования в текущем режиме: какие насосы и котлы работают в настоящее время). С помощью панели оператора также инженеры производят настройку параметров работы котельной: минимальные и максимальные уставки границ по температуре и давлению теплоносителя сетевого и котлового контуров, параметры ПИД регулятора температуры, управляющего работой регулирующего клапана. На рис. 1 представлен собранный готовый шкаф управления котельной.
Новые ПЛК имеют следующие особенности:
1) позволяют в полном объеме управлять котлами, насосами и другим оборудованием в автоматическом режиме, получить мгновенный доступ к текущим параметрам теплоносителя и индикации работающего оборудования в одном месте доступа (с помощью панели оператора);
2) имеют меньшие габариты, небольшую энергоемкость, позволяют осуществить ввод любого алгоритма по управлению работой котельной, быстро изменить параметры уставок и граничных значений параметров, осуществляют мгновенную передачу данных о штатной работе оборудования и аварийных ситуациях на удаленный пульт (монитор) дежурного оператора;
3) программируются с помощью ноутбука. При необходимости расширения функций управления котельной ПЛК быстро оснащается дополнительными модулями расширения.
Рис. 2. Рабочий стенд с ПЛК (внизу) и панелью оператора.
Как показала практика, применение ПЛК эффективно в котельных, работающих без постоянно присутствующего персонала, именно из-за широкой свободной возможности построения практически любого алгоритма управления оборудованием и удобной системы диспетчеризации с мгновенным оповещением об аварии, нештатной ситуации и наблюдением с удаленного монитора диспетчера в режиме онлайн работы (по сравнению со шкафами управления, сделанными по «опросному листу» и жестко привязанными к нему). Цена ПЛК лежит в пределах от 7,5 до 30 тыс. руб.
В настоящее время нашей организацией разработан проект управления паровой котельной с использованием таких ПЛК.
Организация системы управления и диспетчеризации котельных
Автоматика для котельной выбирается на основании проектного решения, а использование ПЛК позволяет решать многие технические задачи, не привязанные жестко к котельным установкам, и реализовывать самые нестандартные технические решения. К контроллеру подключаются стандартные унифицированные датчики, используемые в различных отраслях промышленности, таким образом, автоматика для БМК полностью комплектуется из стандартного оборудования.
Сотрудниками нашего предприятия осуществлялась организация системы АСУ ТП и диспетчеризация БМК с водогрейными котлами мощностью 4-6 МВт с блочными горелками на базе специализированного программного комплекса отечественного производителя.
Технически создание АСУ ТП и АСКУЭ требовало следующих мероприятий и оборудования.
1. Наличие устойчивой связи с контроллером котельной и, соответственно, наличие в котельной устройства для устойчивой передачи информации по технологии GPRS на удаленный пункт диспетчерской службы для визуального сопровождения работающего оборудования котельной, контроля параметров теплоносителя, газа, электроэнергии, организации обратной связи (возможности дистанционного управления оборудованием котельной).
Передача данных осуществляется через GSM комплект (модем, маршрутизатор, роутер), подключенный через интерфейс:
■ от контроллера ПЛК для передачи данных о работе оборудования котельной: насосы, котлы, регулирующие клапаны и т.д. (АСУ ТП);
■ от тепловычислителя, передающего параметры теплоносителя и данные об отпущенной тепловой энергии на источнике теплоты (АСКУЭ);
■ от трехфазного электрического счетчика электроэнергии, передающего данные о количестве потребленной электроэнергии (АСКУЭ).
■ от блока охранно-пожарной сигнализации, передающего аварийные сигналы о пожаре или взломе котельной (АСУ ТП);
■ от сигнализатора загазованности СО и СН (АСУ ТП).
В техническом задании на проектирование котельной обычно указывается способ передачи данных в системах диспетчеризации, и при проведении предпроектного обследования проверяется сигнал ССС (системы сотовой связи). Развитие коммуникационных технологий привело к созданию даже в отдаленных деревнях и поселках, достаточно устойчивого сигнала ССС для работ систем диспетчеризации, а современное отечественное оборудование позволило по одному каналу GPRS организовать работу и передавать информацию от двух независимых друг от друга программных комплексов АСУ ТП и АСКУЭ.
При отсутствии сотовой связи обычно используют промышленный радиомодем в диспетчеризации для контроля работы автоматизированной котельной с выделенными частотами.
2. Организация удаленного рабочего места диспетчера осуществляется на базе ПК посредством установки на ПК диспетчера специализированных программ для АСУ ТП и АСКУЭ.
Система АСУ ТП работает следующим образом: диспетчер имеет на своем экране картинку (мнемосхему) котельной: основное и вспомогательное оборудование, трубопроводы, арматура. Также выводятся параметры теплоносителя (давление, температура, расход) (рис. 3). При штатной работе АБМК на работающем оборудовании (котел, насос, клапан) загорается виртуальный индикатор работы. При возникновении аварийной ситуации изменяется цвет виртуальной кнопки с черного на красный «авария» с указанием места аварии: авария котла № 1, авария сетевого насоса № 2, пожар и т.д.; дополнительно высылается SMS на несколько номеров оперативного дежурного инженерного персонала (главный инженер, оперативный диспетчер, дежурный инженер). Расположение на одном экране такого количества доступной информации делает работу диспетчера достаточно комфортной.
Рис. 3. Мнемосхема с рабочего компьютера диспетчера.
В принципе, мнемосхема делается на основании пожеланий заказчика и технического задания, поэтому внешний вид, цветовое отображение оборудования и параметров может быть различным.
Система АСКУЭ на базе ОРС сервера функционирует так: на ПК диспетчера передаются данные от приборов учета потребленных и отпущенных энергоносителей, которые формируются в отдельные таблицы, как в режиме текущего времени, так и в формате суточных и ежемесячных архивов, но таблицы могут быть преобразованы и в графики. Это достаточно удобно для анализа работы котельной по потреблению энергоносителей и генерированию тепловой энергии.
В целом описанная система диспетчеризации на базе программ АСУ ТП и АСКУЭ позволяет спокойно, непрерывно контролировать процесс генерирования тепловой энергии и принимать необходимые оперативные меры по устранению нештатных ситуаций с помощью выездной дежурной бригады при внезапном и длительном отсутствии связи с диспетчерской.
Передача данных по технологии GPRS подразумевает непрерывную передачу данных на пункт диспетчера, тем более с использованием мнемосхем, поэтому внезапное и длительное отсутствии связи с диспетчерской уже само по себе является аварийной ситуацией, поэтому проектом предусмотрен источник бесперебойного питания в шкафу автоматики для аварийного питания ПЛК и модема с целью посылки аварийного сигнала.
Данные решения абсолютно применимы и для стационарных водогрейных котельных, разница только в количестве входных и выходных сигналов (подключенных датчиков и управляемых механизмов). А вот паровые котлы старых модификаций (типа ДКВр или Е) не предназначены для работы в полностью автоматическом режиме без постоянно присутствующего персонала, хотя современные импортные котлы работают в автоматическом режиме: другая конструкция, другие горелки.
Положительной стороной полной автоматизации котельной является сокращение персонала, в постоянном присутствии которого в котельной нет необходимости, а выездная бригада осуществляет обслуживание сразу нескольких объектов. Диспетчер также может контролировать работу сразу нескольких котельных.
Создание системы АСУ ТП с помощью отечественного программного комплекса стоило порядка 60-68 тыс. руб. (столько стоил сам программный продукт со всем необходимым набором опций).
Создание системы АСКУЭ в финансовом плане беззатратно, поскольку практически все приборы учета, выпускаемые в РФ на данный момент, поддерживают открытый протокол ОРС сервера, а программное обеспечение размещено на сайтах изготовителей в открытом доступе.
В настоящее время ряд автоматизированных котельных уже работают со шкафами управления на базе ПЛК отечественного производства.
Однако есть некоторые требования к проектно-монтажной и обслуживающей организациям: высокий уровень профессиональной подготовки проектировщиков и программистов и достаточный опыт работы в практическом создании систем АСУ ТП и АСКУЭ на котельных, поскольку только правильно написанная программа с алгоритмом работы и правильными уставками границ параметров (которые корректируются при пусконаладочных работах) позволяет работать котельным в штатных безаварийных режимах значительно долго. Так же необходимым условием является техническая возможность местного оператора связи предоставить устойчивую, бесперебойную связь с предоставлением фиксированного IP адреса, хотя это уже, как указывалось выше, не является на сегодня проблемой.