Все большее число зданий снабжают системами автоматизации для формирования требуемых потребительских характеристик в процессе эксплуатации [6].
Создание систем автоматизированного управления инженерным оборудованием зданий и сооружений является новейшим направлением в области промышленной автоматизации, которое называют Smart House – «умный дом» и определяют как комплексный набор технических средств и программного обеспечения для построения интегрированной системы автоматизации инженерных подсистем. К таким подсистемам относятся отопление, водоснабжение, кондиционирование, освещение, подсистемы доступа, охраны и безопасности, аудиовидеотехники (мультирум) и ряд других [1]. В статье рассмотрена автоматизация и диспетчеризация подсистемы отопления, а именно теплового пункта.
Автоматизация управления оборудованием подсистемы отопления даёт ряд неоспоримых преимуществ: снижение энергозатрат; снижение эксплуатационных издержек; контроль износа оборудования и действий персонала; упрощение управления системой в целом, и, как следствие, предупреждение и предотвращение аварийных ситуаций; технологичность процесса управления объектом с возможностью составить индивидуальную программу работы для каждой подсистемы [1].
Для достижения вышеперечисленных преимуществ необходимо выполнить следующие задачи: исследовать объект управления (ОУ); определить границы автоматизации; подобрать необходимое оборудование; создать алгоритм автоматизированного функционирования и выявления аварийных ситуаций; наладить оборудование в соответствии с заданным алгоритмом; интегрировать подсистему автоматизации теплового пункта в систему автоматизированного диспетчерского управления.
Подбор оборудования
Функциональная схема теплового пункта представлена на рис. 1. Тепловой пункт представляет собой два контура теплоносителя, соединённых по зависимой схеме. Внешний контур – теплоноситель, поступающий из городской системы теплоснабжения. Внутренний контур – теплоноситель, принудительно циркулирующий по отопительным приборам системы отопления здания. Для обеспечения принудительной циркуляции во внутреннем контуре используется насос. Для регулирования температуры используется трёхходовой клапан, который обеспечивает подачу теплоносителя из внешнего контура.
В процессе работы теплового пункта в нем находится дежурный. Дежурный периодически производит визуальный осмотр, проверяет параметры контуров (Т, Р), фильтры на подающем и обратном трубопроводе, снимает показания с приборов и производит учёт теплоты, которую потребляет здание.
Комплект контрольно-измерительного оборудования для создания системы автоматизации, должен обеспечивать измерение и регистрацию следующих параметров:
G1, G2 – расход и масса теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно; TE1, TE4 – температура теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно; PE5, PE9 – давление в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно; PE8 – давление в обратном трубопроводе внутреннего контура системы отопления; TE2, TE3 – температура воды в подающем и обратном трубопроводе внутреннего контура системы отопления соответственно; TE12 – температура наружного воздуха; TE13 – температура воздуха в контрольном помещении [2]; PE6, PE10 – датчики давления, контролирующие фильтры в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно; PE7, PE11 – датчики давления, контролирующие регуляторы перепада давления в подающем и обратном трубопроводах внешнего контура соответственно.
Техническая реализация системы автоматизации представлена на рис. 2.
Рис. 1. Функциональная схема теплового пункта
Рис. 2. Схема автоматизации теплового пункта
Как видно из рисунка, термометры и манометры были заменены датчиками температуры (Pt 1000) и давления (4–20 mA). Регулирование положения клапана по температуре подачи во внутреннем контуре и управление насосом через преобразователь частоты обеспечивает контроллер c модулями аналогового и дискретного ввода/вывода. Данные о расходе тепловой энергии пересчитываются и отправляются в базу данных.
Создание алгоритма функционирования подсистемы
На рис. 3 представлен алгоритм функционирования АСУ тепловым пунктом.
Рис. 3. Алгоритм функционирования теплового пункта
Рис. 4. Фрагмент экрана оператора
Сообщения об аварийных ситуациях должны генерироваться в следующих случаях:
1. 
– возникла утечка теплоносителя в системе отопления;
2. 
– температура в подающем трубопроводе внешнего контура системы отопления не соответствует расчётному значению,
где 
– расчетная температура в подающем трубопроводе внешнего контура,
– допускаемое отклонение от расчётного значения;
3. 
– температура в обратном трубопроводе внешнего контура системы отопления не соответствует расчётному значению,
где 
– расчетная температура в обратном трубопроводе внешнего контура,
– допускаемое отклонение от расчётного значения;
4. 
– давление в обратном трубопроводе внутреннего контура отопления не соответствует расчётному значению,
где 
– расчетное значение давления в обратном трубопроводе внутреннего контура системы отопления,
– допускаемое отклонение от расчетного значения;
5. 
– фильтр в подающем трубопроводе внешнего контура системы отопления засорился;
6. 
> 0,2(РЕ10 + РЕ9) – фильтр в обратном трубопроводе внешнего контура системы отопления засорился;
7. PE7 > (Pпр + 0,1∙Pпр) или PE7 < (Pпр – – 0,1∙Pпр) – давление после регулятора давления после себя не соответствует расчётному,
где Pпр – расчётное значение регулятора перепада давления после себя;
8. PE11 > (Pор + 0,1∙Pор) или PE11 < < (PEор – 0,1∙PEор) – давление до регулятора давления до себя не соответствует расчётному,
где Pор – расчётное значение регулятора перепада давления до себя.
Интегрирование подсистемы автоматизации теплового пункта в систему автоматизированного диспетчерского управления
После наладки оборудования происходит процесс интегрирования в систему автоматизированного диспетчерского управления. На рис. 4 изображен фрагмент экрана оператора, с мнемосхемами, отражающими работу теплового пункта.
На экране оператора отображаются основные параметры теплового пункта:
● В поле «Температурный график» отображается текущая температура теплоносителя в приточном трубопроводе (зеленый цвет) и заданная температура в приточном трубопроводе (красный цвет).
● На мнемосхеме изображена принципиальная схема теплового пункта с текущими показаниями основных датчиков и положением исполнительных механизмов.
● В поле «Состояние» отображается текущей режим работы теплового пункта (комфорт или эконом), лампа аварии и кнопка квитирования (подтверждения) аварии.
● В поле «Задание» имеется возможность задать режим работы системы и диапазон ограничения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе.
● В поле «отопительный график» имеется возможность с помощью ползунков задать температуру теплоносителя в подающем трубопроводе относительно температуры на улице, красной штриховкой обозначены области ограничения задания.
Заключение
После проведения модернизации теплового пункта достигнуто снижение энергозатрат и эксплуатационных издержек; осуществлено предотвращение аварийных ситуаций. Реализована возможность составлять индивидуальную программу работы для каждой подсистемы.
Рецензенты:
Казанцев В.П., д.т.н., доцент, профессор кафедры микропроцессорных средств автоматизации, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь;
Бочкарев С.В., д.т.н., доцент, профессор кафедры микропроцессорных средств автоматизации, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь.