Диспетчеризация

Диспетчеризация территориально распределенных и удаленных промышленных объектов и объектов ЖКХ с дистанционным управлением.

Построение системы диспетчеризации.

Основные и прикладные задачи решаемые системой диспетчеризации.

Требования к построению системы диспетчеризации.

При автоматизации распределенных и удаленных объектов, технологических процессов, котлов и котельных, систем водо- и энергоснабжения, инженерных систем зданий (систем жизнеобеспечения и безопасности, систем учета и мониторинга), а также объектов, где требуется постоянный специализированный контроль, а присутствие человека по тем или иным причинам нежелательно или экономически нецелесообразно, возникает необходимость централизованного и удаленного диспетчерского контроля и управления.

Как правило, на каждом объекте система диспетчеризации имеет свое предназначение и выполняет конкретные задачи, их решение нацелено на выполнение основных задач.

Основные задачи системы диспетчеризации это – централизованный оперативный контроль за режимами работы процессов, происходящих на обслуживаемом объекте (телеметрия), и управление этими процессами (телемеханика и автоматизация).

Прикладные задачи системы диспетчеризации:

передача на центральный диспетчерский пункт технических и диагностических параметров применяемого технологического оборудования (мониторинг состояния оборудования);

оптимизация режимов работы технологического оборудования, увеличение его ресурса;

передача сообщений аварийной (охранной и пожарной) сигнализации, обеспечение безопасности;

передача значений расхода энергоресурсов (учет);

дистанционное управление технологическим оборудованием (удаленная перенастройка параметров регулирования оборудования, перепрограммирование контроллеров);

опрос и диагностика контроллеров, управляющих системами (узлами) объекта диспетчеризации;

протоколирование всех событий (аварий, действий диспетчера, включения и выключения исполнительных механизмов, поступления тревожных сигналов и сообщений и т.п.);

Систематизация и классификация технологического оборудования – в первую очередь, систем тепло- и энергоснабжения, систем жизнеобеспечения, а также небольших котельных – позволили сформулировать основные требования к оптимальному построению комплекса средств автоматизации и диспетчеризации.

Основные требования к оптимальному построению системы диспетчеризации:

Построение системы должно учитывать функциональную направленность решаемых задач. Проведение оперативного контроля и управления, ресурсосбережение и сокращение эксплуатационных затрат, поддержание безопасности и т.д.;

Надежность и помехоустойчивость. Система по сбору и обмену информацией должна быть построена на не связанных между собой средствах;

Унифицируемость и универсальность применяемого оборудования. Средства по сбору и обмену информацией должны быть однотипными и предназначены для решения задач в составе с любым оборудованием;

Возможность поэтапного внедрения и дальнейшего расширения до комплексной интегрированной системы диспетчеризации и безопасности (гибкая структура) – от простых локальных задач к комплексным проектам с развитой диспетчеризацией. За счет этого внедрение системы диспетчеризации можно разбить на несколько этапов с учетом последовательности их реализации: учет – диспетчеризация - энергоаудит/безопасность- энергосбережение/дальнейшее сокращение энергозатрат за счет удаленного регулирования;

Возможность параллельного сбора данных со всех средств обмена информацией. Это существенно сокращает время опроса и передачи информации, расширяет возможности системы в подключении практически неограниченного количества средств сбора данных. Существенно (в разы) уменьшает стоимость трафика передачи информации;

Получение информации различным категориям пользователей с возможностью ограничения уровня доступа;

Дистанционная диагностика оборудования. Количество выездов бригад сервисного и технического обслуживания должно быть минимальным;

Доступность в обучении, монтаже, наладке и эксплуатации;

Соотношение «цена–качество» – возможность выбора оптимального технико-экономического решения (для частных владений, типовых многоквартирных домов, коммерческих и государственных предприятий). Решение должно учитывать развитие системы «на перспективу», т.е. при увеличении количества контролируемых параметров всегда можно нарастить систему без замены оборудования и программного обеспечения.

Продуктивность работы диспетчера зависит от организации рабочего места, организации механизма оперативного контроля и управления, для решения задач диспетчеризации, выполняя при этом основную целевую функцию производственного процесса или выполнения услуг. Так, например, диспетчеризация объектов ЖКХ заключается в решении вопросов учета, мониторинга качества поставки и эффективного использования энергоресурсов, контроля работы и состояния систем жизнеобеспечения и их безопасности, сокращения эксплуатационных затрат.

Для выполнения задач диспетчеризации разрабатывается программный интерфейс пользователя или рабочее место для диспетчера - АРМ диспетчера.

Данный программный продукт (комплекс) должен:

постоянно диагностировать состояние оборудования системы диспетчеризации, наличие связи с контроллерами;

с заданной периодичностью и по определённому алгоритму, автономно контролировать состояние объектов охваченных системой диспетчеризации на предмет их нормальной работы, результаты контроля отражать для просмотра;

в случае возникновения нештатной или аварийной ситуации, подавать световые и звуковые сигналы, характеризовать ситуацию, предоставлять перечень мероприятий, действий диспетчера по локализации и ликвидации аварий;

производить автоматическую регистрацию всех событий, в том числе, действий диспетчера.

С такими задачами и требованиями справляются пока далеко не все существующие автоматизированные системы. Но лучшие из отечественных уже облегчили и обезопасили работу сотням производств и коммунальным предприятиям управляющих компаний. Это помогает создавать эффективные и прибыльные производства, жилищно-коммунальные хозяйства.

Необходимость удаленной перенастройки параметров регулирования на объектах ЖКХ.

Необходимость удаленной перенастройки параметров регулирования оборудования возникает при решении задач по оптимизации технологического процесса связанного, например, с дозированием, потреблением сырьевых ресурсов и энергоносителей и т.п.. Рассмотрим это на примере потребления тепловой энергии на объектах ЖКХ.

Увеличение стоимости тепловой и электрической энергии объективно вынуждает потребителей принимать меры для максимальной их экономии. С этой целью в первую очередь проводят установку систем учета и контроля. Однако установка теплосчётчика позволяет лишь определить теплопотребление объекта. Снизить затраты на теплопотребление можно путем повышения эффективности использования тепловой энергии, а именно, установкой систем регулирования теплопотребления.

Эффект энергосбережения достигается за счет применения на общедомовых тепловых узлах автоматического регулирования потребления тепловой энергии с «погодной компенсацией», т.е. регулированием потребления тепла в зависимости от погодных условий. Но как показывает практика этого недостаточно.

В целях дальнейшего использования потенциала энергосбережения, необходимо корректировать параметры регуляторов для достижения оптимального качества регулирования. Это позволяет диспетчеру более эффективно использовать тепловую энергию с выполнением требований к комфорту, но при этом дает дополнительную экономию на 15-20%.

Назначение автоматизированной системы диспетчеризации с функцией перенастройки параметров регулирования теплопотребления:

создание комфортных условий для проживания и работы в помещениях здания, за счет поддержания заданного температурного режима по датчикам, размещенным в контрольных точках помещений здания;

экономия тепловой энергии за счет понижения температуры теплоносителя в ночные часы, в выходные и праздничные дни (для объектов социальной инфраструктуры);

экономия тепловой энергии за счет устранения вынужденных «перетопов» (подачи на объект теплоносителя с завышенной температурой теплоносителя) в переходные и межсезонные периоды;

регулирование параметров теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха с минимальной инерцией. Гибкий температурный график возможен только для индивидуальных теплопунктов, температурный график тепловых сетей не предусматривает быстрого реагирования на изменение погодных условий (это связано со спецификой работы энергетического оборудования);

регулирование температуры теплоносителя в обратном трубопроводе теплосети для исключения применения штрафных санкций со стороны энергоснабжающих организаций за превышение данной температуры;

экономия за счет сокращения численности обслуживающего персонала.

Построение системы диспетчеризации.

Построение оптимальной по всем критериям автоматизированной системы диспетчеризации является сложной инженерной задачей, требующей применения различных информационных технологий и специальных решений. Как правило, на объектах используется оборудование разных производителей, каждый из которых предлагает свои средства автоматизации и диспетчеризации. Задача проектировщика автоматизированной системы диспетчеризации - «срастить» разнородные системы в единый информационно-технический комплекс.

Определение средств сбора и обмена информацией системы диспетчеризации удаленных объектов.

Для диспетчеризации территориально распределенных и удаленных объектов, где прокладка кабеля нецелесообразна, дорога, может быть подвергнута разрушению, либо практически невозможна, используется беспроводная связь. На каждом удаленном объекте устанавливается промышленный контроллер с устройствами ввода информации от датчиков и вывода сигналов на исполнительные устройства (рис.). К порту обмена данных контроллера подключается GSM/GPRS модем, который через Интернет передает данные на удаленный компьютер - сервер сбора данных.

Иногда бывает полезным рассмотреть вариант организации сети сбора данных с датчиков/контроллеров при помощи специализированных устройств, работающих по протоколу ZigBee и объединенных в Mesh-сеть для связи между территориально распределенными объектами с последующим выходом в Интернет через один узловой GSM/GPRS модем.

Способы передачи информации в системах диспетчеризации.

Преимущества и недостатки.

На сегодняшний день имеется целый ряд технологий с различными способами передачи информации на большие расстояния. Но наибольшую распространенность получили технологии передачи информации с использованием сетей сотовой связи, благодаря их широкой распространенности и доступности. Используемые технологии и способы передачи данных определяют возможности диспетчеризации – оперативность поступления данных, их ёмкость, надежность связи с объектом, возможность организации удаленного управления оборудованием путем задания установочных параметров, стоимость трафика передачи данных. Поэтому рассмотрим способы передачи информации подробнее.

В качестве основного устройства для сбора и передачи информации с объектов через сети сотовых операторов используются GSM/GPRS модемы, которые подключаются к оборудованию обычно через интерфейс RS232. В некоторых моделях модемов имеются также дискретные входы и выходы, что позволяет подключать к ним напрямую, например, концевые выключатели и т. п., например, для организации контроля доступа на объект.

Для передачи информации через сети сотовых операторов на сегодняшний день используют пакетную передачу данных GPRS, как наименее затратный способ. При этом операторы сотовой связи предоставляют услуги доступа в сеть Интернет или же организацию виртуальных частных сетей VPN. Во втором случае устройства могут обмениваться информацией только в пределах частной сети без доступа в сеть Интернет, что не всегда удобно.

Способы передачи информации через сеть Интернет и локальные сети:

1 Способ. На центральном сервере сбора данных устанавливается специальное ПО к которому подключаются модули программ-обработчиков протоколов.

Сам сервер сбора данных последовательно опрашивает каждое устройство, которое подключено к модему. В этом случае модем работает в «прозрачном» режиме передачи данных. Достоинство такого способа – это однотипное оборудование на объектах, т.е. модем должен лишь транслировать на сервер то, что получает от прибора. Сам сервер здесь служит обработчиком протокола обмена. Недостатки такого подхода очевидны. Во-первых, значительно возрастает трафик передачи данных, следовательно, увеличивается время опроса одного устройства и возрастает стоимость передачи информации. Во-вторых, повышается нагрузка на центральный сервер сбора данных. В-третьих, некоторые устройства на объектах (контроллеры, вычислители) изначально проектируются исходя из непосредственного съема информации на самом объекте. Протоколы, реализованные в них бывают критичны к времени задержки команд, которые допускаются и реально происходят в локальных сетях и сетях Интернет. Таким образом, передача данных в корректном виде при использовании «прозрачного режима» практически невозможна. Поэтому данная категория оборудования просто выпадает из перечня поддерживаемых системами диспетчеризации, построенных на данном способе. В-четвертых, для подключения к системе нового типа приборов, нужно разрабатывать и вносить изменения в ПО сервера сбора данных.

2 Способ с использованием OPC-серверов часто применяется в системах диспетчеризации ЖКХ благодаря универсальности подключения группы объектов к центральному серверу сбора данных.

В данном варианте на группу однотипных приборов устанавливается специальное программное обеспечение ОРС-сервер, которое разрабатывается для конкретного типа оборудования или конкретного протокола. Для каждого нового типа оборудования необходима разработка нового ОРС-сервера. Центральный сервер сбора данных подключается к OPC-серверам, которые для него являются унифицированными (протокол OPC).

Сам этот принцип в систему диспетчеризации распределенных объектов пришел из промышленных систем. Он разрабатывался для передачи информации по проводным сетям Ethernet и для своей работы требует стабильной, надежной связи. В условиях беспроводной передачи информации возможны сбои, задержки в передачи информации, что негативно сказывается на стабильности сбора информации с объектов, возможны «зависания» и пропуски данных.

Разработка программного обеспечения ОРС-сервера для нового оборудования сама по себе очень трудоемкая и затратная задача. Стоимость ОРС-серверов высока и для нужд ЖКХ экономически не выгодна.

3 Способ. На сервере сбора данных устанавливается база данных с возможностью доступа к ней через сеть Интернет, а на объектах устанавливаются программируемые модемы, которые в результате работы программы методами SQL-запросов записывают информацию на сервер.

Достоинство этого метода – разгрузка сервера сбора данных от необходимости обработки протоколов различных устройств. Обработка протоколов производится в программе самого модема, однако в данном случае остается проблема передачи большого объема данных через Интернет-сети, а следовательно возрастает стоимость передачи информации. Кроме того, использование удаленного подключения к базе данных со стороны модемов не является оптимальным способом передачи информации с распределенных устройств через сети Интернет.

4 Способ. Лишен недостатков предыдущих способов следующий вариант, который предполагает использование стандартного сервера сбора данных, основанного на TCP/IP протоколе сбора/передачи информации с множества точек одновременно.

На сервер сбора данных информация поступает в стандартном, унифицированном виде, специально созданном и оптимизированном для передачи по сетям Интернет, позволяя экономить трафик и время опроса устройств. В этом варианте преобразование протоколов приборов в унифицированный протокол происходит в программируемом GSM/GPRS модеме. В итоге получается система с распределенной вычислительной нагрузкой, при этом сервер позволяет опрашивать максимальное количество объектов за минимальное время. Особенность такого подхода – это необходимость программирования модема для каждого нового типа прибора. Наличие программируемого устройства на самом объекте позволяет реализовать ряд дополнительных функций. Например, создание внутри модема предварительного энергонезависимого архива информации прибора, если таковой в самом приборе на объекте отсутствует; создание логики обработки нештатных ситуаций (рассылка SMS-сообщений, e-mail на указанные адреса); возможность организации удаленного управления оборудованием путем задания установочных параметров.

На сегодняшний день такая возможность по реализации вышеупомянутых функций имеется у модемов ГАММИ-МД-БВМ02, производства ООО «Фирма «Гамми» г. Казань.

Данные программируемые GSM/GPRS модемы позволяют осуществлять контроль и управление для индивидуальных бытовых нужд (построение индивидуальной диспетчеризации), когда сервер сбора и предоставления информации через Интернет размещен в самом модеме.

Требования к программному обеспечению для системы диспетчеризации.

Чаще всего в качестве основного программного обеспечения для систем диспетчеризации ЖКХ используют промышленные SСАDА-системы. Их основной задачей является сбор информации с промышленных объектов на территории предприятия. Обычно подобный сбор информации с приборов производится по кабельным линиям, непосредственно подключенным к серверу сбора данных. На сервере сбора данных организуется архивирование информации и одновременно рабочее место диспетчера. Дублирование рабочих мест диспетчеров предполагает установку дополнительного программного обеспечения на рабочее место.

Эти основные принципы построения систем диспетчеризации на промышленных предприятиях не являются оптимальными для организации диспетчеризации объектов ЖКХ.

Во-первых, характерной особенностью объектов ЖКХ является их территориальная распределенность и значительная удаленность от диспетчерского пульта, а следовательно использование передачи информации по беспроводным технологиям, что является скорее исключением из правил SСАDА-систем.

Во-вторых, для диспетчеризации объектов ЖКХ необходимо использовать мобильные рабочие места диспетчеров и желательна организация доступа к информации с любого удобного места без необходимости установки ПО. Вызвано это прежде всего тем. что часто требуется иметь текущую информацию «под рукой» для принятия решений.

В этом случае наиболее оптимальными и перспективными являются Интернет-технологии сбора и предоставления информации, которые, благодаря их глобальной распространенности позволяют осуществлять удобный доступ к информации с любого рабочего места, подключенного к Интернет.

Требования к программному обеспечению:

Программное обеспечение для системы диспетчеризации реализовано в информационно – измерительной системе «Web–Диспетчер». Практический опыт в решении задач по диспетчеризации различных объектов обуславливает набор необходимых требований, условий для выполнения системой Web – Диспетчер. Система должна:

иметь гибкую структуру с возможностью расширения за счет добавления новых точек сбора информации любого типа (газ, тепловая и электроэнергия, охранные системы и т.д.);

передавать информацию с объектов на любые расстояния за счет использования глобальной сети Интернет и современных технологий передачи данных;

иметь возможность сбора информации с любого типа оборудования;

предоставлять доступ к информации различным категориям пользователей с возможностью разграничения уровня доступа;

обеспечивать безопасность коммерческой информации, путем программной и аппаратной защиты данных, использованием защищенных протоколов.

как показывает практика, если вышеупомянутые требования учтены, то конкретные требования к программному обеспечению системы диспетчеризации конкретного объекта легко выполнимы.