Особливостями теплопостачання є жорсткий взаємовплив режимів теплопостачання та теплоспоживання, а також множина точок постачання кількох товарів (теплова енергія, потужність, теплоносій, гаряча вода). Мета теплопостачання, не забезпечення генерації та транспорту, а підтримка якості названих товарів для кожного споживача.
Ця мета досягалася щодо ефективно при стабільних витратах теплоносія у всіх елементах системи. "Якісне" регулювання, що застосовується у нас, по самій своїй суті передбачає зміну тільки температури теплоносія. Поява будівель із регульованим споживанням забезпечила непередбачуваність гідравлічних режимів у мережах за збереження сталості витрат у самих будинках. Скарги у сусідніх будинках довелося ліквідувати завищеною циркуляцією та відповідними масовими перетопами.
Гідравлічні розрахункові моделі, що застосовуються сьогодні, не дивлячись на їх періодичне калібрування, не можуть забезпечити облік відхилень витрат на вводах будівель через зміну внутрішніх тепловиділень та споживання гарячої води, а також вплив сонця, вітру та дощу. При фактичному якісно-кількісному регулюванні необхідно “бачити” систему в реальному часі та забезпечити:
- контроль максимальної кількості точок постачання;
- зведення поточних балансів відпустки, втрат та споживання;
- керуючий вплив за неприпустимого порушення режимів.
Управління має бути максимально автоматизованим, інакше його просто неможливо реалізувати. Завдання полягало в тому, щоб досягти цього без надмірних витрат на обладнання контрольних точок.
Сьогодні, коли у великій кількості будівель є вимірювальні системи з витратомірами, датчиками температури та тиску, використовувати їх лише для фінансових розрахунків нерозумно. АСУ «Тепло» побудовано переважно на узагальненні та аналізі інформації «від споживача».
Під час створення АСУ були подолані типові проблеми застарілих систем:
- залежність від коректності обчислень приладів обліку та достовірності даних у невірних архівах;
- неможливість зведення оперативних балансів через нестикування часу вимірювань;
- неможливість контролю швидкозмінних процесів;
- невідповідність новим вимогам інформаційної безпекифедерального закону «Про безпеку критичної інформаційної інфраструктури Російської Федерації».
Ефекти від застосування системи:
Служби роботи зі споживачами:
- визначення реальних балансів за всіма видами товарів та комерційних втрат:
- визначення можливих позабалансових доходів;
- контроль фактичного споживання потужності та відповідності її ТУ на підключення;
- запровадження обмежень, що відповідають рівню платежів;
- перехід на двоставковий тариф;
- контроль КПЕ для всіх служб, що працюють зі споживачами, та оцінка якості їхньої роботи.
Експлуатація:
- визначення технологічних втрат та балансів у теплових мережах;
- диспетчерське та аварійне управління за фактичними режимами;
- підтримання оптимальних температурних графіків;
- контроль стану мереж;
- налагодження режимів теплопостачання;
- контроль відключень та порушень режимів.
Розвиток та інвестиції:
- достовірна оцінка результатів запровадження проектів поліпшень;
- оцінка ефектів інвестиційних витрат;
- розробка схем теплопостачання у реальних електронних моделях;
- оптимізація діаметрів та конфігурації мережі;
- зниження витрат на підключення при врахуванні реальних резервів пропускної спроможності та енергозбереження у споживачів;
- планування ремонтів
- організація спільної роботи ТЕЦ та котелень.
Важливий комунальною послугоюу сучасних містах є теплопостачання. Система теплопостачання служить для задоволення потреб населення у послугах опалення житлових та громадських будівель, гарячого водопостачання (підігрів води) та вентиляції.
Сучасна система теплопостачання міст включає такі основні елементи: джерело тепла, теплові передавальні мережі та пристрої, а також обладнання та пристрої, що споживають тепло, - системи опалення, вентиляції та гарячого водопостачання.
Системи теплопостачання міст класифікуються за такими критеріями:
- - Ступінь централізації;
- - рід теплоносія;
- - спосіб вироблення теплової енергії;
- - спосіб подачі води на гаряче водопостачання та опалення;
- - кількість трубопроводів теплових мереж;
- - спосіб забезпечення споживачів тепловою енергією та ін.
за ступеня централізаціїтеплопостачання розрізняють два основні види:
- 1) централізовані системитеплопостачання, які набули розвитку у містах та районах з переважно багатоповерховою забудовою. Серед них можна виділити: високоорганізоване централізоване теплопостачання на базі комбінованого вироблення тепла та електроенергії на ТЕЦ - теплофікація та централізоване теплопостачання від районних опалювальних та промислово-опалювальних котелень;
- 2) децентралізоване теплопостачання від дрібних прибудинкових котельних установок (прибудованих, підвальних, дахових), індивідуальних опалювальних приладів тощо; при цьому відсутні теплові мережі та пов'язані з ними втрати теплової енергії.
за роду теплоносіярозрізняють парові та водяні системи теплопостачання. У парових системах теплопостачання як теплоносій виступає перегріта пара. Ці системи використовуються в основному для технологічних цілей у промисловості, електроенергетиці. Для потреб комунального теплопостачання населення внаслідок підвищеної небезпеки за її експлуатації вони мало використовуються.
У водяних системах теплопостачання теплоносієм є гаряча вода. Ці системи застосовуються в основному для постачання теплової енергії міських споживачів, для гарячого водопостачання та опалення, а в деяких випадках - і для технологічних процесів. У нашій країні водяні системи теплопостачання складають понад половину всіх теплових мереж.
за способу вироблення теплової енергіїрозрізняють:
- - комбіноване вироблення тепла та електроенергії на теплоелектроцентралях. У цьому випадку тепло робочої тепловодяної пари використовується для отримання електроенергії при розширенні пари в турбінах, а потім тепло відпрацьованої пари, що залишилося, використовується для нагрівання води в теплообмінниках, які складають теплофікаційне обладнання ТЕЦ. Гаряча вода використовується для теплопостачання міських споживачів. Таким чином, на ТЕЦ тепло високого потенціалу використовується для вироблення електроенергії, а тепло низького потенціалу – для теплопостачання. У цьому полягає енергетичний зміст комбінованого вироблення тепла та електроенергії, що забезпечує суттєве зниження питомих витрат палива при отриманні теплової та електричної енергії;
- - роздільне вироблення теплової енергії, коли нагрівання води в котельних установках (теплових станціях) відокремлено від вироблення електричної енергії.
за способу подачі водина гаряче водопостачання водяні системи теплопостачання поділяються на відкриті та закриті. У відкритих водяних системах теплопостачання гаряча вода надходить до водорозбірних приладів місцевої системи гарячого водопостачання безпосередньо з теплових мереж. У закритих водяних системах теплопостачання воду з теплових мереж використовують тільки як середовище для нагрівання у водопідігрівачах - теплообмінниках (бойлерах) водопровідної води, яка надходить потім до місцевої системи гарячого водопостачання.
за кількості трубопроводіврозрізняють однотрубні, двотрубні та багатотрубні системи теплопостачання.
за способу забезпечення споживачівтепловою енергією розрізняються одноступінчасті та багатоступінчасті системи теплопостачання – залежно від схем приєднання абонентів (споживачів) до теплових мереж. Вузли приєднання споживачів тепла до теплових мереж називають абонентськими введеннями. На абонентському введенні кожної будівлі встановлюють підігрівачі гарячого водопостачання, елеватори, насоси, арматуру, контрольно-вимірювальні прилади для регулювання параметрів та витрати теплоносія за місцевими опалювальними та водорозбірними приладами. Тому часто абонентське введення називають місцевим тепловим пунктом (МТП). Якщо абонентське введення споруджується для окремого об'єкта, його називають індивідуальним тепловим пунктом (ИТП).
Під час організації одноступінчастих систем теплопостачання абоненти-споживачі тепла приєднуються безпосередньо до теплових мереж. Таке безпосереднє приєднання опалювальних приладів обмежує межі допустимого тиску в теплових мережах, оскільки високий тиск, необхідне транспорту теплоносія до кінцевим споживачам, небезпечне радіаторів опалення. В силу цього одноступінчасті системи застосовують для теплопостачання обмеженої кількості споживачів від котелень із невеликою довжиною теплових мереж.
У багатоступінчастих системах між джерелом тепла та споживачами розміщують центральні теплові (ЦТП) або контрольно-розподільні пункти (КРП), у яких параметри теплоносія можуть змінюватись на вимогу місцевих споживачів. Обладнаються ЦТП та КРП насосними та водонагрівальними установками, регулювальною та запобіжною арматурою, контрольно-вимірювальними приладами, призначеними для забезпечення групи споживачів у кварталі чи районі тепловою енергією необхідних параметрів. За допомогою насосних або водонагрівальних установок магістральні трубопроводи (перший ступінь) частково або повністю гідравлічно ізолюються від розподільних мереж (другий ступінь). З ЦТП або КРП теплоносій з допустимими або встановленими параметрами по загальним або окремим трубопроводам другого ступеня подається до МТП кожної будівлі для місцевих споживачів. При цьому в МТП виробляють лише елеваторне підмішування зворотної води з місцевих опалювальних установок, місцеве регулювання витрати води на гаряче водопостачання та облік витрати тепла.
Організація повної гідравлічної ізоляції теплових мереж першого та другого ступеня є найважливішим заходом підвищення надійності теплопостачання та збільшення дальності транспорту тепла. Багатоступінчасті системи теплопостачання з ЦТП та КРП дозволяють у десятки разів зменшити кількість місцевих підігрівачів гарячого водопостачання, циркуляційних насосів та регуляторів температури, що встановлюються у МТП при одноступінчастій системі. У ЦТП можлива організація обробки місцевої водопровідної води для запобігання корозії систем гарячого водопостачання. Нарешті, при спорудженні ЦТП та КРП значною мірою скорочуються питомі експлуатаційні витрати та витрати на утримання персоналу для обслуговування обладнання у МТП.
Теплова енергія у вигляді гарячої води або пари транспортується від ТЕЦ або котельні до споживачів (до житлових будинків, громадських будівель та промислових підприємств) спеціальними трубопроводами - тепловими мережами. Траса теплових мереж у містах та інших населених пунктах повинна передбачатися у відведених для інженерних мереж технічних смугах.
Сучасні теплові мережі міських систем є складними інженерними спорудами. Їхня довжина від джерела до споживачів становить десятки кілометрів, а діаметр магістралей досягає 1400 мм. До складу теплових мереж входять теплопроводи; компенсатори, що сприймають температурні подовження; відключаюче, регулювальне та запобіжне обладнання, що встановлюється у спеціальних камерах або павільйонах; насосні станції; районні теплові пункти (РТП) та теплові пункти (ТП).
Теплові мережі поділяються на магістральні, що прокладаються на головних напрямках населеного пункту, розподільні – усередині кварталу, мікрорайону – та відгалуження до окремих будівель та абонентів.
Схеми теплових мереж застосовують, зазвичай, променеві. Щоб уникнути перерв у постачанні споживача, теплом передбачають з'єднання окремих магістральних мереж між собою, а також пристрій перемичок між відгалуженнями. У великих містахза наявності кількох великих джерел тепла споруджують складніші теплові мережі за кільцевою схемою.
Для забезпечення надійного функціонування таких систем необхідна їхня ієрархічна побудова, при якій всю систему розчленовують на ряд рівнів, кожен з яких має своє завдання, що зменшується за значенням від верхнього рівня до нижнього. Верхній ієрархічний рівень становлять джерела тепла, наступний рівень – магістральні теплові мережі з РТП, нижній – розподільні мережі з абонентськими введеннями споживачів. Джерела тепла подають у теплові мережі гарячу воду заданої температури та заданого тиску, забезпечують циркуляцію води в системі та підтримання в ній належного гідродинамічного та статичного тиску. Вони мають спеціальні водопідготовчі установки, де здійснюється хімічне очищення та дезаерація води. По магістральних теплових мереж у вузли теплоспоживання транспортуються основні потоки теплоносія. У РТП теплоносій розподіляється по районах, у мережах районів підтримуються автономні гідравлічні та теплові режими. Організація ієрархічної побудови систем теплопостачання забезпечує їх керованість у процесі експлуатації.
Для управління гідравлічними та тепловими режимами системи теплопостачання її автоматизують, а кількість тепла, що подається, регулюють відповідно до норм споживання та вимог абонентів. Найбільше тепла витрачається на опалення будинків. Опалювальне навантаження змінюється із зміною зовнішньої температури. Для підтримки відповідності подачі тепла споживачам у ньому застосовують центральне регулювання джерелах тепла. Домогтися високої якостітеплопостачання, застосовуючи лише центральне регулювання, не вдається, тому на теплових пунктах та у споживачів застосовують додаткове автоматичне регулювання. Витрата води на гаряче водопостачання безперервно змінюється, і підтримки стійкого теплопостачання гідравлічний режим теплових мереж автоматично регулюють, а температуру гарячої води підтримують постійної і дорівнює 65 °З.
До основних системних проблем, що ускладнюють організацію ефективного механізму функціонування теплопостачання в сучасних містах, можна віднести такі:
- - значний фізичний та моральний знособладнання систем теплопостачання;
- - Високий рівень втрат у теплових мережах;
- - масова відсутність у мешканців приладів обліку теплової енергії та регуляторів відпустки тепла;
- - Завищені оцінки теплових навантажень у споживачів;
- - недосконалість нормативно-правової та законодавчої бази.
Обладнання підприємств теплоенергетики і теплових мереж мають у середньому Росії високий ступінь зносу, що досягла 70%. У загальному числіопалювальних котелень переважають дрібні, малоефективні, процес їх реконструкції та ліквідації протікає дуже повільно. Приріст теплових потужностей щорічно відстає від зростаючих навантажень у 2 рази та більше. Через систематичні перебої у забезпеченні котельних паливом у багатьох містах щороку виникають серйозні труднощі у теплопостачанні житлових кварталів та будинків. Пуск систем опалення восени розтягується на кілька місяців, "недотопи" житлових приміщень у зимовий період стали нормою, а не винятком; темпи заміни устаткування знижуються, збільшується кількість устаткування, що у аварійному стані. Це зумовило в Останніми рокамирізке зростання аварійності систем теплопостачання.
Modernization and Automation of Heat Supply System Minsk experiencce
V.A. Sednin, Scientific Consultant, Doctor of Engineering, Professor,
A.A. Гутковський, Chief Engineer, Український національний технічний університет, наукові дослідження та інновації Центру автоматизованих систем управління в енергетичному проекті.
Keywords: heat supply system, automated control systems, reliability and quality improvement, heat delivery regulation, data archiving
Більшість підприємств великої громадськості в Білорусі, як в Росії, забезпечена cogeneration and district heat supply systems (hereinafter - DHSS), де facilities є з'єднана в єдину систему. Окрім того, існують рішення, пов'язані з окремими елементами комплексних складових систем, які не мають systematic criteria, reliability, controllability and environment protection requirements. Там, щоб модернізувати значні системи системи і створити автоматичні процеси управління системами, це most relevant task.
Опис:
В. А. Седнін, А.А. Гутковський
Теплопостачання великих міст Білорусі, як і Росії, забезпечується системами теплофікації і централізованого теплопостачання (далі - СЦТ), об'єкти яких ув'язані у єдину схему. Однак часто рішення, що приймаються за окремими елементами складних систем теплопостачання, не задовольняють системним критеріям, вимогам надійності, керованості та екологічності. Тому модернізація систем теплопостачання та створення автоматизованих системуправління технологічними процесамиє найактуальнішим завданням.
В. А. Седнін, науковий консультант, доктор техн. наук, професор
А. А. Гутковський, головний інженер, Білоруський національний технічний університет, Науково-дослідний та інноваційний центр автоматизованих систем управління в теплоенергетиці та промисловості
Теплопостачання у містах Білорусі, як й у Росії, забезпечується системами теплофікації і централізованого теплопостачання (далі – СЦТ), об'єкти яких ув'язані у єдину схему. Однак часто рішення, що приймаються за окремими елементами складних систем теплопостачання, не задовольняють системним критеріям, вимогам надійності, керованості та екологічності. Тому модернізація систем теплопостачання та створення автоматизованих систем управління технологічними процесами є найбільш актуальним завданням.
Особливості систем централізованого теплопостачання
Розглядаючи основні особливості СЦТ Білорусі, можна відзначити, що вони характеризуються:
- безперервністю та інерційністю свого розвитку;
- територіальною розподіленістю, ієрархічності, різноманітністю використовуваних технічних засобів;
- динамічністю процесів виробництва та стохастичністю споживання енергії;
- неповнотою та низьким ступенем достовірності інформації про параметри та режими їх функціонування.
Важливо, що у СЦТ теплові мережі, на відміну інших трубопровідних систем, служать для транспорту не продукту, а енергії теплоносія, параметри якого мають задовольняти вимогам різних споживчих систем.
Зазначені особливості наголошують на істотній необхідності створення автоматизованих систем управління технологічними процесами (далі – АСУ ТП), впровадження яких дозволяє підвищити енергетичну та екологічну ефективність, надійність та якість функціонування систем теплопостачання. Впровадження АСУ ТП сьогодні не є даниною моді, а випливає з основних законів розвитку техніки та економічно обґрунтоване на сучасному етапірозвитку техносфери
| ДОВІДКА |
Система централізованого теплопостачання Мінська є структурно складним комплексом. До нього в частині виробництва та транспорту теплової енергії входять об'єкти РУП «Мінськенерго» (Мінських теплових мереж, теплофікаційні комплекси ТЕЦ-3 та ТЕЦ-4) та об'єкти УП «Мінськкомунтепломережа» – котельні, теплові мережі та центральні теплові пункти. Створення АСУ ТП УП «Мінськкомунтепломережа» було розпочато у 1999 році, і нині вона функціонує, охоплюючи практичні всі теплоджерела (понад 20) та низку районів теплових мереж. Розробку проекту АСУ ТП Мінських теплових мереж було розпочато у 2010 році, реалізація проекту розпочалася у 2012 році і наразі триває. |
Розробка АСУ ТП системи теплопостачання Мінська
На прикладі Мінська представляємо основні підходи, які були реалізовані у низці міст Білорусі та Росії під час проектування та розробки АСУ ТП систем теплопостачання.
З урахуванням обширності питань, що охоплюють предметну область теплопостачання, та накопиченого досвіду у сфері автоматизації систем теплопостачання на передпроектній стадії створення АСУ ТП Мінських теплових мереж було розроблено концепцію. Концепція визначає принципові основи організації АСУ ТП теплопостачання Мінська як процес створення обчислювальної мережі (системи), орієнтованої на автоматизацію технологічних процесів топологічно розподіленого підприємства централізованого теплопостачання.
Технологічні інформаційні завдання АСУ ТП
Впроваджувана автоматизована система управління насамперед передбачає підвищення надійності та якості оперативного управління режимами функціонування окремих елементів та системи теплопостачання в цілому. Тому ця АСУ ТП призначена для вирішення наступних технологічних інформаційних завдань:
- забезпечення централізованого функціонально-групового управління гідравлічними режимами теплоджерел, магістральних теплових мереж та перекачувальних насосних станцій з урахуванням добових та сезонних змін витрат циркуляції з коригуванням ( зворотним зв'язком) за фактичними гідравлічними режимами у розподільчих теплових мережах міста;
- реалізація методу динамічного центрального регулювання відпуску теплової енергії з оптимізацією температур теплоносія в трубопроводах, що подають і зворотних, тепломагістралей;
- забезпечення збору та архівації даних про теплові та гідравлічні режими роботи теплоджерел, магістральних теплових мереж, перекачуючої насосної станції та розподільчих теплових мереж міста для здійснення контролю, оперативного управління та аналізу функціонування СЦТ Мінських теплових мереж;
- створення ефективної системи захисту обладнання теплоджерел та теплових мереж у позаштатних ситуаціях;
створення інформаційної бази для вирішення оптимізаційних завдань, що виникають під час експлуатації та модернізації об'єктів системи теплопостачання Мінська.
| ДОВІДКА 1 |
До складу Мінських теплових мереж входять 8 мережевих районів (РТС), 1 ТЕЦ, 9 котелень потужністю від кількох сотень до тисячі мегават. Крім того, на обслуговуванні Мінських теплових мереж знаходяться 12 знижувальних насосних станцій, 209 ЦТП. Організаційно-виробнича структура Мінських теплових мереж за схемою «знизу нагору»:
|
Структура АСУ ТП Мінських теплових мереж
Відповідно до виробничо-організаційної структури Мінських теплових мереж (див. довідку 1) обрано чотирирівневу структуру АСУ ТП Мінських теплових мереж:
- перший (верхній) рівень - центральна диспетчерська підприємства;
- другий рівень – операторські станції районів теплових мереж;
- третій рівень – операторські станції теплоджерел (операторські станції майстерень дільниць теплових мереж);
- четвертий (нижній) рівень – станції автоматичного керуванняустановками (котлоагрегати) та процесами транспорту та розподілу теплової енергії (технологічна схема теплоджерела, теплові пункти, теплові мережі тощо).
Розвиток (створення АСУ ТП теплопостачання всього міста Мінська) передбачає включення до системи на другому структурному рівні операторських станцій теплофікаційних комплексів мінських ТЕЦ-2, ТЕЦ-3, ТЕЦ-4 та операторської станції (центральної диспетчерської) УП «Мінськкомунтепломережа». Усі рівні управління планується об'єднати у єдину обчислювальну мережу.
Архітектура АСУ ТП системи теплопостачання Мінська
Аналіз об'єкта управління загалом та стан його окремих елементів, а також перспективи розвитку системи управління дозволили запропонувати архітектуру розподіленої автоматизованої системи управління технологічними процесами системи теплопостачання Мінська у рамках об'єктів РУП «Мінськенерго». Корпоративна мережаінтегрує обчислювальні ресурси центрального офісута віддалених структурних підрозділів, у тому числі станції автоматичного управління (САУ) об'єктів мережевих районів. Усі САУ (ЦТП, ІТП, ПНР) та скануючі станції підключаються безпосередньо до операторських станцій відповідних мережевих районів, які встановлюються імовірно на майстернях.
На віддаленому структурному підрозділі(Наприклад, РТС-6) встановлюються такі станції (рис. 1): операторська станція «РТС-6» (ОПС РТС-6) – вона є центром управління мережевого району і встановлюється на майстерній ділянці РТС-6. Для оперативного персоналу ОПС РТС-6 забезпечує доступ до всіх без винятку інформаційних та керуючих ресурсів САУ всіх типів, а також доступ до дозволених інформаційних ресурсів центрального офісу. ОПС РТС-6 забезпечують регулярне сканування всіх підлеглих станцій управління.
Зібрана з усіх ЦТП оперативна та комерційна інформація направляється для зберігання на виділений сервер бази даних (встановлюється у безпосередній близькості від ОПС РТС-6).
Таким чином, з урахуванням масштабів та топології об'єкта управління та організаційно-виробничої структури підприємства АСУ ТП Мінських теплових мереж будується за багатоланковою схемою із застосуванням ієрархічної структури програмно-технічних засобів та обчислювальних мереж, що вирішують різні завдання управління на кожному рівні.
Рівні системи керування
На нижньому рівні система управління виконує:
- попередню обробку та передачу інформації;
- регулювання основних технологічних параметрів, функції оптимізації управління, захисту технологічного устаткування
До технічним засобамнижнього рівня висуваються підвищені вимоги надійності, включаючи можливість автономного функціонування при втраті зв'язку з обчислювальною мережею верхнього рівня.
Наступні рівні системи управління будуються згідно з ієрархією системи теплопостачання та вирішують завдання відповідного рівня, а також забезпечують операторський інтерфейс.
Керуючі пристрої, що встановлюються на об'єктах, крім своїх прямих обов'язків, повинні передбачати можливість агрегатування їх у розподілені системи управління. Керуючий пристрій повинен забезпечувати працездатність та збереження інформації об'єктивного первинного обліку при тривалих перервах зв'язку.
Основними елементами такої схеми є технологічні та операторські станції, з'єднані між собою каналами зв'язку. Ядром технологічної станції повинен бути промисловий комп'ютер, оснащений засобами зв'язку з об'єктом управління та канальними адаптерами для організації міжпроцесорного зв'язку. Основне призначення технологічної станції – реалізація алгоритмів прямого цифрового управління. У технічно обґрунтованих випадках деякі функції можуть виконуватися в супервізорному режимі: процесор технологічної станції може керувати віддаленими інтелектуальними регуляторами або програмно-логічними модулями, використовуючи протоколи сучасних польових інтерфейсів.
Інформаційний аспект побудови АСУ ТП теплопостачання
Особлива увага при розробці приділялася інформаційному аспектупобудови АСУ ТП теплопостачання. Повнота опису технології виробництва та досконалість алгоритмів перетворення інформації є найважливішою частиною інформаційного забезпечення АСУ ТП, побудованого на технології прямого цифрового керування. Інформаційні можливості АСУ ТП теплопостачання забезпечують можливість вирішення комплексу інженерних завдань, які класифікують:
- за стадіями основної технології (виробництво, транспорт та споживання теплової енергії);
- за призначенням (ідентифікація, прогнозування та діагностика, оптимізація та управління).
Під час створення АСУ ТП Мінських теплових мереж передбачається формування інформаційного поля, що дозволяє оперативно вирішувати весь комплекс вищезазначених завдань ідентифікації, прогнозування, діагностики, оптимізації та управління. При цьому інформаційно забезпечується можливість вирішення системних завдань верхнього рівня управління за подальшого розвитку та розширення АСУ ТП у міру включення відповідних технічних служб забезпечення основного технологічного процесу.
Зокрема, це стосується оптимізаційних завдань, тобто оптимізації виробництва теплової та електричної енергії, режимів відпуску теплової енергії, потокорозподілу в теплових мережах, режимів роботи основного технологічного обладнання теплоджерел, а також розрахунку нормування паливно-енергетичних ресурсів, енергообліку та експлуатації, планування та прогнозування розвитку системи теплопостачання. Насправді рішення частини завдань цього виду проводиться у межах АСУ підприємства. У будь-якому випадку вони повинні враховувати інформацію, що отримується в ході вирішення безпосередньо завдань управління технологічним процесом, а створювана АСУ ТП інформаційно має інтегруватися з іншими інформаційними системамипідприємства.
Методологія програмно-об'єктного програмування
Побудова програмного забезпеченняСистема управління, що є оригінальною розробкою колективу центру, базується на методології програмно-об'єктного програмування: у пам'яті керуючих та операторських станцій створюються програмні об'єкти, що відображають реальні процеси, агрегати та вимірювальні канали автоматизованого технологічного об'єкта. Взаємодія цих програмних об'єктів (процесів, агрегатів та каналів) між собою, а також з оперативним персоналом та з технологічним обладнанням, власне, і забезпечує функціонування елементів теплових мереж за визначеними правилами чи алгоритмами. p align="justify"> Таким чином, опис алгоритмів зводиться до опису найбільш істотних властивостей цих програмних об'єктів і способів їх взаємодії.
Синтез структури системи управління технічних об'єктів ґрунтується на аналізі технологічної схемиоб'єкта управління та докладному описі технології основних процесів та функціонування, властивих даному об'єкту в цілому.
Зручним інструментом для складання такого опису для об'єктів теплопостачання є методологія математичного моделювання на макрорівні. У ході складання опису технологічних процесів складається математична модель, виконується параметричний аналіз та визначається перелік регульованих та контрольованих параметрів та регулюючих органів.
Конкретизуються режимні вимоги технологічних процесів, на підставі яких визначаються межі допустимих діапазонів зміни регульованих та контрольованих параметрів та вимоги до вибору виконавчих механізмів та регулюючих органів. На підставі узагальненої інформації виробляється синтез автоматизованої системи управління об'єктом, яка при застосуванні методу прямого цифрового управління будується за ієрархічним принципом відповідно до ієрархії об'єкта управління.
АСУ районної котельні
Так, для районної котельні (рис. 2) автоматизована система управління будується з урахуванням двох класів.
Верхній рівень – операторська станція «Котельня» (Опс «Котельна») – основна станція, яка координує та контролює підлеглі станції. ОПС «Котельна резервна» – станція гарячого резерву, яка знаходиться постійно в режимі прослуховування та реєстрації трафіку основної ОПС та її підлеглих САУ. Її база даних містить актуальні параметри та повні ретроспективні дані щодо функціонування робочої системи управління. У будь-який момент часу резервна станція може бути призначена основною з повною передачею їй трафіку та дозволом функцій супервізорного управління.
Нижній рівень – комплекс об'єднаних спільно з операторською станцією до обчислювальної мережі станцій автоматичного управління:
- САУ «Котлоагрегат» забезпечує керування котлоагрегатом. Як правило, вона не резервується, тому що резервування теплової потужності котельні проводиться на рівні котлоагрегатів.
- САУ «Мережева група» відповідає за теплогідравлічний режим функціонування котельні (управління групою мережевих насосів, лінією байпасу на виході котельні, лінією перепуску, вхідними та вихідними засувками котлів, індивідуальними насосами рециркуляції котлів та ін.).
- САУ «Водопідготовка» забезпечує керування всім допоміжним обладнанням котельні, необхідним для живлення мережі.
Для простих об'єктів системи теплопостачання, наприклад теплових пунктів і блокових котелень, система управління будується як однорівнева з урахуванням станції автоматичного управління (САУ ЦТП, САУ БМК). Відповідно до структури теплових мереж станції управління тепловими пунктами об'єднуються в локальну обчислювальну мережу району теплових мереж та замикаються на операторську станцію району теплових мереж, яка, у свою чергу, має інформаційний зв'язок з операторською станцією вищого рівня інтеграції.
Операторські станції
Програмне забезпечення операторської станції забезпечує дружній інтерфейс для оперативного персоналу, який управляє роботою автоматизованого технологічного комплексу. Операторські станції мають розвинені засоби оперативного диспетчерського управління, і навіть пристрої масової пам'яті в організацію короткострокових і довгострокових архівів стану параметрів технологічного об'єкта управління та дій оперативного персоналу.
У разі великих інформаційних потоків, що замикаються на оперативному персоналі, доцільно організувати кілька операторських станцій із окремим сервером бази даних і, можливо, комунікаційного сервера.
Операторська станція, як правило, сама безпосередньо не впливає на об'єкт управління - вона отримує інформацію від технологічних станцій і їм передає директиви оперативного персоналу або завдання (уставки) супервізорного управління, що формуються автоматично або напівавтоматично. Вона утворює робоче місцеоператора складного об'єкта, наприклад, котельні.
Створювана система автоматизованого управлінняпередбачає побудову інтелектуальної надбудови, яка має не тільки відстежувати обурення, що виникають у системі, та реагувати на них, а й прогнозувати виникнення нештатних ситуацій та блокувати їх виникнення. При зміні топології мережі теплопостачання та динаміки її процесів передбачено можливість адекватної зміни структури розподіленої системи управління за рахунок додавання нових станцій управління та (або) зміни програмних об'єктів без зміни конфігурації обладнання існуючих станцій.
Ефективність АСУ ТП системи теплопостачання
Аналіз досвіду експлуатації АСУ ТП підприємств теплопостачання 1 у низці міст Білорусі та Росії, що проводиться протягом останніх двадцяти років, показав їх економічну ефективністьта підтвердив життєздатність прийнятих рішень з архітектури, програмного та технічного забезпечення.
За своїми властивостями та характеристиками ці системи відповідають вимогам ідеології розумних мереж. Проте постійно ведуться роботи з удосконалення та розвитку автоматизованих систем управління, що розробляються. Впровадження АСУ ТП теплопостачання підвищує надійність та економічність роботи СЦТ. Основна економія ПЕР визначається оптимізацією теплогідравлічних режимів теплових мереж, режимів роботи основного та допоміжного обладнання теплоджерел, насосних станцій та теплових пунктів.
Література
- Громов Н. К. Міські теплофікаційні системи. М.: Енергія, 1974. 256 с.
- Попирін Л. С. Дослідження систем теплопостачання. М.: Наука, 1989. 215 с.
- Іонін А. А. Надійність систем теплових мереж. М.: Будвидав, 1989. 302 с.
- Монахов Г. В. Моделювання управління режимами теплових мереж М.: Вища школа, 1995. 224 с.
- Седнін В. А. Теорія та практика створення автоматизованих систем управління теплопостачанням. Мінськ: БНТУ, 2005. 192 с.
- Седнін В. А. Впровадження АСУ ТП як основний фактор підвищення надійності та ефективності систем теплопостачання // Технологія, обладнання, якість. Зб. матер. Білоруського промислового форуму 2007, Мінськ, 15-18 травня 2007 / Експофорум - Мінськ, 2007. С. 121-122.
- Седнін В. А. Оптимізація параметрів температурного графіка відпуску теплоти в теплофікаційних системах // Енергетика. Вісті вищих навчальних закладівта енергетичних об'єднань СНД. 2009. № 4. С. 55-61.
- Седнін В. А. Концепція створення автоматизованої системи управління технологічними процесами Мінських теплових мереж / В. А. Седнін, А. В. Седнін, Є. О. Воронов // Підвищення ефективності енергетичного обладнання: Матеріали науково-практичної конференції, у 2-х т. Т. 2. 2012. С. 481-500.
1 Створених колективом Науково-дослідного та інноваційного центруавтоматизованих систем управління у теплоенергетиці та промисловості Білоруського національного технічного університету.
1. Розподіл теплового навантаження споживачів теплової енергії у системі теплопостачання між джерелами теплової енергії, що поставляють теплову енергію у цій системі теплопостачання, здійснюється органом, уповноваженим відповідно до цього Федеральним закономна затвердження схеми теплопостачання шляхом внесення щороку змін до схеми теплопостачання.
2. Для розподілу теплового навантаження споживачів теплової енергії всі теплопостачальні організації, які володіють джерелами теплової енергії в цій системі теплопостачання, зобов'язані подати до органу, уповноваженого відповідно до цього Федерального закону на затвердження схеми теплопостачання, заявку, що містить відомості:
1) про кількість теплової енергії, яку теплопостачальна організація зобов'язується постачати споживачам та теплопостачальним організаціям у цій системі теплопостачання;
2) про обсяг потужності джерел теплової енергії, яку теплопостачальна організація зобов'язується підтримувати;
3) про діючі тарифи у сфері теплопостачання та прогнозні питомі змінні витрати на виробництво теплової енергії, теплоносія та підтримку потужності.
3. У схемі теплопостачання повинні бути визначені умови, за наявності яких існує можливість постачання теплової енергії споживачам від різних джерел теплової енергії за збереження надійності теплопостачання. За наявності таких умов розподіл теплового навантаження між джерелами теплової енергії здійснюється на конкурсній основі відповідно до критерію мінімальних питомих змінних витрат на виробництво теплової енергії джерелами теплової енергії, що визначаються у порядку, встановленому основами ціноутворення у сфері теплопостачання, затвердженими Урядом Російської Федерації, на підставі заявок організацій, що володіють джерелами теплової енергії, та нормативів, що враховуються при регулюванні тарифів у галузі теплопостачання на відповідний період регулювання.
4. Якщо теплопостачальна організація не згодна з розподілом теплового навантаження, здійсненим у схемі теплопостачання, вона має право оскаржити рішення про такий розподіл, прийняте органом, уповноваженим відповідно до цього Федерального закону на затвердження схеми теплопостачання, до уповноваженого Урядом Російської Федерації федерального органу виконавчої влади.
5. Теплопостачальні організації та тепломережні організації, які здійснюють свою діяльність в одній системі теплопостачання, щорічно до початку опалювального періоду зобов'язані укладати між собою угоду про управління системою теплопостачання відповідно до правил організації теплопостачання, затверджених Урядом Російської Федерації.
6. Предметом зазначеної в частині 5 цієї статті угоди є порядок взаємних дій щодо забезпечення функціонування системи теплопостачання відповідно до вимог цього Закону. Обов'язковими умовамизазначеної угоди є:
1) визначення супідрядності диспетчерських служб теплопостачальних організацій та тепломережевих організацій, порядок їх взаємодії;
2) порядок організації налагодження теплових мереж та регулювання роботи системи теплопостачання;
3) порядок забезпечення доступу сторін угоди або, за взаємною домовленістю сторін угоди, іншої організації до теплових мереж для здійснення налагодження теплових мереж та регулювання роботи системи теплопостачання;
4) порядок взаємодії теплопостачальних організацій та тепломережевих організацій у надзвичайних ситуаціях та аварійних ситуаціях.
7. У випадку, якщо теплопостачальні організації та тепломережні організації не уклали зазначену в цій статті угоду, порядок управління системою теплопостачання визначається угодою, укладеною на попередній опалювальний період, а якщо така угода не укладалася раніше, зазначений порядок встановлюється органом, уповноваженим відповідно до цієї статті. Федеральним законом затвердження схеми теплопостачання.
В рамках постачання електрощитового обладнання були поставлені силові шафи та шафи керування для двох корпусів (ІТП). Для прийому та розподілу електроенергії у теплових пунктах використовуються вступно-розподільні пристрої, що складаються з п'яти панелей кожне (всього 10 панелей). У вступних панелях встановлені перемикачі рубильники, обмежувачі перенапруги, амперметри та вольтметри. Панелі АВР в ІТП1 та ІТП2 реалізовані на базі блоків автоматичного введення резерву. У розподільчих панелях ВРУ встановлено апарати захисту та комутації (контактори, пристрої плавного пуску, кнопки та лампи) технологічного обладнання теплових пунктів. Всі автоматичні вимикачі мають контакти стану, що сигналізують про аварійне відключення. Ця інформація передається на контролери, встановлені у шафах автоматики.
Для контролю та управління обладнанням використовується контролери ОВЕН ПЛК110. До них підключені модулі введення/виведення ОВЕН МВ110-224.16ДН, МВ110-224.8А, МУ110-224.6У, а також сенсорні панелі оператора.
Введення теплоносія здійснюється безпосередньо у приміщення ІТП. Подача води на гаряче водопостачання, опалення та теплопостачання повітронагрівачів систем вентиляції повітря здійснюється з корекцією за температури зовнішнього повітря.
Відображення технологічних параметрів, аварій, стан обладнання та диспетчерське управління ІТП здійснюється з АРМ диспетчерів в об'єднаному ЦДП будівлі. На сервері диспетчеризації здійснюється зберігання архіву технологічних параметрів, аварій, стану обладнання ІТП.
Автоматизацією теплових пунктів передбачається:
- підтримання температури теплоносія, що подається до системи опалення та вентиляції, відповідно до температурного графіка;
- підтримання температури води у системі ГВП на подачі споживачам;
- програмування різних температурних режимівпо годині доби, дням тижня та святковим дням;
- контроль за дотриманням значень параметрів, що визначаються технологічним алгоритмом, підтримка технологічних та аварійних меж параметрів;
- контроль температури теплоносія, що повертається в теплову мережусистеми теплопостачання, за заданим температурним графіком;
- вимірювання температури зовнішнього повітря;
- підтримка заданого перепаду тиску між подавальним та зворотним трубопроводами систем вентиляції та опалення;
- керування циркуляційними насосами за заданим алгоритмом:
- включення/вимикання;
- керування насосним обладнанням із частотними приводами за сигналами від ПЛК, встановленими в шафах автоматики;
- періодичне перемикання основний/резервний для забезпечення однакового напрацювання;
- автоматичне аварійне перемикання на резервний насос контролю датчика перепаду тиску;
- автоматична підтримка заданого перепаду тиску в системах теплоспоживання.
- керування регулюючими клапанами теплоносія у первинних контурах споживачів;
- управління насосами та клапанами підживлення контурів опалення вентиляції;
- завдання значень технологічних та аварійних параметрів через систему диспетчеризації;
- керування дренажними насосами;
- контроль стану електричних вводів за фазами;
- синхронізація часу контролера з єдиним часом системи диспетчеризації (СОЄВ);
- пуск обладнання після відновлення електроживлення відповідно до заданого алгоритму;
- надсилання аварійних повідомлень до системи диспетчеризації.
Інформаційний обмін між контролерами автоматизації та верхнім рівнем (АРМ зі спеціалізованим ПЗ диспетчеризації MasterSCADA) здійснюється за протоколом Modbus/TCP.
