В 2004-2005 годах выполнена разработка системы АИСТ для двух котельных г. Арсеньев. При этом было решено, учитывая опыт предыдущей разработки, не идти по пути ее адаптации к новым объектам, а создать принципиально новую систему на базе современных технологий в области инструментального обеспечения и разработки программных средств.

Объектами автоматизации являлись котельная <Курс>, работающая на твердом топливе и покрывающая потребности одной трети тепловой нагрузки города Арсеньев, и котельная <Интернат>, работающая на жидком топливе (мазут) и отапливающая небольшой район на окраине города. Задачи, решаемые системой АИСТ, концентрируются в двух направлениях - мониторинг (наблюдение в реальном времени за параметрами функционирования объекта, сопровождаемое выявлением нештатных и критических ситуаций с оповещением персонала об их возникновении) и ретроспективный анализ накапливаемых и хранимых системой результатов измерений.

Информационной базой для работы системы АИСТ являются результаты измерений контрольно-измерительного оборудования, установленного на объектах, с возможностями архивирования и/или передачи данных в компьютер. Выбор контрольно-измерительных приборов осуществлялся в соответствии с существующей схемой технологических процессов и с учетом получения требуемых технико-экономических показателей, а так же последующей автоматизации локальных контуров. Система охватывает различные техпроцессы, такие как потребление холодной воды, деаэрация, выработка тепловой энергии, работа котлов, подогревателей, аккумулирование тепловой энергии для нужд горячего водоснабжения с последующим отпуском в теплосеть и др. Подбор оборудования осуществлялся с позиций обеспечения надежности, а также минимизации стоимости монтажных и пуско-наладочных работ, так как при больших тепловых нагрузках существенно возрастает трудоемкость установки оборудования. В соответствие с этим для каждого котла при учете выработки пара было принято решение использовать погружные вихревые расходомеры. Для учета расходов воды на водогрейных котлах и в техпроцессах подготовки воды были использованы ультразвуковые и электромагнитные расходомеры, что позволило увеличить точность измерений при большем динамическом диапазоне. Вследствие этого появилась возможность обнаружения утечек теплоносителя в ночные часы, которые нельзя было определить с использованием существующей диафрагмы вследствие нечувствительности в нижнем диапазоне измерений. Аналогичная ситуация прослеживалась и по второй котельной, где средства для учета некоторых параметров просто отсутствовали.

На объектах было установлено следующее оборудование:
1. датчики расхода ультразвуковые SKU-01, UltraflowII (сетевая вода, подпитка, мазут);
2. датчики расхода электромагнитные ПРЭМ (расход воды через котлы, подпитка, деаэрация);
3. датчики расхода вихревые V-BAR 700 (пар);
4. датчики расхода механические ВСХ (холодная вода);
5. датчики давления и уровня Метран-100 (напор воздуха, разрежение, зоны котла, конденсатные баки, баки-аккумуляторы запаса горячей воды, барабаны котлов, деаэраторы, редукционно-охладительная установка, питательные линии, мазут);
6. термометры сопротивления 100П (вода, пар, мазут, воздух, дымовые газы);
7. газоанализаторы O2 и СО серии WDG-HPII компании Termox (дымовые газы).

Автоматическое поддержание постоянного давления в теплосети осуществляется частотным преобразователем FDU40-031-54CE фирмы Emotron, встроенного в шкаф управления насосами АЭП-40-031-54Ч-22А компании ADL. Установка необходимой величины давления возможна как непосредственно со шкафа управления, так и дистанционно с компьютера, при этом в системе учитывается потребляемая насосом электрическая энергия.

Вторичные приборы представлены контроллерами фирм Mitsubishi FX2N, OWEN TPM-138, модулями УСО ICP DAS I-7015, а также платами ввода аналоговых и импульсных сигналов AD-32L и TMC-10 производства ICP DAS, встроенными в промышленный компьютер. Данные от измерительных датчиков с помощью соответствующих контроллеров и драйверов системы TRACE-MODE отображаются средствами Монитора Реального Времени и записываются в базу данных реального времени, встроенную в Trace Mode. С использованием разработанных средств репликации полученные результаты измерений попадают в общую базу данных системы, реализованную на основе СУБД MySQL.

Согласно ТЗ создана сеть автоматизированных рабочих мест с требуемым для каждого АРМ набором функциональных возможностей. На рис.1 приведена функциональная схема компьютерной сети системы АИСТ.

Рис.1. Функциональная схема компьютерной сети системы АИСТ

АРМ "Оператора котла" и "Оператора бойлерной" котельной <Курс> реализованы на базе промышленных компьютеров ES-161-Fanless (обеспечивающих повышенную надежность, защищенность от воздействий окружающей среды и непрерывную круглосуточную работу в течение длительного времени) и выполняют только функции удаленных консолей мониторинга. Для АРМ начальников смен обеих котельных использованы промышленные компьютеры ROBO-2000. Эти АРМ помимо функций мониторинга позволяют выполнять анализ ретроспективной информации. Остальные АРМ (инженерно-технического и управляющего персонала) с полным набором функциональных возможностей системы реализованы на базе Pentium IV-2800. Все компьютеры системы объединены в локальную сеть, обеспечивающую передачу данных между ними и доступ к общей базе данных. Общая база данных позволяет не только отслеживать работу всех объектов мониторинга, но и проводить анализ ретроспективной информации параметров функционирования технологического процесса различными математическими методами, получать генерализированные (обобщенные) характеристики режимов работы, подготавливать необходимую отчетную информацию.

В процессе эксплуатации разработчики системы при помощи средств VPN (Virtual private network) получают возможность удаленного доступа к компьютерам системы через сеть Интернет для оперативного реагирования на сбои в эксплуатации, внесение изменений в программные средства и их реконфигурацию без выезда к заказчику.

Программно-аппаратный комплекс АИСТ представляет собой территориально распределенную систему со значительным удалением узлов, сочетающую в себе свойства системы реального времени и системы обработки ретроспективной информации.

Для передачи данных между удаленными узлами системы используется протокол TCP/IP, а в качестве физической среды передачи данных - оборудование ADSL, работающее по стандартной телефонной линии. Для защиты информации, передаваемой по открытым каналам сети Интернет, была построена виртуальная частная сеть (VPN) с использованием шифрованного протокола IPSEC.

Программные средства для сбора информации с измерительных приборов и оперативного мониторинга технологического процесса были разработаны, в соответствии с отечественным и мировым опытом построения подобных систем, с использованием SCADA-системы Trace Mode 5 компании AdAstra, являющейся ведущим производителем SCADA-систем в России.

Несоответствие архива измеренных данных системы Trace Mode 5 требованиям подсистемы ретроспективного анализа (ограниченный объем архива, сложность программного интерфейса доступа к данным архива, усеченная реализация SQL), а также необходимость организации сложной структуры конфигурационной информации потребовали использовать в качестве информационного ядра подсистемы полнофункциональную СУБД среднего класса. В качестве такой СУБД была выбрана СУБД MySQL с открытым кодом, которая является одним из лидеров по скорости работы, гибкости и простоте использования. Для обеспечения переноса информации из архива Trace Mode в базу данных ретроспективного анализа системы на сервере сбора была разработана программа автоматического конвертирования данных. На рис.2 и рис.3 представлены мнемосхемы общего мониторинга котельных "Курс" и "Интернат"(Южная) соответственно.

Рис.2. Общий мониторинг котельной "Курс"

Рис.3. Общий мониторинг котельной "Интернат"

На рис.4 и рис.5 показан мониторинг котлов и бойлерной котельной "Курс". На рис.6 приведен мониторинг работы одного из котлов на котельной "Интернат".

Рис.4. Мониторинг котлов №1 и №2 "Курс"

Рис.5. Мониторинг бойлерной "Курс"

Рис.6. Мониторинг котла №5 "Интернат"

Система ретроспективного анализа включает в себя набор независимых программных модулей, ориентированных на решение требуемых прикладных задач и обладающих определенной функциональной направленностью. Взаимосвязь программных модулей осуществляется на уровне базы данных.

Графики

Пользователю предоставляется широкий набор возможностей графического отображения значений измеряемых и вычисляемых на их основе параметров.

Для удобства восприятия человеком отображаемой информации предусмотрены возможности дополнительной расцветки графиков. Промежутки времени могут быть размечены цветными полосами (дни недели, недели, месяцы, годы). Области значений тех или иных графиков (технологический, критический и др. диапазоны) размечаются цветными горизонтальными полосами. Графики можно распечатать на принтере и сохранить в графический файл. Вид графиков (цвет, оси, единицы измерения и др.) настраивается на уровне базы данных с помощью специальных конфигурационных модулей системы.

Отметим, что для систематизации хранимых в базе данных результатов измерений используется система трёхуровневой группировки: данные группируются в группы, группы - в наборы, а наборы - в конфигурации. Например, в конфигурации "Котельная Курс" имеются такие наборы, как "Котёл №1", "Котёл №2", "Теплосеть" и т.д. Далее в наборах по котлам имеются группы графиков и таблиц такие, как "Выработка тепла", "Параметры воды" или "Параметры пара" и т.д. А уже в группах находятся собственно соответствующие параметры (теплота, расходы, температуры и т.д.).

В качестве примера на рис.7 и рис.8 показаны графики по отпуску тепла котельной и температурам в подающем и обратном трубопроводах теплосети на фоне температуры наружного воздуха.

На рис.9 отображен расход на подпитку, где явно прослеживаются пики в утренние и вечерние часы, когда повышается забор воды на нужды ГВС. В ночные часы расход на подпитку приблизительно равен утечкам в теплотрассе.

Рис.7. Отпуск тепловой энергии в теплосеть

Рис.8. Температура теплоносителя в теплосети

Рис.9. Подпитка в тепловую сеть

Таблицы

Таблицы достаточно просты, но эффективны для анализа числовых рядов данных. Группы параметров, отображаемых в таблицах, не совпадают с группами параметров графиков. В таблицу можно одновременно поместить гораздо больше параметров, чем одновременно отображаются на графиках. Как уже было сказано выше, группы для таблиц (равно как и для графиков) настраиваются.

В таблицах предусмотрено усреднение по времени. Таблицы можно распечатать на принтере и сохранить в текстовый файл специального формата, который можно открыть в любой электронной таблице, например, в Excel.