В [1, 2] описывались информационно-аналитические системы мониторинга и анализа эксплуатационных режимов источников теплоты, разработанные в институте автоматики и процессов управления ДВО РАН и внедренные совместно со специалистами инжиниринговой компании ВИРА на двух котельных г. Арсеньева и котельной Всесоюзного детского центра "Океан" в г. Владивостоке. В 2007 году была начата разработка аналогичной по целям проекта системы АИСТ-БК. Объектом автоматизации является котельная №1 г. Большой Камень.

Задачи, решаемые системой "АИСТ-БК", сосредоточены в двух направлениях: мониторинг (наблюдение в реальном времени за параметрами функционирования объекта, сопровождаемое выявлением нештатных и критических ситуаций с последующим оповещением пользователя об их возникновении) и ретроспективный анализ накапливаемых и хранимых системой результатов измерений.

Функции мониторинга в системе реализованы на базе SCADA платформы Trace Mode 6 со встроенными средствами анализа данных, разработанными сотрудниками компании ИНФОВИРА. Анализ данных направлен на своевременное выявление нештатных ситуаций и оценку режимов функционирования котельной в целом и технологического оборудования в частности.

Следует отметить, что система позволяет отображать измеряемые параметры не только обобщенной схемы технологических процессов котельной, но и ee отдельных локальных контуров. В качестве примера такого контура можно привести недавно установленный котел №4. Развитие системы обусловлено как вводом в эксплуатацию нового технологического оборудования, так и установкой новых средств измерения и контроля. Первый этап реализации системы завершен в конце 2007, а в начале 2008 начата разработка следующей очереди проекта, а также модификация уже существующей системы для удовлетворения возрастающих потребностей операторов в функциональности системы.

Выбор в качестве платформы для реализации функций мониторинга системы Trace Mode 6 (в отличии от используемой в [2] Trace Mode 5), обусловлен рядом ее преимуществ:

1. Модули T-FACTORY 6 предоставляют набор средств разработки систем автоматизации финансово-экономических процессов производства (АСУП) и включают в себя:
   • систему управления производством в реальном времени (Real time MES - Manufacturing execution system);
   • учета и технического обслуживания оборудования (Real time EAM - Enterprise asset management);
   • управления человеческими ресурсами (HRM - Human resources management);
2. В Trace Mode 6 интегрированы в единой среде разработки возможности проектирования операторского интерфейса (графика и анимация), работа с PC-based контроллерами, а так же создание алгоритмов обработки данных, поступающих с каналов ввода/вывода контроллеров и модулей (программирование согласно промышленным стандартам IEC).
3. Доступны улучшенные возможности технологий резервирования, архивации, автопостроения; расширение базы драйверов промышленных контроллеров и устройств.
4. Заранее определенная структура и возможность создания структурных составляющих автоматизируемого объекта в любой очередности предполагают множественность в выборе подхода к разработке проекта в Trace Mode 6 - от топологии, от технологии, от графики.

В режиме ретроспективного анализа система позволяет выполнять визуализацию графиков изменения параметров, формирование таблиц по выбранным параметрам с различным шагом дискретизации по времени; генерацию отчетов о потребляемых и вырабатываемых теплоисточником ресурсах. При этом система оперирует не только с измеряемыми и считываемыми из архивов контрольно-измерительных приборов параметрами, но и с другими, имеющими содержательный смысл величинами, произвольно задаваемыми пользователем с помощью функции от измеряемых параметров.

Автоматизация процесса сбора с индикацией измеренных значений и наличие прикладных средств анализа позволяет проводить оценку производительности эксплуатационных режимов работы котельной и их диагностику. Постепенное расширение и доработка проекта под нужды пользователей системы (инженеров и операторов котельной) позволяют наблюдать за все повышающейся актуальностью внедряемой системы и реально возникающими потребностями в мониторинге параметров технологических процессов, а также переоценке и переосмыслении инженерами и операторами котельной значимости системы в целом.

Количество и качество показателей, задействованных в процессе считывания, архивирования и индикации (как "обычных" - расход, температура и давление на входе и выходе котельной, параметры собственных нужд, так и специфичных - температуры воды по зонам, мощность, ток и частота частотных преобразователей, коэффициент избытка воздуха и прочее), позволяют проводить детализированный и углубленный анализ эксплуатационных режимов работы котельной. Проводится анализ не только и не столько общих режимов, сколько узкоспециализированных и тесно связанных групп параметров, например, анализ влияния разрежения в топке на чистоту газов и процентное соотношение примесей, выводимых через систему отводов дымовых газов.

Располагая всеми результатами измерений (желательно вместе с их ретроспекцией), можно более точно и полно отвечать на возникающие вопросы, рассматривать более детально появляющиеся проблемы, а также проводить взаимосвязи и исследовать корреляции с другими параметрами системы.

Постоянно возникают предложения и пожелания об улучшении или доработке функциональности программного комплекса с целью увеличения ее аналитических, графических и алгоритмических возможностей или добавления новых приборов, дающих более полную картину режимов работы котельной.

Это позволяет здраво подходить к оценке того, какие именно модули системы используются и на что делать акценты при дальнейшем расширении SCADA системы.

Особенность разрабатываемого и внедряемого проекта состоит в сосуществовании широкого спектра промышленных приборов и устройств, что позволяет видеть итоговую картину об особенностях режимов эксплуатации котельной, о производительности как самой котельной, так и отдельных ее структурных частей (водоподготовка, работа отдельного котла) более насыщенной и достоверной.

Уже сейчас операторы в режиме реального времени получают информацию о таких специфичных параметрах функционирования котельной, как индикация работы исполнительных механизмов (вентилятор острого дутья, дымосос, проч.), параметры преобразователей частоты, обслуживающих эти механизмы, параметры газоанализатора дымовых газов.

Схемы мониторинга котельной и котла представлены на рис. 1 и рис. 2.

Кроме индикации параметров на экранах мониторинга можно непосредственно вызывать программу анализа ретроспективной информации (кнопка "Графики"), а также просматривать тренды по заранее сформированным параметрам (кнопки "Давления", "Температуры", "Расходы"). Кроме этого, для АРМ'а начальника котельной предусмотрена возможность изменения уставок системы - это достигается путем перехода на соответствующий экран (кнопка "Уставки"). Переход между экранами мониторинга осуществляется кнопками "Котел4" и "Котельная".

Рис.1. Мнемосхема котельной г. Большой Камень

Рис.2. Мнемосхема котла №4 котельной г. Большой Камень

В котельной можно выделить существующие технологические процессы, параметры и режим работы которых представлены не только в мониторинге (индикация), но и в средствах аналитики (тренды и графики). Эти процессы являются некими агрегирующими (собирательными) единицами, позволяющими сформировать группы параметров, схожих по функциональной предназначенности, например, группа параметров, описывающих энергопотребление котельной или параметры индикации работы исполнительных механизмов.

Информационной базой для работы программного комплекса "СКУТЕР-БК" являются результаты измерений контрольно-измерительного оборудования.

На объектах установлено следующее оборудование:
• датчики расхода ультразвуковые SKU-01, UltraflowII;
• датчики расхода электромагнитные ПРЭМ;
• датчики расхода вихревые V-BAR 700;
• датчики расхода механические ВСХ;
• измерители-регуляторы ОВЕН одноканальные (ТРМ 201, ТРМ 202) и многоканальные (ТРМ 138);
• вычислители количества теплоты ВКТ5;
• автоматизированная система контроля выбросов загрязняющих веществ АСК ЗВ, построенная на базе компьютеризированного газоанализатора ДАГ-16;
• преобразователи частоты ВЕСПЕР EI-7011;
• расходомеры US-800;
• модули ICP DAS (конверторы интерфейса RS232/RS485 I-7520R, 16-канальный модуль ввода дискретных сигналов I-7053D_FG).

Опрос текущих значений производится непрерывно (в цикле по всем заведенным каналам приборов) посредством соответствующих контроллеров и драйверов Trace Mode (OPC-сервер для ОВЕН ТРМ, связь по протоколу Modbus RTU, связь по протоколу, совместимому с протоколом ADAM-4000), а также реализованного драйвера ВКТ5 для Trace Mode 6, и отображается средствами Монитора Реального Времени (МРВ+).

Считанные значения текущих параметров накапливаются в течение определенного промежутка времени, затем усредняются и архивируются в базу данных MySQL.

На рис.3 приведена функциональная схема компьютерной сети системы "АИСТ-БК".

АРМ диспетчера котельной реализован на базе промышленного компьютера IROBO-5000 (обеспечивающих повышенную надежность, защищенность от воздействий окружающей среды и непрерывную круглосуточную работу в течение длительного времени) и выполняет роль сервера сбора данных. Помимо функций мониторинга, АРМ диспетчеров позволяет выполнять анализ ретроспективной информации с помощью встроенных средств анализа (графики, отчеты, таблицы).

АРМ начальника котельной (как видно из схемы на рис. 3), построенный на базе штатного персонального компьютера, обладает полным набором функциональных возможностей АРМ диспетчера котельной.

Компьютеры системы объединены в локальную сеть, обеспечивающую передачу данных между ними и доступ к общей базе данных. Связь осуществляется по стандарту xDSL высокоскоростной цифровой абонентской линии VDSL, обеспечивающему высокую скорость передачи данных на длине линии свыше 1500 метров. Оконечными устройствами, позволяющими устанавливать связь по этой линии, являются VDSL модемы Zyxel Prestige 841 (клиентский и серверный), выполняющие роль прозрачного моста.

Рис. 3. Схема компьютерной сети и перечень технологического оборудования в г. Большой Камень.

В заключении стоит сказать, что система мониторинга имеет весьма большие перспективы развития. Учитывая масштабируемость SCADA системы и модульной организации разработанных средств анализа, внедрение новых элементов системы не составит особого труда. А модификация и расширение системы предполагаются и уже заложены в бюджет организации на следующий год, учитывая стремление руководства котельной к реконструкции существующего технологического оборудования и увеличения нагрузки на производство тепла. Например, только в 2007 году в котельной была проведена крупномасштабная модернизация существующих трех котлов (внедрена технология кипящего слоя), а также установлен новый котел - котел №4. Кроме этого, в планах руководства котельной закупка еще нескольких котлов в течении следующих нескольких лет.

Расчет эффективности, производительности, КПД технологических процессов и отдельных локальных контуров котельной, анализ режимов их работы, регулирование параметров с целью выхода на оптимальный режим работы - вот приоритетные задачи и цели развития уже существующих программных средств, которые ставит перед собой коллектив разработчиков компании ИНФОВИРА.

Литература

1. Малышко А.В., Михальцов А.С., Чипулис В.П. Система мониторинга и ретроспективного анализа источников теплоты. // Труды 17-й Международной научно-практической конференции "Коммерческий учет энергоносителей". Санкт-Петербург.
2. Виноградов А.Н., Гербек Ф.Э., Раздобудько В.В., Кузнецов Р.С., Чипулис В.П. Учет параметров технологических процессов выработки тепловой энергия // Коммерческий учет энергоносителей: материалы 23-й международной научно-практической конференции. СПб.: Борей-Арт, 2006. С. 390-402.

   Материалы взяты из статьи Даниельяна С.А.