SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Построение АСКУЭ на базе АСУД-248

ООО НПО "Текон-Автоматика", г. Москва 

В статье рассматривается вопрос, как на основе автоматизированной системы управления и диспетчеризации решить такую проблему как  создание автоматизированной системы коммерческого учета  энергоресурсов в локальной инфраструктуре.

Задачи управления городским хозяйством являются ключевыми в системе жизнеобеспечения города. Постоянный контроль за жизненно важными сферами городской инфраструктуры, оперативное реагирование на возникающие ситуации, перспективное планирование и соблюдение строгой отчетности невозможны без внедрения автоматизированных технологий учета и управления, создания высокотехнологичных информационных систем.
Московское научное объединение ООО НПО “Текон-Автоматика” давно зарекомендовало себя, разработав и пустив в производство автоматизированную систему управления диспетчеризацией АСУД-248. Данная система на протяжении 14-ти лет широко применяется в различных  отраслях ЖКХ такими крупными организациями как ОАО МГУП “Мослифт”, ОАО “МосОтис”, ЗАО “Подъем” и др., как надежная среда передачи данных при контроле над инженерным оборудованием зданий. 
Рассмотрим возможные решения построения АСКУЭ, на основе существующей АСУД-248, в жилищно-коммунальном хозяйстве г. Москвы. Необходимость разработки и развертывания автоматизированных систем учета энергоресурсов, а также их высокая значимость в развитии города была определена Постановлением Правительства г. Москвы от 10.02.04 г. №77-ПП.

Учет теплоресурсов в г. Москве

По данным БТИ жилищный фонд города Москвы составляет почти 45 тыс. зданий общей площадью около 200 млн. м2, в которых проживает свыше десяти с половиной миллионов человек. Теплоснабжение этих зданий обеспечивают семнадцать ТЭЦ и 234 котельных. Подключенная нагрузка составляет более 17 тыс. Гкал/ч., что соответствует годовому потреблению тепловой энергии в объеме более 56 млн. Гкал. Теплоснабжение осуществляется через центральные тепловые пункты (ЦТП), где происходит преобразование параметров теплоносителя. К ЦТП подсоединены системы отопления, горячего водоснабжения и вентиляции группы зданий.
Еще в начале этого года в   г. Москве приборы учета тепловой энергии были установлены лишь в небольшом количестве зданий и практически во всех ЦТП. Правительством Москвы было принято решение (Постановление от 10.02.04 г. №77-ПП) об установке до 1 сентября 2005 г. во всех жилых домах приборов учета тепловой энергии и перехода на расчеты за потребляемое тепло по фактическому показанию счетчиков общедомовых узлов учета тепловой энергии.
Кроме того, в дальнейшем выражается большая заинтересованность в осуществлении проектов поквартирного учета показателей расхода горячей и холодной воды. Что позволит ввести полную дифференциацию по оплате жителями города услуг водоснабжения. Так как на данный момент оплата может быть осуществлена исходя из утвержденных норм расхода или исходя из показаний общедомовых приборов учета, равноценно поделенных на общее количество жильцов дома. Т.е.
   pic1.jpg           
 где: 
Sum - сумма месячного коммунального платежа за потребление холодной (горячей) воды одной квартирой;
Δn - расход холодный воды за месяц, полученный на основе показаний общедомового прибора учета;
Nо - общее число человек, зарегистрированных в доме;
No´ - общее число человек, зарегистрированных в доме, за исключением установивших поквартирные счетчики;
N кв - общее число человек, зарегистрированных в квартире;
К - коэффициент, определяющий стоимость одного кубометра холодной воды;
Σ Кв.счетчики - расход холодной воды за месяц, полученный на основе показаний поквартирных приборов учета. В итоге, получается, что формула (1) расчета напрямую зависит от точного владения информацией о количестве зарегистрированных жильцов в доме, что, к сожалению, может оказаться непосильной задачей. Откуда следует, что если, например, в квартире, в которой зарегистрирован один человек, проживает десяток его родственников, то формула (1) аккуратно перераспределит их расходы по оплате водоснабжения на остальных жильцов дома. 
В то же время, если часть квартир дома перейдет на расчет по фактическому потреблению услуги, исходя из показаний поквартирных приборов учета, формула (1) изменится и примет следующий вид (см. формулу (2)). В этом случае квартиры, установившие приборы учета, “выйдут” из сферы влияния общедомового прибора учета. При этом возможный перерасход будет опять перераспределен, но уже между оставшимися квартирами (данный факт, в принципе, должен стимулировать жителей к установке поквартирных приборов учета). Поэтому лишь комбинированная установка общедомовых и поквартирных приборов учета поможет раскрыть полную картину потребления домом горячей и холодной воды. Сама необходимость установки общедомовых приборов учета тепловой энергии (и воды) связана как раз с организацией доставки тепла от производителя до конечного потребителя. После того как теплоноситель протекает по трубам коллекторов получается, что потребитель начинает доплачивать за воздух, т.е. за те услуги, которые фактически не получал. Происходит это из-за потерь, неизбежно возникающих на этапе доставки (протечки и т.п.). Соответственно, для качественного расчета произведенного тепла необходима установка двух приборов учета: на пункте производства теплоносителя и на потребителе тепла.
Подытожив все вышесказанное, еще раз обозначим предпосылки создания системы:
- сложившаяся экономическая ситуация (в стране в целом);
- отсутствие прозрачности взаиморасчетов поставщиков и потребителей ресурсов;
- Постановление Правительства Москвы № 77-ПП.
Причем последний пункт является скорее катализатором процесса в целом (четким руководством к действию) с выделением соответствующих финансовых средств.

pict1.jpg

Рис. 1. Квартирные приборы учета отсутствуют

pict2.jpg

Рис. 2. В части квартир установлены приборы учета

pict3.jpg

Рис. 3. Везде стоят квартирные приборы учета

Проблемы расчета тепловой энергии

Теплосчетчик - это средство измерений, состоящее, как правило, из преобразователей расхода, температуры, давления, а также тепловычислителя. Преобразователи монтируются на трубопроводах и поставляют информацию, соответственно, о расходе, температуре, давлении теплоносителя, а вычислитель по определенным алгоритмам рассчитывает на основе этих данных величину потребленной тепловой энергии. Кроме того, вычислитель архивирует результаты измерений (показания преобразователей), чтобы в дальнейшем можно было анализировать режимы работы системы теплоснабжения, фиксировать внештатные и аварийные ситуации. Таким образом, теплосчетчик выполняет сразу две задачи: обеспечивает коммерческий учет, результаты которого используются при расчетах между поставщиками и потребителями тепла, а также является средством технологического контроля в системах теплоснабжения.
Алгоритм работы счетчика на первый взгляд прост. Необходимо измерить расход теплоносителя на входе, то есть в подающем трубопроводе, а также температуру и давление - на входе и выходе. Далее определяются плотности и энтальпии, являющиеся табличными функциями температур и давлений, а затем по формуле (3) вычисляется величина потребленной тепловой энергии:

    pic2.jpg 

где:
Gи - масса теплоносителя, поступившего потребителю;
h1 и h2 - энтальпии теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах.
Однако очевидно, что формула (3) справедлива лишь для так называемых закрытых систем теплоснабжения.
Закрытые теплосистемы получили широкое распространение в странах Европы. В такой системе теплоноситель (горячая вода) проходит через теплообменный аппарат потребителя и возвращается на источник тепла (котельная, ТЭЦ) в том же количестве, но с уже меньшей температурой. В России большинство систем открытые: теплоноситель, пришедший к потребителю по подающему трубопроводу, используется не только для нагрева отопительных приборов, но и разбирается в целях горячего водоснабжения. Соответственно обратному трубопроводу на источник тепла возвращается не тот же теплоноситель с меньшей энтальпией, а меньшее его количество. И вопрос здесь уже не только в том, как измерить, но и в том, что измерить, т.к. не ясно, что же в открытой системе является товаром - теплота, тепловая энергия или сам теплоноситель?

pict4.jpg

Рис. 4. Архитектура АСКУЭ

Еще один специфичный для России фактор: даже в системах, спроектированных как закрытые, теплоноситель порой несанкционированно разбирается на хозяйственные нужды. Самый яркий пример - врезанные в радиаторы отопления краны, через которые технический персонал получает горячую воду для мытья полов. Также часты случаи, когда в сложной системе теплоснабжения здания обнаруживается недокументированный отвод, о котором никто не знал, но который пускает значительную долю тепла “мимо счетчика”. Из всего вышесказанного становится понятным желание поставщика тепла даже в закрытых системах организовывать учет как в условно отрытых. Т.е. не приравнивать расход теплоносителя в подающем трубопроводе к расходу в обратном, как это предполагает формула (3), а измерять его и там, и там. При этом еще и учитывать разбор теплоносителя на нужды горячего водоснабжения. 
И вот мы получаем типичный российский прибор: обязательно (точнее, как минимум) два расходомера, водосчетчик ГВС, термопреобразователи и вычислитель, реализующий с десяток алгоритмов учета. Такое количество различных алгоритмов обусловлено некоторой неопределенностью в правилах учета. Так, в действующих с 1995 года “Правилах учета тепловой энергии и теплоносителя” приводится, по сути, всего одна формула:

Q = Qи +QП + (Gи +Gгв +Gу)*
*(h2 - hхв),                                     (4)

где:
Qи - Q по формуле (3);
Qп - тепловые потери на участке балансовой принадлежности системы теплоснабжения потребителя до его узла учета;
Gи - масса сетевой воды, израсходованной потребителем на подпитку системы отопления;
Gгв - масса сетевой воды, израсходованной потребителем на водоразбор;
Gу - масса всех утечек сетевой воды;
hхв- энтальпия холодной воды, израсходованной на источнике теплоты на подпитку системы теплоснабжения.
Но в Правилах не конкретизируется, каким образом должны быть измерены и введены в теплосчетчик значения Qп, Gи, Gу, Gгв, hхв, и должны ли они вообще быть в него введены. Ведь, в принципе, возможно доверить счетчику лишь измерение Qи (по формуле (3)), а расчет Q по формуле (4) производить, например, на компьютере предприятия энергосбыта. Однако естественное желание потребителя минимальными средствами максимально автоматизировать подготовку отчетности по энергопотреблению, подкрепленное вычислительными способностями современных теплосчетчиков, ведет к тому, что алгоритм (4) закладывается непосредственно в прибор. При этом параметры вводятся в него на основе согласованной между поставщиком и потребителем константы.
Адаптируя формулу (4) под различные конфигурации, можно получить довольно много форм ее записи, наиболее привычной из которых является следующая:

Q = G1 (h1 - hхв)-G2 (h2 - hхв).    (5)

Все эти формулы записи как раз и определяют многообразие алгоритмов расчета, из которых лишь один, основанный на формуле (1), является законным, а все остальные существуют, так сказать, по усмотрению сторон. Выбор того или иного алгоритма осуществляется при конфигурировании тепловычислителя, что может производиться либо при помощи его собственно клавиатуры, либо при подключении его к компьютеру. Обычно алгоритм согласовывается на этапе разработки проекта и не может быть изменен впоследствии.

pict5.jpg

Рис. 5. Информационные потоки в системе

Требования к автоматизированной системе учета ресурсов

Естественно, сам факт установки общедомового прибора учета является, конечно же, шагом вперед как с бюджетной, так и с экологической точки зрения.
Однако проведение в этом виде последующего съема, анализ и обработки накопленной прибором учета информации носило бы весьма неординарный характер. И в лучшем случае ограничилось бы ежемесячным обходом всех домов с выполнением полуавтоматического сбора накопленных месячных данных. Что, естественно, исключает возможность быстрой реакции на возможные аварийные ситуации.  В связи с этим разумным является рассмотрение возможности реализации системы, которая позволила бы в полностью автоматическом режиме выдавать информацию о состоянии каждого из приборов учета, входящего в систему, за любой интересуемый промежуток времени.
Соответственно основная задача, которую должна решить проектируемая система, - эффективное использование информационных систем для энергосбережения и управления качеством предоставления услуг.
Данная автоматизированная система коммерческого учета энергоресурсов (АСКУЭ) предназначена для непрерывной автоматической регистрации количественных и качественных показателей энергоресурсов, поставляемых поставщиком потребителю.
Кроме этого АСКУЭ должна обеспечивать возможность взаимодействия с внешними автоматизированными и неавтоматизированными системами в части информационного обмена данными по:
- количественным и качественным показателям поставляемых энергоресурсов в заданное время, в том числе по текущим показателям;
- итоговым значениям поставляемых энергоресурсов за период, необходимый для расчета величины платежей для каждого плательщика в Единых информационно-расчетных центрах (ЕИРЦ);
- статистическим показателям, необходимым для определения: объема высвободившихся средств городского бюджета; объема средств городского бюджета, выделяемых на оплату льгот и субсидий гражданам.
Программное обеспечение АСКУЭ, расположенное на клиентских местах, должно позволять интерпретировать в графической форме или в виде отчетов информацию, полученную с расходомеров (теплосчетчиков, водосчетчиков, электросчетчиков и т.п.), подключенных к системе. 
Исходя из вышесказанного, программное обеспечение должно выполнять следующие функции:
- настройку и управление БД коммерческой информации подомовых и поквартирных приборов учета;
- построение графиков по считываемому параметру (расход, температура, давление и т.д.) или группе параметров за любой интервал времени;
- создание табличных отчетов по отдельным теплосистемам любого прибора учета (отопление, гвс, хвс и т.д.) за любой отчетный период (сутки, неделя, месяц и т.д.) с возможностью экспорта в форматы TXT, RTF, CSV;
- печать на принтере полученных графиков и отчетов;
- генерирование специализированных отчетов для передачи данных в ЕИРЦ и другие организации.

pict6.jpg
Рис. 6. Информационные потоки в системе (вариант 2)

Требования к общедомовым узлам учета

Принимая во внимание, что информация с общедомовых узлов учета тепловой энергии должна поступать в АСКУЭ муниципального и иного жилищного фонда города при выборе номенклатуры приборов учета тепловой энергии, необходимо, чтобы они позволяли регистрировать и учитывать:
- расход холодной воды (м3);
- давление холодной воды в трубопроводе (кПа);
- температуру холод. воды (С°);
- расход горячей воды (м3, т);
- давление горячей воды в прямом и обратном трубопроводе (кПа);
- температуру горячей воды в прямом и обратном трубопроводе (С°);
- расход тепловой энергии, затраченной на подогрев воды для нужд горячего водоснабжения (Гкал);
- расход тепловой энергии, затраченной на подогрев теплоносителя для нужд отопления (Гкал);
- давление теплоносителя в прямом и обратном трубопроводе для нужд отопления (кПа);
- температуру теплоносителя в прямом и обратном трубопроводе для нужд отопления (С°).
Кроме этого все приборы учета и их измерительные компоненты должны удовлетворять следующим требованиям:
- иметь сертификат о внесении в Государственный реестр средств измерений;
- иметь действующие свидетельства о поверке;
- иметь технические паспорта;
- быть принятыми в эксплуатацию надлежащим образом, с наличием соответствующего акта о приемке;
- иметь срок гарантийного ремонта изготовителем не менее 2-х календарных лет с момента ввода в эксплуатацию. По окончании срока гарантийного ремонта изготовитель обязан производить платный ремонт и обслуживание указанных узлов учета в течение последующих 3-х календарных лет;
- иметь межповерочные интервалы не менее 4-х календарных лет.
В качестве измерительных компонентов, предназначенных для учета тепловой энергии, затраченной на подогрев воды (теплоносителя) для нужд водоснабжения и отопления, разрешается использовать только теплосчетчики, обеспечивающие взаимодействие по какой-либо открытой спецификации передачи данных (RS-232, RS-485 и т.д.) с нормированными метрологическими характеристиками. Не рекомендуется (в силу их характеристик) использовать в качестве общедомовых узлов учета горячей воды крыльчатые счетчики питьевой воды.

pict7.jpg

Рис. 7. Размещение оборудования системы АСКУЭ на объекте

Для сокращения затрат на строительство и эксплуатацию АСКУЭ, для учета холодной воды предпочтительно использовать один из каналов многоканального теплосчетчика, предназначенного для учета тепловой энергии, затраченной на нагрев воды для нужд горячего водоснабжения и отопления.
Измерительные компоненты должны обеспечивать предоставление данных в комплексные компоненты АСКУЭ с периодичностью не реже одного раза за календарные сутки.
Учитывая вышеизложенное, можно определить следующие основные критерии при выборе приборов учета тепловой энергии:
- высокая надежность и точность измерений на протяжении длительного промежутка времени;
- минимальное гидравлическое сопротивление при номинальном расходе;
- объемы, качество и стабильность производства;
- широкий динамический диапазон измеряемых расходов;
- возможность выдачи информации в виде совместимого с системами автоматического управления сигнала для передачи на большие расстояния;
- возможность архивации данных о потребленной тепловой энергии, количестве энергоносителя, времени простоя, сбоя в работе системы;
- конструктивное исполнение (модульность исполнения, возможность расположения тепловычислителя вне зоны возможного подтопления);
- самотестирование с индикацией ошибок;
- электромагнитная совместимость (безопасность);
- цена.
pict8.jpg

Рис. 8. Этапы внедрения АСКУЭ

Из достаточного многообразия различных фирм, которые в настоящий момент занимаются выполнением производства и монтажа приборов учета, хотелось бы выделить НПО “Тепловизор” с многоконтурным теплосчетчиком “ВИС.Т”, который удовлетворяет всем изложенным требованиям и имеет прозрачный (легко реализуемый) протокол взаимодействия через интерфейс RS-232 или Ethernet. К этому же классу относятся счетчики “КМ-5” и “ВКТ-7”. 
К сожалению, каждый из приборов реализует свой протокол доступа к данным, что вынуждает писать отдельные драйвера под каждое устройство.

Алгоритмы расчета водопотребления

Данные, поступаемые с приборов учета, отражают целостную картину, происходящую на объекте. В задачу автоматизированной системы входит не только сбор этих данных, но и расчетное перераспределение ресурсов между всеми потребителями, для определения фактических затрат каждого из них.
Общий порядок определения объема коммунальных услуг, подлежащего оплате различными группами потребителей в жилом доме, приведен на рис. 1-3.
Определение объема коммунальных услуг, потребленных во всем жилом доме, производится по формуле:

Vдом = (Fкп -Fнп),    (6)

где:
Vдом - объем коммунальных услуг, зафиксированный общедомовым прибором учета;
Fкп - показания общедомового прибора учета, зафиксированные в конце расчетного периода;
Fнп - показания общедомового прибора учета, зафиксированные в начале расчетного периода.
Естественно, в силу ограниченной разрядности вычислителей (расходомеров) в формуле (6) следует предусматривать возможность “перекрута” счетчика через максимальное значение, что приведет к отрицательному расходу.
При выделении объема потребления для соответствующих групп потребителей необходимо учитывать, что показания общедомового счетчика включают объем потребления коммунальных услуг во всех жилых и нежилых помещениях жилого дома, то есть:

Vдом = Vжил + Vнжил + Vдом * D, (7)

Vдом = (Vжил + Vнжил)/(1-D),     (8)

где:
Vдом -  объем коммунальных услуг, зафиксированный общедомовым прибором учета;
Vжил - объем коммунальных услуг, потребленных во всех жилых помещениях дома;
Vнжил - объем коммунальных услуг, потребленных в нежилых помещениях дома;
D - коэффициент учета расходов на общедомовые нужды (D = 0,05). Заметим, что значение данного коэффициента может варьироваться, и необходимо иметь возможность его указания для каждого отдельного здания.
При определении объема коммунальных услуг, потребленных во всех нежилых помещениях дома, необходимо учитывать, что объем коммунальных услуг, потребленных в нежилых помещениях дома, состоит из:

Vнжил = Vинд + Vгрупп + Vрасч,     (9)

где:
Vнжил - объем коммунальных услуг, потребленных в нежилых помещениях дома;
Vинд - сумма объемов по показаниям индивидуальных приборов учета жилого дома;
Vгрупп - сумма объемов по показаниям групповых приборов учета жилого дома;
Vрасч - размер нагрузки, установленной в договоре.
Определение объема коммунальных услуг, потребленных в конкретном нежилом помещении дома, осуществляется в зависимости от наличия установленных индивидуальных и/или групповых приборов учета:
к при наличии индивидуального прибора учета (Vинд), объем потребленных коммунальных услуг определяется по его показаниям;
к при наличии группового прибора учета (Vгрупп), объем потребленных коммунальных услуг, для конкретного потребителя, распределяется расчетным способом, пропорционально нагрузкам, указанным в договорах о предоставлении коммунальных услуг;
к при отсутствии группового или индивидуального прибора учета, объем потребленных коммунальных услуг, для конкретного потребителя (Vрасч), определяется на основании нагрузки, указанной в договоре (вне зависимости от показаний общедомового прибора учета).
Возможны ситуации, когда в жилом доме по тем или иным причинам установлено несколько приборов учета. В этом случае расчеты с потребителями производятся как по независимым жилым домам.
Определение объема коммунальных услуг, потребленных во всех жилых помещениях дома, осуществляется по формуле:

Vжил = Vдом * (1 - D) - Vнжил,    (10)

где:
Vжил - объем коммунальных услуг, потребленных в жилых помещениях дома;
Vдом - объем коммунальных услуг, зафиксированный общедомовым прибором учета;
Vнжил - объем коммунальных услуг, потребленных в нежилых помещениях дома;
D - коэффициент учета расходов на общедомовые нужды (D = 0,05).
При определении объема коммунальных услуг, потребленных во всех жилых помещениях дома, необходимо учитывать, что в случае если в жилом доме, помимо общедомового прибора учета, установлен хотя бы один квартирный прибор учета, объем коммунальных услуг, потребленных во всех жилых помещениях дома, включает в себя:
к объем потребления в жилых помещениях, в которых установлены квартирные приборы учета (сумма показаний всех установленных в жилом доме квартирных приборов учета);
к объем потребления в жилых помещениях, в которых не установлены квартирные приборы учета, то есть:

Vжил = Vжил без КПУ + Vжил КПУ, (11)

где:
Vжил - объем коммунальных услуг, потребленных в жилых помещениях дома;
Vжил без КПУ - объем потребления в жилых помещениях, в которых не установлены квартирные приборы учета;
Vжил КПУ - объем потребления в жилых помещениях, в которых установлены квартирные приборы учета.
Определение объема потребленных коммунальных услуг для жилого помещения, в котором не установлены квартирные приборы учета, осуществляется по следующей формуле:

Vжил без КПУ = Vжил - Vжил КПУ. (12)

Определение объема потребленных коммунальных услуг в жилых помещениях, в которых установлены квартирные приборы учета, осуществляется путем суммирования разниц показаний всех квартирных приборов учета, установленных в жилом доме.
При отсутствии квартирного прибора учета объем потребленных коммунальных услуг в жилом помещении определяется расчетным методом по следующей формуле:

Vжил/пом = Vжит * Кжил пом,     (13)

где:
Vжил/пом - объем коммунальных услуг, потребленных в жилом помещении, в котором не установлены квартирные приборы учета;
Vжит - объем коммунальных услуг, потребленных одним жителем в жилом помещении дома, в котором не установлены квартирные приборы учета, за 1 день;
Кжил пом - количество человеко/дней потребления коммунальных услуг в данном жилом помещении в расчетном периоде (равное общедомовой сумме количества дней проживания по каждому потребителю).

Vжит = Vжил без КПУ/Кжил без КПУ,  (14)

где:
Vжит - объем коммунальных услуг, потребленных одним жителем в жилом помещении дома, в котором не установлены квартирные приборы учета, за 1 день; 
Vжил без КПУ - объем потребления в жилых помещениях, в которых не установлены квартирные приборы учета;
К жил без КПУ - количество человеко/дней потребления услуг в расчетном периоде всех жилых помещений, в которых не установлены квартирные приборы учета.
При отсутствии показаний приборов учета (плановый ремонт, поломка) либо в случае их недостоверности (несоответствие условий эксплуатации, выявление несогласованной перепланировки, просрочка поверки и т.д.) объем потребления коммунальной услуги в течение расчетного периода определяется следующим образом:

Vжил/пом = V1 + V2,     (15)

где:
V1 - объем коммунальных услуг в течение времени, когда показания приборов учета есть, являются полными и достоверными;
V2 - объем коммунальных услуг в течение времени, когда показания приборов учета являются неполными, а также объем коммунальных услуг, полученный расчетным путем.
Расчетное значение потребления услуги можно находить, основываясь либо на утвержденных базовых ставках, либо, принимая равномерным расход ресурса на измеряемом интервале и вычисляя, исходя из этого, расход за время не работы прибора.

pict9.jpg

Рис. 9. Функции, возлагаемые на АСКУЭ

Реализация АСКУЭ

Следует отметить, что при проектировании системы не предполагалась разработка непосредственно приборов учета, так как конкуренция с существующими производителями оборудования являлась бы экономически бессмысленной. Основной акцент ставится на реализацию системы, обладающей свойством интеграции тех приборов, которые уже установлены на объектах города или устанавливаются на настоящий момент. Т.е. объединяют в рамках одной системы оборудование различных производителей в силу того, что сами производители ничего подобного не предлагают либо ограничиваются лишь своими приборами учета, используя свой уникальный протокол. В силу этого основная проблема на сегодняшний момент - это отсутствие унифицированных протоколов передачи данных. В связи с этим в архитектуре системы выделяется три уровня (рис. 4).
Первый уровень - это те приборы, которые будут интегрированы в систему и устройства сопряжения с ними. Были выделены приборы с импульсным выходом и приборы с возможностью взаимодействия через интерфейсы RS-232, RS-485. Что позволяет полностью охватить задачи поквартирного и подомового учета. Как правило, все водосчетчики (а также счетчики электричества, газа и т.п.) имеют импульсный выход, а подавляющее большинство общедомовых теплосчетчиков поддерживает хорошо известный интерфейс RS-232.
Второй уровень определяет способ передачи информации от оконечных приборов учета.
Третий   совмещает в себе оборудование хранения, интерпретации и передачи данных, полученных с приборов учета.
Выбор линий связи (т.е. второй уровень в архитектуре системы), по которым предполагается передача сигналов, является основным моментом. На данный момент активно развиваются компьютерные проводные и оптоволоконные сети (например, сеть “Комкор”), однако в целом по Москве ситуация не столь благоприятная. А в случае резервирования средств под прокладку кабельных трас при реализации проектов АСКУЭ увеличивает их стоимость в разы. Соответственно, логичным решением было бы использование (если таковые нашлись) существующих проводных линий. Это, например, линии, обеспечивающие связь с лифтами в системах диспетчеризации, которые функционируют в объединенных диспетчерских службах (ОДС). Любое другое решение (например, радиоканал, GSM и т.п.) будет упираться в необходимость наличия обслуживаемой организации, которая бы обеспечила функционирование данного канала связи, и получение различного рода разрешений на его использование.
К тому же разрабатываемая АСКУЭ предполагает интеграцию (при соответствующей реализации аппаратных модулей - может быть интегрирована) в существующую АСУД-248, применяемую на ОДС. Это позволит избежать необходимость поиска квалифицированных сотрудников, обеспечивающих функционирование системы, опять же за счет существующей базы ОДС. 
По данным выступлений участников XXII конференции “Москва - энергоэффективный город” именно проблема отсутствия квалифицированных кадров для развертывания и обслуживания сложных вычислительных систем является тормозящим факторов при построении систем коммерческого учета.
Соответственно, информационные потоки в системе могут быть представлены следующим образом (рис. 5).
ДЕЗ и ЕИРЦ - наиболее вероятные “потребители” информации с ОДС в силу того, что именно эти организации участвуют во взаиморасчетах между потребителями и производителями ресурсов. Однако отметим это еще раз - подразумевается возможность получения этих же данных любой заинтересованной организацией.
Исходя из того, что в рамках района существует, как правило, несколько ОДС в зоне одной ДЕЗ, схема информационных потоков может быть немного видоизменена (рис. 6). Т.е. дополнительно предлагается установка центрального сервера обработки информации. 
Данный подход позволит аккумулировать информацию в целом по району в одном месте. Но в то же время данное решение уже ориентируется на наличие Ethernet канала (оптика, модем и т.п.) после ОДС. Развернутую схему расположения оборудования системы АСКУЭ на объекте можно посмотреть на рис. 7. Устройства сопряжения с приборами учета (УС) устанавливаются непосредственно в линии, обеспечивающей работу базового оборудования ОДС.

Клиентские приложения

Исходя из выработанных требований к системе АСКУЭ, следует, что для системы требуется реализовать минимум три программных модуля взаимодействия с:
- существующей АСУД-248;
- теплосчетчиком (отдельный драйвер под каждый прибор);
- БД и интерпретацией полученной информации в графическом виде или в виде отчетов.
Дополнительно возможна реализация: 
- модуля репликации БД;
- модуль резервного копирования БД.
Модуль взаимодействия с АСУД реализуется на основе конкретной системы, установленной на объекте с помощью, например, COM - технологии или любой другой, позволяющей решить поставленную задачу.
Драйвер для работы с теплосчетчиком должен реализовываться на ассемблере, так как предполагается прошивка впоследствии данной программы в память микроконтроллера. На основе рассмотренных выше требований к приборам АСКУЭ программа драйвера должна работать по следующему алгоритму:
- передача текущих значений (для обеспечения возможности оперативного реагирования дежурного на объекте на различные внештатные ситуации);
- передача накопленных архивных значений (для обеспечения расчетов за потребление услуги);
- передача конфигурационной информации прибора учета (серийный номер, алгоритм работы и т.п., для удобства идентификации прибора);
- тип прибора учета (для непосредственной идентификации его в программе).
Исходя из предположения, опираться на линии связи ОДС следует, что в силу их небольшой пропускной способности время на передачу месячного архива прибора учета может занять до нескольких дней. Необходимость получения архива обусловлена возможной неработоспособностью УС в течение некоторого времени и, соответственно, невозможностью построения полного отчета по потреблению услуги за данный период (в силу простого отсутствия данных за время не работы УС). Однако в целом при постоянной работе УС эта функция является лишней, т.к. в один час фактически поступает только одна новая запись с прибора (приборы учета накапливают архивы почасовых записей о потреблении ресурсов). На наш взгляд, допустимым временем, за которое необходимо считать месячный архив прибора, является интервал от 0 до 72 часов. Ввиду открытости протоколов работы теплосчетчиков реализация драйверов УС не составляет труда.
Основной программный модуль взаимодействия с БД и интерпретации полученных с прибора данных реализуется как стандартное оконное приложение Windows. Он должен позволять в простой и понятной форме контролировать параметры тепло- и водоснабжения. Основной набор функций, реализуемых модулем, отражен в требованиях к АСКУЭ (см. выше). 
Алгоритм работы программы должен основываться на следующей схеме:
- выбор объекта учета (дом);
- выбор теплосистемы;
- выбор параметра - построение графика;
- построение отчета.
То есть эргономически максимум в три клика (нажатия манипулятора “мышь”) конечный пользователь должен получить требуемую отчетную информацию. В случае интеграции с АСУД-248 этот алгоритм может быть сокращен, например, вызовом программы работы с БД непосредственно из АСУ путем указания конкретного объекта на карте (жилого здания и т.п.).
При работе системы в БД будет сохраняться информация только с тех (подключенных к системе) приборов коммерческого учета, которые были зарегистрированы в БД, т.е. при установке на объекте, дополнительно к системе АСУД-248, системы обработки данных с приборов учета, необходимо выполнить установку и предварительную настройку БД. Это связано с необходимостью систематизации расположения приборов на объекте и привязки их к местам установки.
Настройка должна быть осуществлена при первом запуске (конфигурировании системы) или при добавлении, изменении, удалении теплосчетчика (расходомера) и подразумевает под собой внесение служебной информации в БД. Конфигурирование БД должен выполнять ответственный специалист, т.к. неправильное проведение операции может привести к удалению уже накопленных данных.
Дополнительно программа должна позволять гибко наращивать функционал на основе требований потребителя или организации поставщика.
 
Порядок ввода в эксплуатацию АСКУЭ

Процесс внедрения автоматизированной системы учета на конкретном объекте можно разбить на несколько этапов (рис. 8).
1_Формирование полного комплекта проектной и эксплуатационной документации:
- проекты на общие узлы учета, включая сметную документацию;
- проект на системы сбора данных;
- проект на программное обеспечение ОДС;
- проект на программное обеспечение ЕИРЦ;
- паспорта (формуляры) на элементы системы (приборы учета, ЭВМ, модемы, адаптеры и т.п.);
- технические акты приемки монтажных и технологических работ;
- технические акты наладочных работ;
- лицензии организаций, выполняющих соответствующие работы.
2_Процедуры сдачи системы в опытную эксплуатацию:
- формирование рабочей комиссии по приемке системы в опытную эксплуатацию;
- составление акта по результатам работы комиссии и определение срока работы системы в опытной эксплуатации.
3_Этапы опытной эксплуатации:
- проверяется правильность выполнения всех функций, возложенных на систему, согласно проектам;
- определяются основные показатели надежности системы на основе статистических данных отказов элементов системы;
- проведение испытаний с целью утверждения типа системы как средство измерения;
- подготовка рекомендаций по эксплуатации в промышленном режиме;
- устранение выявленных недостатков;
- отработка договоров с ресурсоснабжающими и жилищными организациями на оказание услуг по отоплению и водоснабжению;
- определение методов разрешения конфликтных и внештатных ситуаций.

Заключение

Всеобщее внедрение автоматизированных систем учета энергоресурсов в жилищном фонде города позволит выявить некачественные поставки энергоресурсов (избыточная поставка, недопотребление) по сравнению с социальными нормами. Это, в свою очередь, даст возможность точно определять объемы финансирования поставщиков энергоресурсов по статьям дотаций и возмещения разницы в тарифах на тепловую энергию на городском уровне или на уровне префектуры округа.
В настоящее время работы по установке общедомовых приборов учета проводятся быстрыми темпами. В силу этого компании, занимающиеся монтажом приборов учета, периодически испытывают трудности как в квалифицированной рабочей силе (банальная нехватка персонала), так и в поставках непосредственно самих приборов.
Кроме того, отсутствие единых протоколов взаимодействия с теплосчетчиками (протоколы, обеспечивающие считывание данных из теплосчетчиков через открытые интерфейсы RS-232 и т.п.) и количественное многообразие последних может вызвать некоторое затруднение в объединении их в единую автоматизированную систему. Что, конечно же, не является неразрешимой проблемой, но может расширить сроки развертывания системы АСКУЭ в округе. Целесообразным считается построение системы АСКУЭ на базе существующей АСУД-248, дополнив ее соответствующими программно техническими средствами, что позволит сократить объемы затрат на пуско-наладку и обслуживание системы. В заключение хотелось бы отметить, что, конечно же, сама по себе система не является “лекарством от всех бед” (рис. 9). Внедрение ее не приведет к автоматическому решению проблем, связанных с износом магистральных сетей и мгновенной экономией ресурсов. Однако внедрение ее - еще один шаг к построению высоко-информационного общества.

Литература

1_Подпрограмма “Реформирование и модернизация жилищно-коммунального комплекса Российской Федерации” Федеральной целевой программы “Жилище” на 2002-2010 годы, утвержденной Постановлением Правительства РФ от 17.11.2001 №797.
2_”Правила пользования системами коммунального водоснабжения и водоотведении в Российской Федерации”, утвержденные Постановлением Правительства Российской Федерации от 12. 02.1999 № 167.
3_“Правила предоставления коммунальных услуг”, утвержденные Постановлением Правительства РФ от 26.09.1994  № 1099.
4_Постановление Правительства Москвы от 26.12.2000 №1009-ПП “О состоянии расчетов за тепловодоснабжение и водоотведение в жилищном фонде Москвы и мерах по их совершенствованию”.
5_Постановление Правительства Москвы от 18.12.2001 № 1122-ПП  “О приоритетных направлениях деятельности по реформированию жилищно-коммунального комплекса" в целях совершенствования системы расчетов между ресурсоснабжающими и жилищными организациями, а также с потребителями (гражданами) за питьевую воду (горячую и холодную) и водоотведение в жилищном фонде г. Москвы при переходе на новую систему оплаты жилья и коммунальных услуг”.
6_Распоряжения Мэра Москвы от 16.05.2000 № 524-РM “О дополнительных мерах по стимулированию энергосбережения и установке приборов учета тепла и воды”.
7_Постановление Правительства Москвы от 10.02.2004 № 77-ПП “О мерах по улучшению системы учета водопотребления и совершенствования расчетов за холодную, горячую воду и тепловую энергию в жилых зданиях и объектах социальной сферы города Москвы”.
8_Правила учета тепловой энергии и теплоносителя / П-683. Главгосэнергонадзор. М.: Изд-во МЭИ, 1995.
9_Отчет рабочей группы по подготовке материалов и проекта решения совместного Технического совета ДТЭХ и Префектур г. Москвы по выбору технических решений при реализации Постановления Правительства г. Москвы от 10.02.04.г. № 77-ПП., М. 2004г.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(11)_2006

А.Ю. Лукичев, М.А. Тарасенков, А.С. Иванов,  Д.В. Грудинин, И.В. Серов, А.И. Шашин 
ООО “НПО Текон-Автоматика”, г. Москва, 
E-mail: tarasenkov.m@gmail.com