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.

Автоматизированная система диспетчерского контроля и управления инженерными системами развлекательного центра WONDERHALL в г. Перми

ООО «ИнтеллектСтрой», г. Пермь 

В статье рассматривается автоматизированная система диспетчерского контроля и управления, реализованная в развлекательном центре WonderHall в г.Перми. Подробно описан объект автоматизации и способы реализации проекта, четко обозначен экономический эффект с приведением конкретных цифр. 

Объемы строительства в России, даже несмотря на мировой финансовый кризис, все-таки растут. А значит, растет и потребность в грамотном управлении готовыми объектами. Сегодня мало выбрать площадку и построить здание, нужно сделать это так, чтобы получить максимальный уровень доходности в процессе его эксплуатации. Увеличить прибыльность объекта можно двумя путями: повысить доходы или уменьшить расходы, как бы банально это ни звучало. 
Но в условиях жесткой конкуренции, когда в городе уже не один, не два офисных центра, а десятки, такой принцип управления недвижимостью приводит в тупик. Клиенты, внося немалые суммы за аренду помещений, требуют соответствующего облуживания. А в  зданиях с неработающими лифтами и отсутствующей системой кондиционирования, едва ли можно рассчитывать на высокие арендные ставки. 
Выйти из этого замкнутого круга возможно в случае реализации на объекте автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления.  Одним из таких объектов является развлекательный центр WonderHall в г. Перми. 
При создании систем диспетчеризации возникает естественный вопрос: «На обородовании каких фирм реализовывать данную систему? Какое программное обеспечение пульта оператора выбрать?». Можно, конечно, воспользоваться уже зарекомендававшими себя в Европе известными брендами для автоматизации зданий со своими SCADA- ситемами на основе протоколов LonWorks или BacNet. Но как показывает практика, этот подход не всегда работает в условиях России по ряду причин: высокая цена, наличие у конкретного производителя автоматики только некоторых систем и нежелание заказчика отдавать весь объем инженерных систем в одни руки. Вот и получается, что чаще всего мы имеем здание с инженерными системами, имеющими локальную автоматику различных производителей никак не взаимодействующих между собой. Компания ООО «ИнтеллектСтрой» уже давно решила вопрос как объединить эти подсистемы и какое программное обеспечение использовать. Центром системы «Интеллектуальное здание WonderHall» является SCADA-система Trace Mode, объединяющая различное оборудование и протоколы.

Объем автоматизации

Объектом автоматизации являются инженерные системы развлекательного центра WanderHall, а именно:
- холодоснабжения;
- кондиционирования;
- вентиляции;
- дымоудаления;
- автоматического пожаротушения;
- электроснабжения и внутреннего освещения;
- водоснабжения и водоотведения;
- индивидуалного теплового пункта (ИТП);
- лифтового хозяйства;
- отопления (инфракрасные нагреватели).
Используемые технические средства и принципы построения АСДКиУ на основе Trace Mode обеспечивают подключение всех технологических объектов, находящихся в здании, а также допускают увеличение функций системы путем применения дополнительных типовых программно-аппаратных модулей предлагаемого ПТК либо за счет применения других технических средств, соответствующих стандартам открытых систем АСУ ТП. 

Основные функции системы

Подсистема верхнего уровня АСДКиУ решает следующие задачи: 
-представления информации о ходе технологического процесса контролируемого объекта  на цветных экранах мониторов в реальном масштабе времени в  графическом и табличном виде, с использованием мнемосхем и анимации;
- сигнализации и отображения нарушений технологического режима;
- дистанционного  управления технологическим процессом;
- контроля и регистрации действий оператора;
- ввода и представления информации о режимах эксплуатации оборудования (работа, резерв, ремонт);
- диагностирования подсистем второго и третьего уровней (контроллеров и датчиков);
- конфигурирования и настройки  контроллеров, сети передачи данных, каналов измерения;
- автоматизированной подготовки установленных  отчетных документов;
- формирования отчетов произвольной формы и  содержания по запросу оператора.
1pic.jpg
Рис. Интерфейc контроля и управления температурой воздуха

2pic.jpg
Рис. Система кондиционирования

Состав системы

АСДКиУ состоит из рабочей станции под управлением SCADA Trace Mode, коммуникационного оборудования, 5-ти контроллеров P06R-Текон, 93-х модулей ввода/вывода Теконик, расположенных в 7-ми этажных шкафах автоматики, 8-ми контроллеров Carel, 2-х контроллеров Siemens, а также счетчиков электроэнергии СЭТ-4ТМ, расходомеров воды «Взлет» и также датчиков и оборудования других производителей.
Опрос модулей ввода/вывода Теконик осуществляется по сети RS-485, передача данных на сервер осуществляется по сети Ethernet, протокол TCP/IP. Опрос контроллеров Carel и Siemens осуществляется по стандартному протоколу Modbus. Счетчики электроэнергии СЭТ-4ТМ опрашиваются при помощи драйвера встроенного в Trace Mode. Счетчики воды и некоторое другое оборудование связаны с использованием OPC-технологии.

Список контролирумых параметров

В системе холодоснабжения обеспечивается контроль следующих узлов и параметров:
- состояние циркуляционных насосов;
- управление циркуляционными насосами;
- контроль давления до и после насосов;
- контроль работоспособности чиллеров;
- переключение режимов зима/лето по температуре наружного воздуха;
- контроль температуры теплоносителя, подаваемого в контура и возвращаемого от систем;
- контроль температуры и давления воды в прямом и обратном трубопроводах чиллеров;
- опрос внутренних параметров чиллеров.
Система кондиционирования данного здания благодаря интеграции в Trace Mode работает совместно с системой инфракрасных нагревателей. Все здание поделено на температурные рабочие зоны, в которых с пульта диспетчера задается уставка необходимой поддерживаемой температуры, в результате чего система исключает одновременный нагрев и охлаждение воздуха в зоне, что ведет к экономии энергоресурсов и качеству регулирования температуры воздуха. При выходе температуры воздуха в зоне за пределы комфортной зона подкрашивается в другой цвет, и система принимает шаги по возвращению температуры в норму. 
В ИТП обеспечивается контроль следующих узлов и параметров:
- состояние циркуляционных насосов;
- вария циркуляционных насосов;
- сигнал «сухой ход» насосов;
- режим работы насосов;
- температура сетевой воды;
- давление сетевой воды;
- расход сетевой воды;
- расход подпиточной воды;
- температура сетевой воды на входе и выходе подогревателей;
- давление сетевой воды на входе и выходе подогревателей;
- контроль засорения фильтров;
- контроль срабатывания подпиточных клапанов;
- температура в контуре ГВС (с возможностью дистанционной корректировки);
- давление в системе ГВС;
- температура в контуре отопления (с возможностью дистанционной корректировки);
- давление в контуре отопления;
- опрос счетчиков теплоэнергии.
Автоматика применяемого блочного ИТП выполнена на базе регуляторов Carel, которые подключаются в АСДКиУ по RS-485 интерфейсу по протоколу Modbus. Дополнительные необходимые параметры контролируются датчиками давления и температуры, подключаемыми к этажному щиту диспетчеризации.
В системе водоснабжения и водоотведения обеспечивается контроль следующих узлов и параметров:
- давление холодной воды до и после установок повышения давления;
- состояние канализационных задвижек;
- состояние установок повышения давления.
В системе вентиляции обеспечивается контроль следующих узлов и параметров:
- состояние приточно-вытяжных вентсистем;
- состояние вытяжных вентиляторов;
- авария вентсистемы;
- заморозка системы;
- засорение фильтра;
- температура уличного воздуха;
- температура приточного воздуха на выходе системы приточной вентиляции;
- температура удаляемого воздуха;
- расход приточного воздуха;
- температура теплоносителя до и после калорифера;
- давление до и после калорифера;
- степень открытия регулировочного клапана;
- дистанционное управление вентиляторами с пульта диспетчера.
В системе электроснабжения и внутреннего освещения обеспечивается контроль следующих узлов и параметров:
- величина напряжения на вводе щитов ЩС;
- наличие напряжения на вводе щитов ЩС и ЩР;
- отключение электроснабжения при пожаре;
- сбор показаний счетчиков электроэнергии;
- состояние пускателей групп освещения;
- местное и дистанционное управление группами освещения.
В системе дымоудаления и пожаротушения обеспечивается контроль следующих узлов и параметров:
- состояние приточных и вытяжных вентиляторов;
- состояние клапанов дымоудаления;
- приход сигнала «Пожар»;
- состояние пожарных насосов;
- давление в спринкерной системе.
В системе управления лифтами обеспечивается контроль следующих узлов и параметров:
- положение лифтов;
- авария лифтов;
- сигнализация вызова диспетчера;
- наличие людей в кабине лифта;
- состояние дверей кабины лифта;
- двусторонняя связь с диспетчером.
3pic.jpg
Рис. Экран мониторинга ИТП № 1

4pic.jpg
Рис. Экран мониторинга ИТП № 2

Экономический эффект от внедрения АСДКиУ

За счет получения полной информации о функционировании всех подсистем инженерного оборудования здания в SCADA Trace Mode становится возможным незамедлительно принять правильное решение и выполнить соответствующие действия. Внедрение систем подобного рода позволяет обеспечить бесперебойный процесс работы сотрудников в самых комфортных условиях. Функции, выполняемые АСДКиУ, с экономической точки зрения несут в себе следующие выгоды от их реализации:
- ведение точного учета тепло-энергоресурсов позволяет сократить  расчеты за них с поставщиками;
- отслеживание состояния оборудования всех подсистем здания позволяет предотвратить аварийные ситуации, повысить безопасность находящихся в здании людей и имущества и, как следствие, уменьшить страховые риски и сумму страховых взносов;
- оптимальное управление работой оборудования позволяет сократить потребление тепло-энергоресурсов;
- автоматизация процесса контроля и управления состоянием инженерных систем здания позволяет уменьшить количество требуемого обслуживающего персонала.
Перед проведением расчетов экономической эффективности рассматриваемого проекта мы считаем необходимым оговорить тот факт, что  определить точное количественное снижение затрат не представляется возможным, поскольку невозможно точно предсказать, как эксплуатировалось бы оборудование без внедрения АСДКиУ, массового опыта по реализации подобных систем в России нет, а следовательно, нет достоверной статистической информации.
Мы рассмотрим несколько вариантов развития ситуации, в том числе и худший.
Затраты на реализацию АСДКиУ имеют следующую структуру:
- затраты на оборудование и материалы;
- затраты на оплату проектных, монтажных и пуско-наладочных работ;
- затраты на заработную плату персонала, обслуживающего АСДКиУ;
Доходы от реализации АСДКиУ выражаются в экономии, а также в повышении производительности труда, однако, поскольку последнее оценить невозможно, этот фактор рассматриваться не будет. 
Рассмотрим экономию от автоматизации каждой из подсистем здания в отдельности.
5pic.jpg
Рис. Экран управления освещением здания

6pic.jpg
Рис. Экран управления электроснабжением здания
Система кондиционирования

Мощность, потребляемая системой кондиционирования, составляет 125,00 кВт/час.
Без АСДКиУ кондиционеры в летний период работают от 9 (в течение рабочего дня) до 24 часов в день. За счет дистанционного управления возможно снизить время работы до 6–7 часов в день. Следовательно, с апреля по сентябрь экономия составит от 20 до 75 % потребляемой мощности.
В худшем случае, если кондиционеры работали в течение 9-ти часов в сутки, а будут – в течение 7-ми, экономия составит 125,00кВт/час х 2часа=250,00 кВт/день. В лучшем случае, если кондиционеры работали 24 часа в сутки, а будут – 6, экономия составит 125,00кВт/час х 18часов = 2 250,00 кВт/день.   
Экономия от автоматизации системы кондиционирования за летний период года составит:
- минимум: 250,00 кВт/день х 365/2 = 45 625,0 кВт;
- максимум: 2 250,00 кВт/день х 365/2=410 625,0 кВт.
За счет возможности управления температурой в здании с помощью системы отопления работа системы кондиционирования в холодный период года практически исключается. Считаем, что в отсутствии АСДКиУ система кондиционирования с октября по март задействована на 30 % меньше, чем в летнее время (с апреля по сентябрь), а при внедрении АСДКиУ разница составит 80%. Таким образом, экономия за холодный период года составит около 50% от потребляемой в теплый период мощности без автоматизированного управления. 
Максимальная  мощность, потребляемая системой кондиционирования в теплый период года при работе системы 24 часа в сутки, составит: 125,00 кВт/час х 24 часов х 365 дней/2 = 547 500,00 кВт.
Минимальная мощность, потребляемая системой кондиционирования в теплый период года при работе системы 9 часов в сутки, составит: 125,00 кВт/час х 9часов х 365дней/2 = 205 312,5 кВт.
Тогда экономия от внедрения АСДКиУ за холодный период года составит от 102 656,25 кВт до 273 750,0 кВт.
Таким образом, если сложить цифры, рассчитанные для холодного и теплого периодов, то минимальная экономия за год составит 148 281,25 кВт, а максимальная – 684 375 кВт.

Система вентиляции

Считаем, что при отсутствии АСДКиУ система вентиляции работает круглосуточно. В случае реализации системы автоматического управления вентиляторы будут потреблять энергию только в течение рабочего дня (10 часов). Экономия потребляемой мощности составит 58,33%. Суммарная мощность, потребляемая системой вентиляции в час, составляет 150,0 кВт. Экономия от выключения системы вентиляции в ночное время в течение 14-ти часов составит 2 100,0 кВт/день. Экономия от выключения системы вентиляции в выходные и праздничные дни составит 3 600,0 кВт/день.
Количество рабочих дней в году примем равным 240. Тогда экономия от автоматизации системы вентиляции за год составит: 2100,0 кВт/день х 240дней + 3 600,0 кВт/день х 125 дней = 954 000 кВт
Будем рассматривать эту цифру как максимально возможную. Считаем, что, в случае, когда в отсутствии АСДКиУ система вентиляции отключается в ручную, экономия при внедрении предлагаемой системы составит 20% от полученной цифры: 190 800,0 кВт/год. 

Система инфракрасных нагревателей

Мощность, потребляемая системой ИК-нагревателей, составляет 86,00 кВт/час. Следуя той же логике, что и для системы кондиционирования, получаем: минимальная экономия за год составит 102 262,00 кВт, а максимальная – 471 982,76 кВт.

7pic.jpg
Рис. Экран мониторинга системы дымоудаления

Индивидуальный тепловой пункт

Управление ИТП строится таким образом, что потребление теплоносителя от ЦТП зависит от температуры внутри и снаружи здания. Считаем, что в лучшем случае экономия составит 30 %, а в худшем – 10%.
Поскольку в летний период ИТП подогревает воду только для ГВС, потребление теплоносителя будет примерно на 80% меньше, чем в зимний период. 
8pic_table.jpg

Система электроснабжения

Возможность дистанционного управления освещением приведет к снижению потребления электроэнергии на 10–30%. 
Суммарная мощность, потребляемая светильниками рабочего освещения здания, составляет 50 кВт/час. Мощность декоративной подсветки здания приблизительно 30 кВт/час. 
Таким образом, общая мощность, потребляемая лампами, для которых предусмотрено дистанционное управление, составляет около 80-ти кВт/час.
 Примем, что в обычном здании свет горит в течение 10-ти часов в сутки. Тогда минимальная экономия составит 80 кВт/час x 10часов х 0,1 = 80 кВт/день, максимальная экономия: 80 кВт/час х 10часов х 0,3 = 240 кВт/сутки. В год (считаем что в  году 240 рабочих дней) экономия от автоматизации системы электроснабжения составит от 19 200 до 57 600 кВт.
Поскольку учет потребления тепло-энергоресурсов в здании осуществляется в любом случае, не будем рассматривать этот фактор как несущий экономические выгоды. 
При внедрении АСДКиУ произошло сокращение 2-х рабочих мест. Экономия от сокращения количества обслуживающего персонала при средней заработной плате 15 000 рублей в месяц составила, с учетом налогов 453,6 тысяч рублей в год. 
Для того чтобы количественно оценить фактор уменьшения рисков возникновения различных аварийных ситуаций обратимся к опыту страховых компаний, которые предоставляют для зданий, оборудованных АСДУ, скидку по страховым взносам до 30%. 
Количественные и ценовые показатели экономии ресурсов за год при внедрении системы АСДКиУ приведены в таблице.
Таким образом в наихудшем рассматриваемом нашем сценарии получаем экономию более 1,5 миллионов рублей в год за счет сокращения потребления энергоресурсов и сокращения штата сотрудников. Стоимость внедрения АСДКиУ на данном объекте составила ориентировочно: 5 500 000 рублей, при этом срок окупаемости этого проекта в наихудшем случае составит менее 3 лет! При этом при предотвращении серьезной аварийной ситуации система АСДКиУ может покрыть свои затраты за одно срабатывание. 
Исходя из вышеизложенного, нам хотелось отметить, что, реализуя систему диспетчерского контроля и управления инженерными системами здания на основе SCADA Trace Mode, эксплуатирующая организация получает полный контроль и управление подсистемами, посетители и работники здания – комфорт, а инвестор – экономию ресурсов и окупаемость системы.
В заключение стоит сказать, что разработанная сотрудниками ООО «ИнтеллектСтрой» технология и опыт построения АСДКиУ на основе SCADA Trace Mode, позволяет объединять практическилюбое оборудование на основе различных протоколов не прибегая к замене локальной автоматики. Это приводит к сокращению затрат при внедрении системы, а этот фактор становится главным при выборе инсталлятора в условиях экономического кризиса и экономии денежных ресурсов.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(21)_2009

Д.В. Калинин, начальник отдела АСУ, 
ООО «ИнтеллектСтрой», г. Пермь,
тел.: (342) 290-28-05,  
е-mail: kalinin@intellekstroy.ru