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.

Интеллектуальные инженерные системы для «умного дома»

В статье рассматриваются основные возможности и преимущества программно-технического комплекса КОНТАР. В качестве примера предложен реализованный проект дома площадью около 2000 кв. м с придомовой территорией и двухэтажной сторожкой.

Московский Завод Тепловой Автоматики, г. Москва

mzta_logo.gif


Строительный бум последнего десятилетия способствовал активной разработке и созданию различных систем обеспечения комфорта, которые оказались наиболее востребованы в частном секторе – коттеджах и загородных домах, в той или иной степени оторванных от инженерной инфраструктуры (центрального отопления, водоснабжения, газа, электричества и связи). Необходимые системы жизнеобеспечения и комфорта, как правило, внедрялись ­стихийно, бессистемно, что приводило к многочисленным проблемам.

В то же время Московским заводом тепловой автоматики, крупнейшим отечественным производителем современных средств автоматизации, был разработан совершенно новый программно-технический комплекс для решения широкого круга задач по управлению инженерными системами и оборудованием. Работа проводилась в соответствии с техническим заданием американского партнера – компании Arecont. В основу системы были заложены передовые принципы интеллектуальных инженерных систем, что безусловно, потребовало от специалистов научно-технического центра МЗТА применения самых современных технологий и элементной базы. 

pic1.jpg

Рис. Объект автоматизации

Результатом этой работы стал инновационный для России и мира продукт – ПТК КОНТАР, основополагающие принципы которого защищены патентом. КОНТАР – это система автоматизации и диспетчеризации территориально и функционально распределенных объектов, которая используется для мониторинга и управления инженерным оборудованием зданий, тепловых пунктов, котельных, насосных станций, объектов жилищно-коммунального, городского хозяйства и т.п. ­КОНТАР – это комплекс, включающий программируемые логические контроллеры и набор программных средств (системы программирования, диспетчеризации и инструментарий наладчика) для их настройки, выполнения проектов автоматизации и диспетчеризации, а также для интеграции с системами автоматики и диспетчеризации сторонних производителей. Контроллеры комплекса являются свободно-программируемыми, что позволяет с легкостью решать многие задачи автоматизации, от мониторинга нескольких технологических парамет­ров до комплексной автоматизации зданий и групп сооружений.

Также это дает возможность заложить в них функциональные алгоритмы, максимально адаптированные к особенностям основного оборудования. Универсальность входов и выходов контроллеров обеспечивает взаимозаменяемость датчиков и исполнительных механизмов разных производителей как на стадии пусконаладочных работ, так и в процессе эксплуатации.

Для повышения надежности система построена по принципу «распределенного интеллекта», в соответствии с которым контроллеры располагаются в непосредственной близости от автоматизируемого оборудования. При этом сбои в работе отдельного контроллера не приводят к нарушению функционирования подсистем и системы в целом. Кроме того, принцип распределения позволяет минимизировать длину соединительных линий между датчиками, исполнительными механизмами и контроллерами. В целях согласованной работы все контроллеры в каждой подсистеме объединяются в сеть по цифровому интерфейсу. Связь с верхним уровнем (система диспетчеризации) осуществляется по протоколу TCP/IP (сети Ethernet, Internet). По этим же каналам происходит обмен информацией непосредственно между несколькими системами КОНТАР.

ПТК ориентирован на открытые технологии, что позволяет обеспечить взаимодействие контроллеров с технологическим оборудованием и другими системами по десяткам протоколов передачи данных (ModBus, DCON, BacNet, Lon и другим). На верхнем уровне система может взаимодействовать с системами третьих производителей по протоколу OPC (OLE for Process Control). Она является масштабируемой, т.е. при необходимости в процессе эксплуатации может быть расширена без ущерба для работы.

Программный инструментарий наладчика дает возможность осуществлять пусконаладочные работы, техническое обслуживание и контроль дистанционно, в том числе по защищенному протоколу через Интернет. Благодаря комплексному подходу к управлению инженерными системами обеспечивается не только их работоспособность, но и энергоэффективность, безопасность и комфорт.

Рассмотрим, каким образом реализуется комплексная система управления инженерными системами на примере конкретного дома.
Данный жилой дом переменной этажности общей площадью около 2000 кв. м состоит из двух корпусов высотой до пяти этажей и одного подземного этажа. Помимо жилых помещений в доме есть спортзал, бассейн и гараж. Комплексная система автоматизации и диспетчеризации «умного дома» также обслуживает придомовую территорию и двухэтажную сторожку.

Теплоснабжение дома обеспечивает котельная с двумя котлами мощностью 600 и 400 кВт. Котельная работает в автоматическом режиме и поддерживает заданную температуру ГВС, температуру в контуре коллектора, температуру подачи на системы вентиляции, напольного и радиаторного отопления в зависимости от температуры окружающей среды. Организованы каскадное включение ступеней котлов и самих котлов в зависимости от нагрузки, ротация для выравнивания износа оборудования, удаленный мониторинг состояния оборудования и возникновения нештатных ситуаций (рис. 1). При желании пользователь может поменять параметры температурных графиков дистанционно, с пульта или ПК с установленной на нем SCADA-системой КОНТАР АРМ.

pic2.jpg

Рис. 1. Пульт управления с установленной на нем SCADA-системой КОНТАР АРМ

Основные виды отопления в доме – радиаторное и напольное. Температурный режим устанавливается автоматикой котельной в зависимости от температуры воздуха на улице (рис. 2). В случае отказа оборудования пользователь получает соответствующее сообщение.
Основной задачей вентиляции (рис. 3) является поддержание воздухообмена, дополнительно обеспечивается соблюдение заданных температурно-влажностных параметров приточного воздуха. В зданиях установлены три приточно-вытяжные системы. Для повышения эффективности эксплуатации, безопасности и комфорта использованы следующие автоматизированные технологические решения:
- рециркуляция воздуха;
- нагрев, охлаждение, осушение, увлажнение воздуха;
- местное автоматизированное управление температурой, воздушные заслонки в помещениях;
- частотно-регулируемые приводы вентиляторов;
- контроль присутствия в обслуживаемых помещениях;
- защита теплообменников от обмерзания.

Информацию о работе оборудования в реальном масштабе времени пользователь получает на ПК или пульты.
Полив придомовой территории осуществляется из накопительных емкостей с системой подогрева воды через сеть трубопроводов с форсунками. Автоматика обеспечивает автоматическое наполнение и поддержание температуры в емкостях, поддержание давления в подающей линии, включение полива по расписанию. Контроль работы оборудования также доступен с пультов и ПК.

pic3.jpg

Рис. 2. Система организации отопления в доме

pic4.jpg

Рис. 3. Приточно-вытяжные системы для организации вентиляции

В зимний период автоматически приводятся в действие системы подогрева ливнестоков и наружных площадок, призванные предотвратить обледенение поверхности. Система обогрева ливнестоков, исходя из показаний датчиков температуры и влажности, автоматически включает электрообогрев. Система подогрева наружных площадок обеспечивает заданную температуру в зоне обогрева в зависимости от температуры окружающей среды. Система автоматизации бассейна «умного дома» поддерживает уровень и температуру воды, управляет озонированием и хлорированием воды. Контролировать ее работу также можно с ПК или пультов.

Система управления нагрузками предназначена для сглаживания пиковых значений потребления электрической энергии. В ходе постоянного контроля принимается решение о включении или отключении нагрузок низкого приоритета, тем самым ограничивается максимально возможное потребление. Система позволяет сэкономить электроэнергию, избежать аварийного отключения и превышения выделенной мощности.

Водоснабжение «умного дома» предусмотрено как из артезианской скважины, так и от местной водопроводной сети. Переключить источники можно либо с пульта, либо с ПК. Заданный напор на подающем трубопроводе обеспечивает повысительный насос.
Мониторинг потребления ресурсов позволяет отслеживать количество израсходованной воды и электрической энергии и использовать полученные данные для формирования квитанций по оплате жилищно-коммунальных услуг. 

pic5.jpg

Рис. Главное окно операторского интерфейса

Для работы сетевого оборудования в доме выделено отдельное помещение – серверная, для создания оптимальных условий в которой используется тепловой насос (рис. 4), в автоматическом режиме поддерживающий заданную температуру. Выделяемое тепло передается в накопительные емкости бассейна.

Во всем «умном доме» установлены извещатели охранно-пожарной сигнализации. Пожарная сигнализация активна всегда, охранная активизируется в отсутствие людей, охрана периметра – ночью. При выявлении нарушителя или признаков пожара включается сирена, автоматически происходит вызов милицейского наряда или пожарных. Состояние датчиков можно просмотреть с любого телевизора или ПК.

Освещением и шторами можно управлять либо с помощью настенных кнопок, либо с пультов и ПК. Помимо обычного включения-выключения применяются диммирование и световые сценарии. В любой момент можно проверить, какие источники включены, с помощью пультов или ПК.

pic6.jpg

Рис. 4. Тепловой насос для поддержания температурного режима серверной

Как уже было сказано выше, работой всего перечисленного оборудования можно управлять либо непосредственно на месте его размещения, либо дистанционно – с помощью беспроводных пультов, настенных панелей и ПК (рис. 5). Мониторинг состояния доступен с любого находящегося в здании телевизора. Обладая соответствующими правами доступа, возможно осуществлять контроль за состоянием дома из любой точки земного шара посредством сети Интернет.

pic7.jpg

Рис. 5. Беспроводной пульт дистанционного управления

Таким образом, дом будущего перестает быть мечтой. Все системы здания интегрируются в единый комплекс с централизованным локальным и удаленным управлением, что позволяет добиться повышенной их эффективности и безопасности. Не за горами тот день, когда все они станут обязательными атрибутами любого жилья. «Умный дом» не роскошь, а комфортная среда обитания. 

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(26)_2010

Н. Г. Махмутов,
Московский Завод Тепловой Автоматики, г. Москва,
тел.: (495) 720-5444, 
e-mail: info@mzta.ru