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.

Применение оборудования Mitsubishi Electric для автоматизации инженерных систем зданий

В статье рассматриваются возможные варианты применения контроллеров семейства FX-производства компании Mitsubishi Electric. В качестве примера описаны возможные варианты автоматизации котельной или теп­лового пункта, системы вентиляции.

Mitsubishi Electric Europe B.V., г. Москва

mitsubishi_electric_web.gif


Современные требования к промышленным и офисным зданиям подразумевают широкое внедрение автоматики для управления инженерными системами здания: приточной и вытяжной вентиляцией, отоплением и горячим водоснабжением, водоподготовкой и водоотведением, а также автоматическим дымоудалением и пожаротушением. В настоящее время данные системы все чаще объединяются в единую систему автоматического диспетчерского управления (АСДУ) зданием. При этом на первый план выходит возможность объединить контроллеры каждой из подсистем в единую систему, имеющую единый операторский интерфейс и позволяющую обеспечить логику взаимосвязи подсистем, которая очень важна при нештатных и аварийных ситуациях. Именно поэтому при выборе аппаратных средств для создания АСДУ здания выбор, как правило, делается в пользу классических промышленных ПЛК, а не специализированных компонентов для независимого управления каждой из подсистем. Для задач комплексной автоматизации инженерных систем зданий компания Mitsubishi Electric предлагает семейство контроллеров FX, отлично зарекомендовавших себя в этой отрасли.

Современные модели контроллеров семейства FX (FX3G и FX3U) обладают высоким быстродействием, отличными коммуникационными возможностями, а также высокой гибкостью конфигурирования и программирования при относительно невысокой цене. ПЛК FX могут быть расширены до 256 локальных каналов ввода/вывода, из которых до 64 каналов могут быть аналоговыми, в т.ч. и каналами измерения температуры. Они поддерживают обмен данными по таким промышленным сетям, как Modbus RTU, Profibus, DeviceNet, CC-Link, а также Ethernet с протоколом TCP/IP. Кроме того, несколько ПЛК FX могут объединяться в сеть RS-485, при этом обеспечивается прозрачность данных каждого из ПЛК, участвующих в сети. Таким образом, интерфейс Modbus RTU может быть использован для связи с оконечными устройствами (например, теплосчетчиками, расходомерами или преобразователями частоты приводов насосов или вентиляторов), помехозащищенная шина CC-Link может использоваться для объединения в сеть до 32 контроллеров, управляющих различными подсистемами, а интерфейс Ethernet может быть использован для связи контроллеров с АРМ-оператора. 

Рассмотрим примеры применения ПЛК FX на примере систем управления такими инженерными системами здания, как системы отопления и вентиляции.

pic1.jpg
Рис. Пример автоматизации теплового пункта на базе оборудования Mitsubishi Electric


Автоматизация котельной или теплового пункта

Система управления котельной или тепловым пунктом должна обеспечивать точное регулирование температуры теплоносителя в контурах системы отопления по отопительному графику (зависимость температуры теплоносителя от погодных условий), обеспечивать автоматический запуск и останов котлов, реализовывать функции противо­аварийной защиты. Дополнительно может быть задействован алгоритм автонастройки уставки температуры теплоносителя по обратной связи от датчиков температуры в помещениях, а также за счет введения ряда интеллектуальных алгоритмов в контур вычисления целевой температуры, учитывающих тепловую инерционность здания. По сравнению с готовыми специализированными решениями, система управления на базе общепромышленных контроллеров FX обладает более низкой стоимостью а также обеспечивает большую гибкость и легкую наращиваемость системы управления.

Благодаря возможности информационного обмена между системами отопления, вентиляции и кондиционирования достигается более высокое качество поддержания температуры внутри отапливаемых помещений, а также дополнительная экономия энергоносителей и электроэнергии.


Автоматизация системы вентиляции  

Современные системы вентиляции имеют механическое побуждение приточной и вытяжной части и оснащаются фильтрами для очистки воздуха, а также канальными теплообменниками для нагрева или охлаждения воздуха. В подобных системах контроллер FX получает данные о значениях актуальной температуры подаваемого в обслуживаемое помещение воздуха от канальных датчиков температуры, о загрязненности фильтров от датчиков перепада давления и позволяет, варьируя величину открытия клапанов тепло- и холодоносителя теплообменников, регулировать температуру и, управляя нагнетающими вентиляторами при помощи преобразователей частоты, подключенными по сети Modbus RTU, объем подаваемого в помещения воздуха. Для экономии энергоносителей и электроэнергии предусматривается несколько режимов работы вентиляционных установок – дневной, ночной, режим выходного дня и т.д. Кроме того, на ПЛК FX можно возложить и такие дополнительные функции, как защиту от замерзания теплоносителя в калорифере приточной установки.

pic2.jpg
Рис. Пример автоматизации системы вентиляции на базе оборудования Mitsubishi Electric

Организация информационного обмена между системой автоматики теплового пункта и системой вентиляции позволяет организовать дополнительные функции энергосбережения такие как функция поднятия или снижения производительности контура, работающего на систему вентиляции в тепловом пункте в зависимости от режима работы вентиляционных установок.

По аналогичному принципу строятся также системы управления ХВС и ГВС здания, система управления энергоснабжением, и т.д. Все перечисленные системы связываются между собой и с АРМ-диспетчера здания.


Организация АРМ-диспетчера

Традиционно АРМ диспетчера реализуется на базе компьютера с использованием SCADA-систем. Для решения задачи централизованного диспетчерского управления компания Mitsubishi Electric предлагает программный пакет MX4. Данный пакет в полной мере позволяет реализовать функции диспетчеризации, благодаря таким функциям, как отображение состояния и управление объектами инженерных систем здания, построение трендов, накопление архивов аварийных событий или данных тренда, отображение аварий в системе, передача информации о событиях в системе по факсу, e-mail или SMS и многое другое. Передача данных между АРМ-оператора и контроллерами FX инженерных систем реализуется по шинам CC?Link, Ethernet или Modbus.

В качестве примера можно привести систему диспетчеризации и автоматизированного управления приточно-вытяжными системами на Тверском автоматизированном сортировочном центре Почты России. В данном проекте использовались высокопроизводительные контроллеры Mitsubishi Electric серии FX3U. Связь между контроллерами была выполнена по сети Modbus RTU, при этом АРМ-оператора на SCADA-системе был подключен к ведущему контроллеру сети Modbus через сеть Ethernet.

Система диспетчеризации должна была обеспечивать:
- централизованное управление и мониторинг параметров работы инженерных систем; 
- оперативное отслеживание основных и вспомогательных параметров работы;
- своевременное оповещение об аварийных и нештатных ситуациях с регистрацией событий; 
- ведение архива аварий и времени наработки оборудования;
- формирование отчетов аварий.

Система автоматизации должна была предоставлять возможность:
- ручного и автоматического управления приточно-вытяжными системами;
- необходимых взаимных блокировок;
- блокирования работы отдельных систем по сигналам датчиков (обмерзание, засорение фильтров, отключение вентиляции по сигналу «Пожар» и т.д.).

Объектом автоматизации являлись 14 приточно-вытяжных систем с водяными калориферами и 10 систем дымоудаления. Объектом диспетчеризации был большой объем разнообразного по функциональному назначению инженерного оборудования, обеспечивающего комфортные и безопасные условия эксплуатации зданием.
Приточный вентилятор-14 
Вытяжной вентилятор-14
Водяные калориферы (включая датчики и насосы циркуляции)-14 компл.
Вентилятор дымоудаления-10
Клапаны дымоудаления-12
Насосы различного назначения-13
Газовая котельная 1,8 МВт
Чиллер с гидромодулем-2 компл.
ГРЩ-1

Внедренная система построена по трехуровневой иерархической структуре, включающей:
- верхний уровень – SCADA-система. Количество точек ввода/вывода 512;
- нижний уровень – ПЛК Mitsubishi Electric серии FX3U, модули дискретного и аналогового ввода сигналов, коммуникационные модули; 
- полевой уровень – аналоговые и дискретные датчики, исполнительные устройства.

Связь между контроллерами выполнена на базе сети RS-485, протокол связи Modbus. 
Связь между мастер-контролле­ром и PC выполнена на базе сети Ethernet, протокол связи TCP/IP. 


 Эффект от внедрения системы

 Экономия потребляемых энергоресурсов, необходимых для энергообеспечения объекта.
 Экономия эксплуатационных затрат, связанных с:
- содержанием технического персонала по обслуживанию инженерных систем; 
- своевременным обслуживанием инженерных систем;
- предупреждением аварийных ситуаций, которые могут привести к большим восстановительным затратам.

Система позволила добиться более высокого уровня надежности и безопасности работы инженерных систем на объекте, что в общем повлияло на повышение оперативности работы предприятия в целом. Работы по проекту были выполнены ООО «Форум-Тверь» (г. Тверь) – авторизованным системным интегратором компании Mitsubishi Electric.


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

Mitsubishi Electric Europe B.V., г. Москва,
тел.: +7 (495) 721-2070,
e-mail: automation@mer.mee.com