В статье рассмотрена возможность разработки прототипа диспетчерского управления с использованием SCADA-системы. С помощью SCADA возможна реализация системы управления индивидуальным тепловым пунктом жилых домов, административных и офисных зданий. Рассмотрена структурная схема системы диспетчерского управления, ее основные элементы.
Ключевые слова: SCADA-система, СУБД, диспетчерское управление, индивидуальный тепловой пункт, автоматическая система управления, диспетчеризация тепловых пунктов, Python, MySQL.
Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) предназначен для экономии тепла здания посредством регулирования параметров снабжения.
ИТП состоит из комплекса, располагающегося в отдельном помещении, как правило на цокольном этаже жилого, офисного или административного здания. ИТП являются сложными технологическими устройствами. Одними из основных элементов ИТП являются датчики. Датчики измеряют параметры ИТП. Они требуют постоянного наблюдения и контроля. Такую трудную рутинную задачу возможно реализовать с помощью привлечения обслуживающего персонала или путем автоматизации.
Привлечение обслуживавшего персонала имеет следующие отрицательные стороны:
‒ затраты на оплату труда;
‒ если персонал находится в другом помещении, то он не сможет оперативно предотвратить аварию. На это потребуется время, в течение которого аварийная ситуация может осложниться. Аварией может быть превышение давления, которое может привести к разрыву трубопровода, превышение температуры — к увеличению расходов на теплоносителе, авария насоса в зимнее время — к замерзанию трубопровода.
Все это может повлечь дополнительные затраты на устранение последствий аварийной ситуации.
Управление ИТП с помощью автоматизированной системы управления (АСУ ИТП) имеет следующие достоинства:
‒ обеспечить на индивидуальных тепловых пунктах безопасную работу оборудования;
‒ дает возможность оперативно выявлять аварийные и предаварийные ситуации, предотвращать их последствия за короткий промежуток времени;
‒ регулировать расход тепла, что влечет экономию затрат на оплату тепловой энергии.
Соответственно, уменьшаются затраты, на выплату заработной платы, и устранения тяжелых последствий аварийных ситуаций в результате длительного реагирования аварийного персонала.
Реализация АСУ ИТП возможна на основе SCADA-системы. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) — программный комплекс, предназначенный для сбора информации с различных физических датчиков ИТП в реальном времени, с целью обработки получаемых параметров и отображения данных на экране монитора, или мобильного устройства, а также записи их в базу данных [1].
Разработать SCADA возможно с помощью различных языков программирования. Наиболее подходящим из них является Python [2]. Python — это интерпретируемый, объектно — ориентированный высокоуровневый язык программирования с динамической семантикой. Он позволяет реализовывать сложные проекты, типа SCADA [7].
Получаемую информацию необходимо хранить для последующего анализа и обработки. Для этих целей подойдет система управления базой данных (СУБД). Реализовать ее возможно с помощью базы данных MySQL [4]. От подобных программных продуктов MySQL отличается тем, что она имеет высокую скорость работы, быстроту обработки данных и оптимальную надежность. Кроме того, база данных СУБД распространяется бесплатно и представляет собой программное обеспечение с открытым кодом.
Таким образом разработку SCADA-системы целесообразно реализовывать на языке программирования Python c использованием СУБД MySQL.
SCADA должна быть максимально адаптирована под задачи ИТП. Она должна учитывать все имеющиеся особенности конкретного ИТП.
Диспетчеризация тепловых пунктов с применением SCADA состоит из трех уровней.
Первый уровень состоит из датчиков, которые снимают параметры с узлов ИТП и преобразуют их в аналоговые или цифровые сигналы, и элементов системы управления ИТП. В их число входят (рис. 1):
‒ двухходовой регулирующий клапан с электрическим приводом — 2;
‒ датчики температуры теплоносителя — 3;
‒ датчик температуры наружного воздуха — 4;
‒ реле давления для защиты насосов от сухого хода — 5;
‒ блок управления циркуляционными насосами — 12;
‒ блок управления задвижками — 13.
Второй уровень ИТП состоит из программируемых логических контроллеров — 1, которые принимают сигналы от элементов первого уровня и передают их на третий уровень или самостоятельно управляют элементами первого уровня.
Третий уровень — это сама SCADA-система, состоящая из программы, написанной на Python и базы СУБД. Она получает сигнал от элементов первого уровня, обрабатывает их и передает команды на элементы управления первого уровня через программируемые логические контроллеры.
Рис. 1. Принципиальная схема модульного теплового пункта, подключенного по зависимой схеме: 1 — программируемый логический контроллер; 2 — двухходовой регулирующий клапан с электрическим приводом; 3 — датчики температуры теплоносителя; 4 — датчик температуры наружного воздуха; 5 — реле давления для защиты насосов от сухого хода; 6 — фильтры; 7 — задвижки; 8 — термометры; 9 — манометры; 10 — циркуляционные насосы системы отопления; 11 — обратный клапан; 12 — блок управления циркуляционными насосами; 13 — блок управления задвижками
Структурная схема ИТП, состоящая из трех уровней показана на рис.2.
Работает данная схема следующим образом: информация от датчиков в виде аналогового или цифрового сигнала поступает на вводные контакты программируемых логические контроллеров ОВЕН ПЛК 150. В зависимости сложности устройства ИТП и количества датчиков, их может быть один, два и более.
Далее информация по проводным или беспроводным, GSM, каналам связи поступает в диспетчерский пункт на сервер SCADA-системы.
Рис. 2. Структурная схема ИТП с управлением SCADA системой
В SCADA-системе вся информация проходит обработку, и поступает на хранение в базу данных на сервер и по обратным каналам связи в контроллер, для передачи команды на блоки управления циркуляционными насосами для регулирования параметров теплового пункта или блоки управления задвижками для предотвращения аварийных ситуаций [3,5].
Круглосуточный мониторинг и управление ИТП посредством SCADA-системы, позволяет вести постоянный контроль за тепловой энергией и учет параметров.
Таким образом, реализация диспетчерского управления ИТП с использованием SCADA-системы возможна на трех уровнях с применением датчиков, позволяющих передавать аналоговый или цифровой сигнал, программируемых логических контроллеров и самой SCADA-системы, реализованной на языке программирования Python и СУБД на MySQL [6].
Реализация данной системы возможна в многоквартирных жилых домах, офисных и административных зданиях.
Преимущества от внедрения данной системы заключаются в существенной экономии расхода тепла, посредством постоянного контроля за показаниями датчиков и управлением насосами и задвижками.
В случае возникновения аварийной ситуации, система автоматически перекроет подачу воды на входе в ИТП.
SCADA-система ведет постоянный учет показателей ИТП и хранит их в базе данных. Анализ этих данных в будущем позволит разрабатывать мероприятия для экономии тепловой энергии.
Литература:
- Андреев Е. Б., Куцевич Н. А., Синенко О. В. SCADA-системы. Взгляд изнутри; РТСофт, 2004. — 176 c.
- Грэй, П. Логика, алгебра и базы данных / П. Грэй. — М.: Машиностроение, 2013. — 368 c.
- Россум Г., Дрейк Ф. Л. Дж., Откидач Д. С. и др. Язык программирования Python, 2014. — 886 c.
- Нанда Oracle PL/SQL для администраторов баз данных / Нанда, др. А. и. — М.: Символ, 2015. — 496 c.
- Хансен Базы данных: разработка и управление / Хансен, Хансен Генри;, Джеймс. — М.: Бином, 2014. — 704 c.
- Яргер, Р.Дж. MySQL и mSQL: Базы данных для небольших предприятий и Интернета / Р.Дж. Яргер, Дж. Риз, Т. Кинг. — М.: СПб: Символ-Плюс, 2014. — 560 c.
- Beazley D. Python essential reference, 2014. — 976 c.
