В статье автор рассматривает основные принципы построения модели автоматизированной системы управления жизнеобеспечением в жилых зданиях. Будут обозначены несомненные достоинства и недостатки в работе данной системы. Особое внимание обратим на проблему обеспечения безопасности жизнедеятельности и защите от возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) в помещениях жилого сектора .
Ключевые слова: автоматизированная система управления, локальные устройства связи, контроллер, датчик, безопасность.
В настоящее время объектом пристального внимания и интереса значительного круга людей, является построение и применение автоматизированной системы управления (АСУ) жизнеобеспечения жилых объектов и объектов промышленного и социально-культурного назначения. В современном обществе из года в год все больше повышаются требования к обеспечению комфорта и безопасности жизнедеятельности, что, в свою очередь, неуклонно приводит к модернизации и совершенствованию средств управления жизнеобеспечением зданий. Выбор правильного технического решения АСУ оборудованием зданий имеет принципиально решающее значение. Преимущество на данный момент отдается созданию и внедрению многоуровневых систем управления, в которых на первое место выходит обеспечение согласованных и бесперебойных взаимодействий между отдельными системами и структурами управления, являющимися составными частями этой системы. В различных зонах жилого сектора устанавливаются датчики и исполнительные механизмы, которые либо непосредственно подключаются к контроллеру системного уровня, либо через шину взаимодействуют с контроллером эксплуатационного уровня, который, в свою очередь, через сеть Интернет подключается к Центральному компьютеру, обеспечивающему общее управление системой: обработку, хранение и передачу показаний на пункт диспетчера (рис.1).
Рис. 1. Схема АСКУЭ ЖКХ
Таким образом, осуществляется контроль за параметрами электро- водо- и газоснабжения, отопления, охранных и противопожарных систем. Контроллеры, осуществляющие регулирование и мониторинг вышеперечисленных параметров и управляемые компьютерами могут быть как встраиваемые в оборудование, так и представлять автономные модули. При построении модели АСУ следует учитывать основные требования, предъявляемые к таким системам, а именно: снижение затрат на эксплуатацию и обслуживание, единый и интуитивно понятный пользовательский интерфейс, мобильное и скоростное управление (в любое время и из любого места), наличие центров технической поддержки и обеспечение комфорта и безопасности. Применение комплексной системы управления, когда информация от всех инженерных систем здания, объединенных локальной сетью с однотипным пользовательским интерфейсом, поступает на одно или несколько диспетчерских мест, способствует быстрому реагированию в случае возникновения различных ЧС, а также повышает эффективность обслуживания данных инженерных систем. Обеспечение устойчивой и надежной связью все составляющие системы, является одним из основных условий создания системной интеграции. Для осуществления этой задачи вырабатываются стандарты взаимодействия, включающие описание базовых функций по обслуживанию различных систем (вентиляции, отопления, кондиционирования, безопасности, освещения и других вспомогательных систем.), использование сервисных устройств и сетей связи с соответствующими маршрутами, шлюзами и т. д.
В современном мире сложно представить построение модели АСУ оборудованием зданий без использования web-технологий, которые могут быть встроены практически в любое устройство. Для малых устройств, решающих простые прикладные задачи, чья функциональность сводится к несложному управлению оборудованием достаточно встроенных web-технологий, а для наиболее сложных систем с централизованными функциями необходим централизованный сервер приложений. Причем такие встроенные системы и централизованные серверы взаимно выгодно дополняют друг друга. Для достижения такой устойчивой связи между подсистемами и централизованным сервером приложений АСУ необходима дополнительная функциональность, а именно архив данных (отслеживание и обработка аварийных сигналов, планирование и анализ тенденций сложных ситуаций и т. д.).
Анализируя структурные и функциональные принципы построения АСУ, можно увидеть, что наиболее распространенной является распределенная система автоматизации управления, на базе сетей, удаленных контроллеров и локальных устройств связи с объектом (УСО). Структурно она разделяется на два уровня функционирования системы автоматизации. На первом уровне контроллеры собирают сигналы от датчиков, обрабатывают их и передают по сети. Локальные устройства связи с объектом, работающие на шине контроллера, обеспечивают управление объектом в реальном времени. Второй уровень — пульт диспетчера представлен рабочей станцией или компьютером. На этом уровне происходит реализация следующих функций: формирование сетевых запросов к контроллерам; получение оперативной информации от контроллеров; создание отчетов, их публикация в сети Интернет и печать; ведение архивов. (рис2)
Рис. 2. Распределенная система АСУ на базе промышленных сетей, удаленных контроллеров и локальных УСО
Другая, не менее широко используемая система — распределенная система АСУ на базе сети с выделенным управляющим контроллером и распределенными устройствами связи с объектами. В данной системе контроллер выполняет функцию управления и работает в режиме реального времени. Для осуществления работы системы применяются три типа устройств: один ведущий контроллер; рабочая станция верхнего уровня и распределенные по зданию устройства ввода — вывода. Применение таких систем экономически выгодно, так как снижает затраты и исключает вероятность ошибок при монтаже оборудования (рис.3).
Рис. 3. Распределенная система АСУ на базе промышленной сети с выделенным управляющим контроллером и распределенными УСО
При построении новой модели АСУ или при модернизации уже существующей встает вопрос о рациональном выборе датчиков и устройств. В последнее время широкое применение получили так называемые «интеллектуальные датчики», т. е. датчики, оснащенные микропроцессорами. В основном такие датчики состоят из двух модулей: модуля электроники (преобразователя) и модуля сенсора, взаимосвязанных дуг с другом. Преобразователь состоит из программируемого микропроцессора с модулями оперативной и постоянной памяти, сетевого контроллера связи с типовыми полевыми сетями, аналого-цифрового преобразователя. Сенсор оснащен чувствительным элементом.
В настоящее время широкое распространение получили мультисенсорные (многопараметрические) датчики. В таких датчиках к одному преобразователю подключаются несколько сенсоров, отслеживающих одну или несколько величин. Кроме функции восприятия заданной величины и преобразования сигнала такие датчики выполняют еще ряд других функций, расширяющих область их применения и возможности. К функции преобразования измерительной информации добавляется функция коррекции выходного сигнала, по показаниям данного состояния измеряемой среды. Функция самодиагностики предполагает в процессе работы датчика выполнение им так же и анализа своей работы, чтобы своевременно и оперативно можно было обнаружить сбои и ошибки в работе устройства. К функции конфигурирования относится возможность пользователем дистанционно формировать и модифицировать основные настроечные параметры датчика. Функция форматирования осуществляет автоматический анализ текущего состояния среды измерения и происходящих изменений измеряемой величины.
В последнее время на интеллектуальные датчики возлагают дополнительные, добавочные функции, непосредственно связанные с управлением — управляющие функции. Для этого в память микропроцессора датчика прошиваются типовые программные модули, соответствующие выбранной задаче и при помощи графического конфигуратора проводится их параметризация и инициализация дистанционно. Существует три стандарта полевых сетей, которые поддерживают современные интеллектуальные датчики, это: сеть с HART-протоколом, сеть Foundation и сеть Profibus.
Сеть с HART-протоколом является стандартной сетью и используется для связи контроллера с интеллектуальными датчиками, которая может осуществляться по одному из двух вариантов. В первом варианте (стандартный вариант) связь контроллера с каждым прибором осуществляется по отдельной паре проводов, пропускающих как аналоговый, так и цифровой сигналы. При втором варианте (многоточечный вариант) соединение контроллера с рядом приборов происходит по одной паре проводов, проводящих только один цифровой сигнал. Каждое сообщение, исходящее от прибора, содержит два типа информации: текущие данные и статус прибора (оперативное состояние прибора).
Необходимость своевременного, оперативного мониторинга и выявления аварийных и чрезвычайных ситуаций в жилых зданиях способствовало усилению контроля за инженерными системами, обеспечивающими бесперебойное и безопасное функционирование различных устройств и оборудования. Особое внимание уделяется получению оперативной информации от датчиков системы охраны и противопожарной системы, автоматизированное оповещение соответствующих служб и специалистов, а также жильцов здания в случае возникновения ЧС. Применение автоматизированной системы жизнеобеспечения и предотвращения аварийных ситуаций позволяет не только дистанционно прекращать подачу ресурсов (воды, газа, электричества), но и включать средства пожаротушения в автономном режиме.
Теперь следует рассмотреть возможные достоинства и недостатки, плюсы и минусы построения и внедрения такой модели автоматизированной системы управления жизнеобеспечением жилых зданий.
Несомненными достоинствами являются:
– экономия энергоресурсов, осуществляемая за счет совершенствования путей их учета и контроля за их использованием.
– сокращение затрат на эксплуатацию оборудования, оптимизация расходов на ремонт, за счет предупреждения и недопущения различных чрезвычайных ситуаций.
– повышение сервисного обслуживания путем прогнозирования и планирования условий использования устройств и приборов.
– повышение безопасности жизнедеятельности за счет понижения вероятностей аварий и отказов системы.
– эффективное использование трудовых ресурсов (создание системы централизованного диспетчерского контроля и управления).
К недостаткам мы можем отнести:
– уникальные, собственные требования производителей к своему оборудованию, что требует дополнительных согласований (создание стандартных коммуникационных протоколов) при построении системы взаимодействия приборов и устройств от нескольких производителей.
– построение систем автоматизации, с применением большого количества управляющих устройств, может привести к нарушению времени цикла опроса и росту отображения не корректных данных.
– применение каждой дополнительной точки ввода-вывода в систему требует определенных затрат, как в прямом смысле (стоимость современных SCADA-пакетов прямо пропорционально возрастает от количества контролируемых устройств), так и в переносном- (большое количество передаваемых переменных занимает ресурсы рабочей станции и увеличивает нагрузку на сети).
Таким образом, автор рассмотрел и проанализировал модели и структурные схемы построения автоматизированной системы управления жизнеобеспечения жилых зданий, провели анализ интеллектуальных датчиков, обозначили их функциональные особенности. Особое внимание было уделено базовым цифровым сетям, обеспечивающим связь приборов и устройств, как между собой, так и с операторами диспетчерских пунктов, определили основные технические особенности практического применения данных сетей. Делая акцент на обеспечение безопасности жизнедеятельности, в контексте данной статьи, хотелось бы особо подчеркнуть возрастающие требования к охранной и противопожарной системе, а также к мониторингу и своевременному предотвращению чрезвычайных ситуаций. Также, в статье были рассмотрены достоинства и недостатки построения и применения такой модели автоматизированной системы управления жизнеобеспечения жилых зданий, выявлены явные плюсы и минусы эксплуатации и обслуживания приборов и устройств, входящих в автоматизированную систему управления жизнеобеспечения.
Литература:
- Резник В. Г. Автоматизация проектирования систем и средств управления. Практические занятия и теория функционального моделирования. Учебно-методическое пособие. — Томск, ТУСУР, 2016.
- Беляков Г. И., Пожарная безопасность: учеб. пособие для вузов — М.: Издательство Юрайт, 2017.
- Верба В. С., Михеев В. А. Системный анализ методов проектирования многофункциональной информационной системы. М.: 2007.
