ВВЕДЕНИЕ
Развитие современной вычислительной техники, электроники и радиотехники позволяет создавать сложные системы, предназначенные для выполнения различных научных, производственных, технологических задач. Использование таких систем призвано улучшить качество, эффективность тех или иных производственных целей. Существует несколько научных направлений, в основе которых лежит объединение вычислительной техники и электроники с технологическими процессами, радиоаппаратурой. На основе этих направлений разработано огромное количество самых разных по функциям охранных, противопожарных систем. Если раньше объединение различных высоконаучных технологий и средств вычислительной техники использовалось в основном в решении различных научных проблем, таких как освоение космоса, изучение недр земли и многих других, то сейчас такие высоконаучные технологии используются и в повседневной жизни.
Особенностью проекта является его разработка на основе действующей системы теплоснабжения города Самары. В настоящее время предусмотрено техническое оснащение более 100 пунктов учета тепловой энергии, расположенных в Солнечном и Приволжском микрорайонах города. Аппаратно-программный комплекс предназначен для передачи и контроля измеряемых параметров с пунктов учета тепловой энергии, рассредоточенных по территории города Самары, на диспетчерский пункт. Применение аппаратно-программного комплекса позволит повысить эффективность работы системы теплоснабжения города, улучшит оперативность выполнения тех или иных восстановительных работ, так как комплекс будет следить за работой системы теплоснабжения круглосуточно. Рассматриваемая тепловая сеть находящаяся в Солнечном и Приволжском микрорайонах, состоит из следующих элементов:
– подающих трубопроводов;
– обратных трубопроводов;
– тепловых насосных станций.
Объектами системы являются тепловые насосные станции. Станции имеют две разновидности технологических схем. На станциях первого типа тепловые насосы стоят на обратных линиях. На станциях второго типа имеются теплообменники, а насосы установлены на подающих линиях. Однако разница в технологических схемах не имеет существенного значения для решения принципиальных вопросов по построению системы. Разница будет лишь в точках установки некоторых датчиков. Все основные решения одинаковы для тепловых насосных станций как первого, так и второго типа[1].
Количество тепловой энергии и масса (или объем) теплоносителя, полученные потребителем, определяются энергоснабжающей организацией на основании показаний приборов его узла учета за определенный Договором период по формуле:
Q = Qи + Qп + (Gп + Gгв + Gу)*(h2 - hхв)*10-3,
где Qи - тепловая энергия, израсходованная потребителем, по показаниям теплосчетчика;
Qп - тепловые потери на участке от границы балансовой принадлежности системы теплоснабжения потребителя до его узла учета. Эта величина указывается в Договоре и учитывается, если узел учета оборудован не на границе балансовой принадлежности;
Gп - масса сетевой воды, израсходованной потребителем на подпитку систем отопления, по показаниям водосчетчика (учитывается для систем, подключенных к тепловым сетям по независимой схеме);
Gгв - масса сетевой воды, израсходованной потребителем на водозабор, по показаниям водосчетчика (учитывается для открытых систем теплопотребления);
Gу - масса утечки сетевой воды в системах теплопотребления. Ее величина определяется как разность между массой сетевой воды G1 по показанию водосчетчика, установленного на подающем трубопроводе, и суммой масс сетевой воды (G2+ Gгв) по показаниям водосчетчиков, установленных соответственно на обратном трубопроводе и трубопроводе горячего водоснабжения, Gу = [G1 - (G2 + Gгв)];
h2 - энтальпия сетевой воды на выводе обратного трубопровода источника теплоты;
hхв - энтальпия холодной воды, используемой для подпитки систем теплоснабжения на источнике теплоты.
Величины h2и hхв определяются по соответствующим измеренным на узле учета источника теплоты средним за рассматриваемый период значениями температур и давлений[2].
В системах теплопотребления, где приборами учета определяется только масса (или объем) теплоносителя, при определении величины израсходованной тепловой энергии по выражению значение Qи находится по формуле:
Qи = G1*(h1 - h2)*10-3,
где G1 - масса сетевой воды в подающем трубопроводе, полученная потребителе и определенная по его приборам учета;
h1 - энтальпия сетевой воды на выводе подающего трубопровода источника теплоты;
h2 - энтальпия сетевой воды на выводе обратного трубопровода источника теплоты.
Величины h1, h2 определяются по соответствующим измеренным на узле учета источника теплоты средним за рассматриваемый период значениям температур и давлений.
Аппаратно-программный комплекс предназначен для контроля из диспетчерского пункта, который расположен на насосной станции “Солнечная”, за работой тепловых насосных станций Солнечного и Приволжского микрорайонов. Теплоснабжение города действует в условиях постоянно растущей нагрузки, обусловленной продолжающимся жилищным строительством. При этом необходимо решать следующие вопросы:
– повышение надежности теплоснабжения, то есть обеспечение бесперебойной подачи тепла потребителям;
– снижение эксплуатационных расходов.
Тепловая сеть характеризуется рассредоточенностью трубопроводов и тепловых насосных станций по территории города, большим числом параметров контроля, изменение одного из которых ведет за собой изменение ряда других. Многие события, происходящие в тепловой сети, возникают в случайные моменты времени и заранее не могут быть предсказаны (прорывы трубопроводов, поломки насосов, аварии в системе электроснабжения насосных).
При достаточно большом числе контролируемых пунктов, входящих в состав системы теплоснабжения, сложной структуре их рассредоточенности, значительно повышаются требования к оперативности действий системы управления.
Любая система характеризуется технической и информационной надежностью. Наиболее эффективным путем повышения достоверности принятой информации является использование собственных возможностей системы. Применяя в соответствии с внешними условиями тот или иной способ формирования сигналов, используя наиболее близкий к оптимальному методу их передачу можно обеспечить требуемую надежность передачи информации. В этой системе информация передается с помощью радиосигналов, так как в условиях города Самары и состояния телефонной городской сети это наиболее приемлемый и доступный в экономическом смысле способ.
Внедрение аппаратно-программного комплекса позволяет отказаться от постоянного обслуживающего персонала на тепловых насосных станциях. Дежурство обслуживающего персонала будет организовано в одном месте - диспетчерском пункте, что позволит снизить эксплуатационные расходы. Современное состояние микроэлектроники, вычислительной техники позволяет эффективно решать задачи повышения надежности и качества теплоснабжения крупных городов. Это вызвано тем, что комплекс в значительной мере превосходит человека в способности наблюдать и контролировать, в виду того, что количество и размещение датчиков может быть любым. Основным звеном системы является контроллер на пункте учета тепловой энергии, так как его аппаратное и программное обеспечение - это звено передачи информации. Он выполняет команды программы и организует передачу информации. Программное обеспечение делится на общее программное обеспечение, поставляемое со средствами вычислительной техники и специальное программное обеспечение, которое специально разработано для данной конкретной системы и включает программы, реализующие ее функции.
Конечным звеном аппаратно-программного комплекса должен являться компьютер (ПК), на котором обрабатывается и отображается вся получаемая от контролируемых пунктов информация. Персональный компьютер на диспетчерском пункте должен работать круглосуточно, под управлением специально разработанного программного обеспечения. Программное обеспечение обеспечивает связь с модемом-декодером, отображает на экране дисплея состояние всех пунктов учета тепловой энергии по очереди.
Программное обеспечение, математическое обеспечение должно быть универсальным, позволять подключение очередного пункта учета тепловой энергии к системе независимо от технологических особенностей ее работы, с различным числом и типом основного оборудования контролируемого пункта. Должна предусматриваться возможность работы с контролируемым пунктом в информационном режиме и в режиме реализации функций телесигнализации. Экранная картинка на мониторе персонального компьютера должна отображать информационно-управляющие особенности опрашиваемого в данный момент времени пункта учета тепловой энергии. Работа аппаратуры диспетчерского пункта и аппаратуры контролируемого пункта от резервного источника электропитания должна обеспечиваться в течение 14 часов.
Узел учета тепловой энергии оборудуется средствами измерения (теплосчетчиками, водосчетчиками, тепловычислителями, счетчиками пара, приборами, регистрирующими параметры теплоносителя, и др.), зарегистрированными в Государственном реестре средств измерений и имеющими сертификат Главгосэнергонадзора Российской Федерации.
Приборы учета - приборы, которые выполняют одну или несколько функций: измерение, накопление, хранение, отображение информации о количестве тепловой энергии, массе (или объеме), температуре, давлении теплоносителя и времени работы самих приборов.
Тепловой пункт (ТП) - комплекс устройств для присоединения систем теплопотребления к тепловой сети и распределения теплоносителя по видам теплового потребления.