ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫМ ТЕПЛОВЫМ ПУНКТОМ

Полезная модель относится к средствам управления индивидуальными тепловыми пунктами и может быть использована в системах тепло- и водоснабжения промышленных и жилых зданий.
В большинстве существующих систем управления индивидуальными тепловыми пунктами (ИТП) применяется один специализированный или свободно-программируемый интеллектуальный микропроцессорный контроллер и большое количество неинтеллектуальных или выполняющих элементарную обработку модулей ввода/вывода. При этом на центральный контроллер возлагается реализация всех функций прямого цифрового управления (автоматическое регулирование, логическое управление, защиты, блокировки) и обработки информации, а также организации связи с верхним уровнем управления и другими автоматизированными системами. Известно устройство управления тепловым пунктом, описанное в одноименном патенте РФ №66795 по кл. F24D 19/10, з. 20.01.2006, oп. 27.09. 2007.
Известное устройство включает управляющее устройство, связанное через пульт управления с блоком коммутации, через модем - с диспетчерским пунктом и через блок соединителей - с датчиками измеряемых параметров и исполнительными элементами, а также блок питания, связанный с блоком защиты от короткого замыкания и с блоком защиты от перегрузки, и снабженное портами ввода-вывода информации. При этом управляющее устройство включает в себя блок управления, состоящий из модуля настройки, модуля ручного управления, модуля функционального регулирования, модуля памяти, и модуля оценки параметров, подключенных к модулю управления, входы и выходы которого связаны с блоком обработки сигналов, другие входы и выходы которого и являются портами ввода-вывода.
Недостатком известного устройства является то, что его эксплуатационные возможности ограничены, т.к. оно осуществляет централизованное управление всеми функциональными узлами индивидуального теплового пункта, позволяя регулировать только режимы управления (настройка, ручное управление, автоматическое управление, запоминание, оценка параметров), а не отдельными функциональными узлами.
Так, известна система автоматического управления БИТП, представленная на сайте Ижевского радиозавода «Автоматизированная система управления блочным индивидуальным тепловым пунктом - АСУ БИТП» (см. сайт //www.irz.ru/products/10/28htm и Приложение к заявке) и выбранная в качестве прототипа.
Известная система содержит автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера, сервер, а также радиомодем, через который АРМ связан с блоком управления блочного индивидуального теплового пункта (АСУ БИТП), комплект запорной аппаратуры, модуль теплоучета, насосную группу, и технологическое оборудование индивидуального теплового пункта.
В известной системе для управления БИТП используется единый управляющий модуль и в случае его отказа все функциональные узлы ИТП остаются без управления, поскольку отсутствуют специализированные модули в составе АСУ для управления различными типами исполнительных устройств. Функциональный объем управления, динамические характеристики, реализуемые алгоритмы оказываются взаимосвязанными. Для повышения надежности работы в известном варианте может быть применено только полное резервирование контроллера (управляющего модуля).
Кроме того, эксплуатационные возможности такой системы ограничены, т.к. ее невозможно интегрировать с системами индивидуального поквартирного учета энергоресурсов. Если понадобится дополнить ИТП новыми функциональными узлами, то потребуется или установка дополнительной контроллерной стойки, или реализация дополнительных задач и/или каналов ввода/вывода в контроллерах других функциональных групп. Последнее непременно приводит к нарушению функционально-группового принципа, а значит к ухудшению динамических характеристик соответствующих алгоритмов, к неудобству организации связи с верхним уровнем, к усложнению обслуживания и т.д. В известном варианте введение в ИТП дополнительных функциональных узлов потребует существенного увеличения состава аппаратуры и серьезной коррекции программно-алгоритмической части проекта.
Задачей является повышение надежности системы управления ИТП при расширении ее эксплуатационных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в программно-технический комплекс для управления индивидуальным тепловым пунктом, включающий в себя автоматизированное рабочее место диспетчера, связанное с центральным управляющим модулем, содержащий клапаны комплект запорной аппаратуры, модуль теплоучета, насосную группу, и технологическое оборудование индивидуального теплового пункта, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, введены модуль управления регулирующим клапаном, модуль управления соленоидным клапаном, модуль управления запорным клапаном и модуль управления насосной группой, при этом входы всех указанных модулей, а также модуля теплоучета соединены с выходами технологического оборудования ИТП, входы которого соединены соответственно с выходами модуля управления регулирующим клапаном, модуля управления соленоидным клапаном, модуля управления запорным клапаном и модуля управления насосной группой.
Введение в систему управления ИТП отдельных модулей управления основными функциональными узлами обеспечивает разделение циклической (для непрерывных процессов) и ациклической (для дискретных процессов) обработки информации в связи с использованием для каждого типа обработки своего модуля или группы модулей, а также дает возможность разделить процесс обработки сигналов и формирования управляющих воздействий на независимые группы, располагаемые в каждом функциональном модуле, что позволяет вести разработку, наладку, функциональное расширение программно-алгоритмического обеспечения данного модуля, никак не влияя на динамические и иные характеристики других модулей. Обеспечивается большая выживаемость системы. Так, выход из строя любого функционального модуля приводит к отказу только очень малой группы функций. Эта неисправность не представляет серьезной опасности, так на время замены модуля требуется порядка 30 минут, в отличие от централизованного управления, при котором отказ контроллера приводит фактически к потере полного контроля и автоматического управления ИТП. В рассматриваемой архитектуре может использоваться принцип выборочного резервирования, позволяющий резервировать реализацию только наиболее ответственных функций, в первую очередь, защиты, что также повышает надежность системы.
При этом эксплуатационные возможности заявляемой системы являются более широкими, поскольку предлагаемая структура является масштабируемой. При увеличении количества точек ввода-вывода в состав ИТП может быть добавлен один или несколько функциональных модулей без изменения ранее реализованной части системы. В функциональных модулях управления исполнительными органами (задвижками, двигателями, регулирующими и соленоидными клапанами и пр.) стандартно объем входов-выходов и алгоритмического обеспечения ориентирован на необходимую для достижения высокого уровня автоматизации глубокую диагностику состояния и качества функционирования этих органов. Поэтому возможное при разработке и наладке увеличение количества точек ввода-вывода для исполнительных органов, задействованных в защитах, блокировках и пошаговых программах, по сравнению с минимальным объемом, предложенным в технических требованиях (обратная связь только по сигналам двух концевых выключателей), может быть проведено без какого-либо расширения аппаратного объема и базового программно-алгоритмического обеспечения. В стандартном варианте это потребует существенного увеличения состава аппаратуры и серьезной коррекции программно-алгоритмической части проекта.
Технический результат - повышение надежности работы системы управления ИТП и расширение ее эксплуатационных возможностей.
Заявляемая система управления ИТП обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как введение модуля управления регулирующим клапаном, модуля управления соленоидным клапаном, модуля управления запорным клапаном и модуля управления насосной группой ИТП, соединение входов всех указанных модулей с выходами технологического оборудования ИТП, соединение входа центрального процессорного модуля соответственно с выходами модуля управления регулирующим клапаном, модуля управления соленоидным клапаном, модуля управления запорным клапаном и модуля управления насосной группой, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемая система управления может найти широкое применение в системах тепло- и водоснабжения в промышленном и жилищном строительстве, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена функциональная схема заявляемой системы управления.
Заявляемая система управления содержит АРМ 1 диспетчера, связанный с ним центральный процессорный модуль 2, связанный одновременно с модулем 3 управления регулирующим клапаном, модулем 4 управления соленоидным клапаном, модулем 5 управления запорным клапаном, модулем 6 теплоучета и модулем 7 управления насосной группой ИТП. При этом входы всех указанных модулей 3-7 соединены с выходами технологического оборудования 8 ИТП, входы которого соединены соответственно с выходами модуля 3 управления регулирующим клапаном, модуля 4 управления соленоидным клапаном, модуля 5 управления запорным клапаном и модуля 7 управления насосной группой.
Специализированные интеллектуальные модули 3-7 автономно решают задачи нижнего уровня управления, а именно:
- Управление регулирующим клапаном;
- Управления насосной группой;
- Расчет тепловой энергии, потребляемый ИТП;
- Управление соленоидным клапаном;
- Управление запорным клапаном;
- Управления приемо-передачей со смежными системами по цифровым каналам данных.
Стратегическое управление объектом (ИТП) возлагается на центральный процессорный модуль 2. Локальное управление возлагается на модули 3-7 управления. Также на центральный процессорный модуль 2 возлагаются функции начального конфигурирования и настройки ПТК и взаимодействия с оператором.
Модули 3-7 управления и центральный процессорный модуль 2 объединены в единое информационное пространство посредством стандартизированных цифровых интерфейсов. В зависимости от начальной конфигурации системы модули 3-7 локального управления могут выдавать сигналы управления друг другу, минуя центральный процессорный модуль 2.
Заявляемая система управления имеет трехуровневую архитектуру. На самом верхнем уровне расположено автоматическое рабочее место 1 оператора, которое по цифровой шине 9 Ethernet взаимодействует с центральными процессорами 2 индивидуальных тепловых пунктов. Управление ИТП выполняется с центрального процессора 2, взаимодействующего по контроллерной цифровой сети 10 с локальными функциональными модулями управления 3-7. Такая архитектура системы управления является перспективной, более устойчивой к сбоям в отдельных узлах ИТП. При выходе из строя даже центрального процессора 2 функциональные модули 3-7 будут выполнять локальное управление.
В сравнении с прототипом заявляемая система управления ИТП является более надежной и имеет более широкие эксплуатационные возможности.