il76

Системы автоматизации и диспетчеризации “Высоток”

В XX в. «высотки» Москвы можно было пересчитать по пальцам:

  • 7 «сталинских»,
  • здания Нового Арбата,
  • Дом Туриста,
  • гостиница «Националь».

В наши дни небоскребы – уже почти повседневность:

  • в 2003 г. построены комплексы «Эдельвейс» (43 этажа, 176 м) и Алые Паруса» (48 этажей, 179 м),
  • в 2004 г. – «Воробьевы Горы» (49 этажей, 188 м) и «Триумф Палас» (59 этажей, 225 м, со шпилем – 264 м) – самое высокое жилое здание в Европе.



Похоже, это лишь начало: в рамках программы «Новое кольцо Москвы» намечено строительство 60 «высоток» (30-50 этажей) между Садовым и Третьим транспортным кольцом, а в Международном деловом центре «Москва-Сити» планируется возвести около 20 небоскребов (более 300 м), самым высоким из которых будет башня «Россия» (118 этажей, 612 м) по проекту английского архитектора Нормана Фостера.

Системы автоматизации комплексов «Алые Паруса», «Воробьевы Горы», «Триумф Палас» похожи по комплектности, используемым инженерным решениям, функциям. Различаются емкостью – больше или меньше систем. В большинстве случаев применяются комбинированные силовые шкафы, что позволяет повысить надежность и снизить себестоимость инсталляции и пусконаладки. Оборудование автоматики и программное обеспечение EBI (Enterprise Building Integrator) фирмы «Honeywell», интегрированных систем нет. Системы безопасности выделены в независимые потоки. Все решения были отработаны на первом объекте, проработаны, приняты, и в дальнейшем применялись и на других объектах.

  • Системы вентиляции и кондиционирования с точки зрения автоматизации относительно несложные. Все проблемы, вызванные большой протяженностью систем по вертикали, решаются главным образом посредством механических систем. Например, зонирование высотных зданий по вертикали приводит к разделению инженерного оборудования, что, в свою очередь, с точки зрения системы автоматизации, подразумевает несколько каскадов регулирования на разных отметках.
  • В жилых помещениях используются системы общеобменной вентиляции, систем центрального кондиционирования нет. Центральные СКВ используются в ряде помещений общественного назначения. В отдельных зонах, например в торговом центре, используется зональное регулирование.

Особенностью этих комплексов являются очень сложные тепловые пункты, к автоматизации которых предъявляются самые высокие требования.

Для автоматизации тепловых пунктов поставщики оборудования зачастую предлагают комплексные решения, например, насосную станцию, работающую в автономном режиме, которую нужно только смонтировать и подключить. Здесь от подобных решений ушли:

  • При проектировании определялась компоновка систем, рассчитывалось количество насосов, их мощность, и в дальнейшем реализовывалась достаточно сложная схема управления. Например, управление группой из четырех насосов осуществляется всего одним инвертором, соответственно, индивидуально разрабатывался проект электрического шкафа, его реализация на базе свободного программирования. В результате эти насосы могут работать в любом режиме, все четыре, каскадное управление, резервирование (два насоса рабочих, два резервных либо один рабочий и три в резерве, меняются каждую неделю) и т. д.
  • Используется один инвертор необходимой мощности в качестве разгонного – его посредством разгоняется насос, если мощности насоса недостаточно для поддержания давления, насос переводится на максимальную мощность, а тем же самым инвертором начинает разгоняться второй насос.

Такие функции реализованы и в вышеупомянутых комплексных решениях поставщиков оборудования, но там они реализованы на уровне контроллеров (фиксированная логика), и нельзя, например, ввести временные задержки, нельзя контролировать удаленно процесс работы, максимум – можно получить сигнал аварии.

  • В данном случае можно отслеживать (с учетом обвязки), например, загрязнение теплообменников, перепады давлений на грязевиках, напорное давление и т. д., т. е. все прогнозируемые варианты в принципе реализуемы. Для управления и контроля за работой технологического оборудования инженерных систем ЦТП комплекса «Триумф Палас» используется оборудование фирмы «Honeywell» в составе контроллеров XCL5010 с распределенными модулями входа/выхода, периферийных приборов и средств автоматики (датчики давления, температуры, электромеханические приводы, клапаны, реле перепада давления и т. д.).
  • Контроллеры Excel 500 размещаются в совмещенных шкафах автоматики, установленных в технических помещениях теплового пункта.
  • В совмещенных шкафах помимо контроллеров устанавливается пусковая аппаратура. Контроллеры Excel 500 соединяются между собой шиной передачи данных «С-bus». Периферийные приборы и средства автоматики устанавливаются на технологическом оборудовании инженерных систем в местах, удобных для монтажа, эксплуатации и обеспечения максимальной точности показаний.
  • Автоматизируется инженерное оборудование ЦТП (узел ввода теплоносителя, теплообменники и циркуляционные насосы), оборудование станции поддержания давления всех систем, насосы системы снеготаяния, насосы и клапана системы заполнения дренажных приямков и т. д. Контролируется давление в сети прямой и обратной воды, на теплообменниках, на фильтрах, во вторичных контурах, температура сетевой воды, во вторичных контурах, на теплообменниках, перепад давления на насосах, состояние двигателей насосов, состояние датчика перегрева двигателя и т. д.

Высоким зданиям – высокие технологии 

Высокий дом должен быть «умным»

  • Такое масштабное зодчество обязано стремительному развитию технологий, и не только строительных. Для нормальной эксплуатации высотных зданий нужно задействовать до 50 инженерных систем (тепло- и водоснабжения, вентиляции, пожаробезопасности и т.д.), большая часть которых подлежит автоматизации и управлению.

Эксперты рекомендуют выполнять единую систему автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования для всего здания. Лучше всего, если она строится по модульному принципу, т.е. поддерживает возможность подключения новых областей контроля. И, конечно, такая система должна обладать высокой надежностью, имея в основе децентрализованную локальную сеть.

  • Практика показывает, что интеллектуальные компоненты систем жизнеобеспечения (контроллеры и процессоры, блоки интеграции, комплекс управления и ПО) составляют до 15% общей стоимости всех систем. При этом они дают ежегодную экономию до 20%расходов на энерго- и водоснабжение здания и окупаются уже через 3-5 лет эксплуатации.

«Мозг» дома

Для взаимодействия отдельных подсистем инженерного оборудования и автоматизированного оперативного контроля и управления нужна диспетчерская структура.

В 1970-е гг. американские инженеры разработали стандарт и протокол передачи сигналов Building Management System (BMS). На его основе была создана первая централизованная система интеллектуального управления зданием. Позже были разработаны и другие стандарты и системы, образовавшие класс SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) или, в отечественной практике, АСУ ТП — (автоматизированные системы управления технологическими процессами) или АСУЗ -(автоматизация систем управления зданием), в современной интерпретации.

Принципиально в составе АСУ ТП (АСУЗ) можно выделить три функциональные части(наиболее характерно для высотных зданий):

  • периферийное оборудование – датчики (температуры, давления и пр.) и исполнительные механизмы (клапаны, приводы и т.д.);
  • контроллеры, или мини-компьютеры, в комплексных системах обычно имеющие модульную структуру;
  • терминалы управления – АРМ диспетчеров, оборудованные мониторами, куда поступают данные от оборудования и контроллеров одной или нескольких инженерных систем, и консолями, которые позволяют регулировать параметры этих систем.

При этом, если раньше шкафы автоматики и электрики(силовые) устанавливали отдельно, то сейчас их все чаще комбинируют. Это снижает число кабельных соединений и повышает общую надежность системы.

Точка сборки

До середины 1990-х гг. производители компонентов автоматизации применяли «закрытые» протоколы. Это обязывало заказчиков использовать оборудование однажды выбранного поставщика для автоматизации всех систем.

  • Но спектр инженерных систем настолько широк, что полный ассортимент инструментов автоматизации не может предложить ни одна фирма. Поэтому возникает задача обмена информацией между оборудованием различных марок. Решить ее можно с помощью протоколов унификации, наиболее распространенными среди которых сегодня являются LON и BАСnet.
  • Первый используется в бизнес-центре «Багратион» и штаб-квартире РЖД (МПС); второй – в здании компании «Лукойл» на Большой Ордынке и в новом Ледовом дворце в Казани; в штаб-квартире компании ТНК-BP на Старом Арбате задействованы оба, что планируется сделать и в башне «Федерация». Также системы автоматизации часто строят на основе протоколов ModBus, RS-485 и промышленный Ethernet.

Другой вариант – использовать промышленную шину (Foundation Fieldbus («FieldBus»)), аппаратно-программный посредник для цифровых устройств, умеющий преобразовывать разные протоколы. Признанным стандартом стала шина PROFIBUS. Разработанная компанией Siemens (Германия), она быстро распространилась в Европе, а теперь используется и в Китае. Для шины создано множество ведущих и ведомых устройств, и спектр ее применения очень широк – от производства до офисных и жилых зданий. Постепенно этот стандарт «обживается» и в России: PROFIBUS включена в системы автоматизации на ряде станций газопроводов «Уренгой-Петровск» и «Ямал-Европа». Также из промышленных шин можно назвать CAN, AS-Interface, и InterBus.

Автоматизация «сверху»

Один из самых показательных примеров интеллектуального высотного здания – башня «Запад» (242 м) в комплексе «Москва-Сити». В башне автоматизировано 45 инженерных систем, включающих порядка 7500 единиц оборудования, 1500 из которых объединены современной BMS-системой Metasys М5 компании Johnson Controls. Локальные контроллеры управления DX-912х поддерживают сеть LonWorks и подключаются к системе Metasys через шину N2E. Они имеют аналоговые и цифровые входы/выходы и обеспечивают обмен информацией между исполнительными устройствами и АРМ диспетчера.

  • Верхний уровень управления представляет рабочая станция диспетчера M5 Workstation. Это набор программ, работающих в среде Microsoft Windows, поэтому их можно установить на обычный ПК. Возможно как локальное подключение, так и удаленное (по выделенной линии или через модем) – в этом случае используется решение Metasys Web Access. Контроль и разграничение прав доступа к АРМ диспетчера обеспечивает подсистема M-Password. Приложения M5 Workstation имеют удобный интерфейс, гибкие настройки (включая программирование), разные виды отображения и анализа информации. В одной локальной сети может работать несколько АРМ диспетчера, каждое из которых контролирует одновременно до 25 подсетей управления.
  • Благодаря многоуровневой распределенной архитектуре комплекс управления Metasysобъединяет системы жизнеобеспечения здания в целостную отказоустойчивую инфраструктуру. Модульный принцип организации и широкие возможности масштабирования позволяют подключать к системе до 32 тысяч точек контроля. Для интеграции в систему управления устройств сторонних производителей используется модуль Metasys Integrator.

Автоматизация «снизу»

Современные производители оснащают инженерное оборудование элементами автоматики разного уровня – от датчиков до шкафов управления и терминалов.

Если взять для примера инженерные сети, можно выделить компанию GRUNDFOS, выпускающую широкий спектр насосов. Так, для мониторинга и контроля работы канализационных насосов была разработана система Modular Controls (сегодня шкафы управления на базе этой разработки выпускаются на российском заводе концерна в подмосковной Истре). Она включает различные компоненты и программы, которые можно комбинировать в соответствии с размером и уровнем сложности управляемого объекта.

  • Мозг» Modular Controls – устройство CU 401 с цифровыми и аналоговыми входами/выходами, контролирующее до 6 насосов. Программы управления насосами загружаются с помощью карт памяти CompactFlash, а GSM-модуль обеспечивает беспроводное удаленное управление через ПК или с мобильного телефона (SMS-сервис).
  • В качестве интерфейса между системой и оператором можно использовать ПК или присоединяемую панель OD 401. Она реализует логичное, интуитивно понятное управление, позволяя выполнять настройки параметров системы. Состояние системы отображается в графическом и текстовом виде (надписи и сообщения на русском или английском языках). Журнал аварий гарантирует быстрое и точное обнаружение неполадок, а кодовая защита – санкционированный доступ к системе управления.

Подобные системы для других видов сетей жизнеобеспечения и безопасности были использованы при возведении одного из самых крупных небоскребов «Москва-Сити» — «Северной Башни». Система пожаротушения этого здания состоит из спринклерных систем и пожарных кранов, где установлены различные комбинации насосов GRUNDFOS серий ТР и CR. Все эти агрегаты через шины PROFIBUS сведены в единую сеть и управляются из единой диспетчерской «Северной Башни». Таким образом обеспечивается безопасность всех уровней «высотки» — от многоуровневого подземного гаража и стилобата до 27 этажа центрального атриума.

  • Энергосберегающие технологии и встроенные системы автоматизации делают подобное оборудование привлекательным для использования в том числе и на различных бытовых и промышленных объектах. Оно работает в Большом театре и храме Христа Спасителя в Москве, в Мариинском театре и Эрмитаже в Санкт-Петербурге, а также в муниципальных зданиях и водоканалах многих городов России – от Нижнего Новгорода до Хабаровска.
  • Реализуя инновации в области строительства и архитектуры, проектировщики высотных зданий используют передовые технологии и в системах жизнеобеспечения. Учитывая, что доля этих систем составляет от 30 до 50% общей стоимости объекта, следует задуматься о критериях выбора уже на этапе проектирования. Установка надежного оборудования является хорошей инвестицией, которая обеспечит удобство и долговечность эксплуатации небоскреба.

По теме:

Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования