il76 (Авиапром‑инженер)

Системы автоматизации и диспетчеризации «Высоток»

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

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

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"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 и диспетчеризации "Высоток"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.

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"

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.

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"

  • 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 

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"

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

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"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.

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"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»

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"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 Metasys объединяет 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.

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"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.

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"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.

Системы автоматизации и диспетчеризации "Высоток"

  • 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