Главная > Статьи > Онлайн-мониторинг: новые песни о старом

Онлайн-мониторинг: новые песни о старом

Арсен Ексаев,
генеральный директор ООО ИВЦ «Поток»
(г. Москва)

Дмитрий Старцев,
директор ООО «ТОЭС» (г. Пермь)

Олег Гусев,
директор по развитию AURORA Mobile Technologies (г. Санкт-Петербург)

 

Интернет вещей (IoT), промышленный интернет, цифровая энергетика, цифровая экономика, «умный» город и многие другие «модные словечки» и понятия бурно ворвались в нашу жизнь вместе с качественным скачком в IT-сфере, обусловленным развитием беспроводных технологий связи и «облачными» сервисами. Сейчас уже трудно удивить кого-то приватным «диалогом» колонки с холодильником, в результате которого рождается сепаратная сделка последнего с вашим мобильным телефоном, самостоятельно оформляющим заказ на доставку продуктов. Вся наша жизнь оставляет следы в «облачных» хранилищах вездесущего интернета – от личных фотографий до маршрутов перемещений и гастрономических пристрастий. Постепенно мы привыкли к этому.

Новые возможности, предоставляемые технологиями быстрой беспроводной передачи информации и обработки больших массивов потоковых данных, проникают не только в частную жизнь, но и в сферу промышленного производства, управления производственными процессами и предоставлением услуг. В частности, все «новые» понятия, перечисленные в первых строках этой статьи, есть ни что иное, как реинкарнация доброй старой «АСУ ТП», обогащенной новыми возможностями «большого интернета».

Разумеется, мы не могли пройти мимо такого счастья, не попробовав его на зуб, вкус и цвет. Забегая вперед, скажем, что «дегустация» прошла отменно, и в результате мы можем предложить рынку проработанный и апробированный продукт, сочетающий в себе традиционные возможности ЭМПН (электронная модель производственного назначения) с онлайн-мониторингом и онлайн-моделированием централизованных систем ресурсоснабжения. Итак.

Действующие лица и исполнители
Оператор ЭМПН и координатор проекта:
ИВЦ «Поток» (г. Москва) – разработчик платформенного ПО под торговыми марками CityCom и CityCom(Cloud), центр компетенций в сфере промышленной информатизации ресурсоснабжающих организаций ЖКХ и энергетики с более чем 25-летним успешным опытом практических внедрений производственных информационных систем на предприятиях, эксплуатирующих инженерные коммуникации (www.citycom.ru).

Оператор приборного учета и агрегатор данных: ООО «ТОЭС» (г. Пермь) – сервисная компания, осуществляющая полный комплекс услуг по энергосбережению и теплоэнергетическому инжинирингу сис­тем теплоснабжения, от разработки электронных моделей, расчетов и оптимизации режимов до проектирования и монтажа «под ключ» автоматизированных центральных и индивидуальных тепловых пунктов.
Разработчик и поставщик оборудования связи: AURORA Mobile Technologies (ООО «АврораМобайл», г. Санкт-Петербург) – центр компетенций индустриального интернета, поставщик компонентов и готового оборудования для беспроводной передачи данных и навигации, проектировщик и производитель устройств с беспроводным каналом связи и спутниковой навигации (www.auroramobile.ru).
Конечный бенефициар проекта: ООО «Голо­вановская энергетическая компания» (пос. Голованово, Пермский край) – теплоснабжающая организация, пользователь ЭМПН.
Место действия: интернет.

Ты помнишь, как все начиналось?
Началось все с того, что ООО «ТОЭС», будучи разработчиком ЭМПН системы теплоснабжения пос. Голованово на средствах «CityCom-ТеплоГраф», столкнулась с проблемой «несходимости» теплового баланса на объекте и практической невозможностью определения фактических тепловых потерь и мест локализации избыточных потерь тепла через изоляцию на участках трубопроводов. Расчет теплопотерь по существующему положению есть, адекватен и всех устраивает, но баланс не сходится: при том, что 90% потребителей тепла оснащены приборами учета, количество фактически отпущенной тепловой энергии превышает сумму совокупного теплопотребления по данным приборного учета и нормативных тепловых потерь, пересчитанных на фактические температуры наружного воздуха и теплоносителя.

Кроме того, дело осложняется тем, что централизованный источник тепла, местная ТЭЦ, преследуя собственные производственные цели, не выдерживает утвержденного температурного графика, постоянно меняя температуру и давление теплоносителя на выходном коллекторе. Для получения и контроля устойчивого гидравлического режима в сетях теплоснабжающей компании нужно как минимум иметь инструмент для текущего мониторинга и журналирования параметров режима в контрольных точках сетей.

Для разрешения проблемы специалисты ТОЭС поставили перед собой задачу: определить контрольные точки расстановки датчиков температуры и давления (а впоследствии и расхода), установить сами датчики, получить с их помощью мгновенные «температурные» и «манометрические» карты для возможности сравнения их с расчетными значениями температур с учетом нормативных теплопотерь и расчетными давлениями, и таким образом определить наиболее вероятные места локализации избыточных тепловых и гидравлических потерь. Причем сделать это все с привлечением минимального количества материальных и человеческих ресурсов.

Решение витало в воздухе: беспроводные датчики, частное или публичное «облако» потоковых данных, интеграция данных в имеющуюся модель на средствах «CityCom-ТеплоГраф».

Все было впервые и вновь…
Поставленная задача оказалась настолько типовой в масштабах отрасли, что по итогам ее детального обсуждения разработчики пришли к выводу о необходимости ее системного и универсального решения. Впоследствии отлаженное и проверенное решение можно было бы реализовать на любом другом объекте, причем не только в части температур, но и в части гидравлических параметров режима – расходов и давлений. Тогда решение с успехом применялось бы не только для тепловых сетей, но и в системах водоснабжения, где задачи онлайн-мониторинга и онлайн-моделирования не менее (если не более) актуальны.

В качестве цифровых измерителей (рис. 1) использовались датчики температуры и давления с автономным питанием, оснащенные LoRaWAN-модемами, разработанные и установленные компанией AURORA Mobile Technologies (AMT). Сбор данных с датчиков производится базовой станцией сети LoRaWAN оператора LarTech, ретранслирующей полученные цифровые сигналы значений измеряемых параметров по протоколу TCP/IP в публичный облачный сервис LarTech. Инфраструктура сети LoRaWAN также развернута и предоставлена AMT.

Радиус охвата одной базовой станции в условиях городской застройки составляет примерно 5 км, при подземной или подвальной установке датчиков – около 1,5 км.

Агрегатором данных выступает облачный сервис компании ТОЭС, который в асинхронном режиме «забирает» потоковые данные из «облака» LarTech, преобразуя их в специально разработанный специфицированный табличный формат CityCom. Такая архитектурная особенность обусловлена существованием довольно большого разнообразия протоколов потоковых данных нижнего уровня, в связи с чем необходимо иметь отдельный сервис оператора данных, который может, принимая данные из разнообразных источников, агрегировать их и преобразовывать в единый согласованный формат для дальнейшей передачи в CityCom.

В «облаке» CityCom(Cloud) в качестве общесистемной службы запущена специальная программа (рис. 2), которая с заданной периодичностью посредством SQL-запросов вычитывает упорядоченные данные для датчиков, описанных в любой из «живущих» в CityCom(Cloud) электронной модели системы ресурсоснабжения, и поставляет их по назначению в соответствующую модель, усредняя по часам и суткам. В базе данных электронной модели показания приборов архивируются для дальнейшей обработки во временных разрезах, с возможностью получения произвольных (в том числе корреляционных) отчетов, статистической обработки и использования в гидравлических и тепловых расчетах. Текущие показания датчиков наряду с расчетными параметрами режимов выводятся как на схеме системы ресурсоснабжения, так и в детализированных схемах узлов (камер, тепловых пунктов, насосных станций, источников и др.)
Таким образом, по сути дела, выстроена технология сквозного взаимодействия трех разнородных «облачных» сервисов, позволяющих решить проблему информатизации на качественно новом уровне, без использования дорогостоящей IT-инфраструктуры и наименее затратным образом.

С учетом наличия у AURORA Mobile Technologies линейки конверторов протоколов нижнего уровня 4-20мА, RS232, RS485, MBUS в протокол LoRaWAN, разработанное и примененное архитектурное решение оказывается довольно универсальным и охватывает большую номенклатуру оконечных измерительных приборов. Дальнейшее масштабирование предполагается за счет разработки универсальных шлюзов для интеграции с наиболее распространенными системами учета потребления энергоресурсов (как, например, «ЛЭРС-Учет»).

Вот – новый поворот!
Что он нам несет?
Средства табличной и графической аналитики CityCom позволяют не только наблюдать текущие карты режимных параметров, но и сопоставлять фактические данные, полученные с датчиков и приборов учета, с расчетными значениями этих же величин, а также осуществлять ретроспективный анализ параметров режима с контролем их допустимости. А при наличии диспетчерских журналов переключений еще и дополнительно анализировать действия персонала, приведшие к тем или иным режимным последствиям.

Онлайн-мониторинг режимов средствами электронной модели, конечно же, не заменяет (и не может заменить) полноценный «верхний уровень» SCADA, однако в случае наличия таковой хорошо дополняет ее расчетной аналитикой (рис. 3). При отсутствии SCADA в силу ее функциональной или ресурсной избыточности он дает недорогой и вполне приличный паллиативный инструмент для наглядной визуализации текущего режимного состояния сетей в сравнении с тем, «что должно быть».

К слову, анализ в CityCom журнала измерений в качестве «побочного эффекта» дает возможность определить и выделить на схеме неисправные или нестабильно работающие датчики. В частности, в ходе реализации описываемого проекта только в результате такого анализа был выявлен бракованный датчик, который выдавал «скачущие» показания с недопустимо большой погрешностью (рис. 4). Шансы определить подобный брак «на глаз» по табличной форме измерений близки к нулю.

Все, кто имел дело с калибровкой расчетных моделей по данным натурных измерений, знают, насколько это сложный и трудоемкий процесс. Главная его сложность заключается в чрезвычайной трудозатратности получения мгновенных (или условно-мгновенных) манометрических съемок при одинаковых условиях, особенно для протяженных сетей. Между тем от того, насколько точно произведена калибровка, зависит, насколько точно модель будет решать свою главную производственную задачу, а именно – отвечать на вопросы «что будет, если…?».

С реализацией описанного выше инструментария мы получаем настоящий прорыв в деле облегчения процесса калибровки модели, вплоть до его автоматизации. Ведь при наличии в базе данных модели архива онлайн-измерений полная карта манометрической съемки на любой день и час может быть получена парой кликов «мыши»!

Разумеется, становится в принципе решаемой и та задача, с которой началась эта замечательная история – «математический» поиск утечек и несанкционированных отборов, а это едва ли не самая «больная» тема любого эксплуатирующего предприятия. При этом само наличие электронной модели производственного назначения позволяет инженеру даже средней квалификации, проанализировав ее, определить те контрольные точки в сетях, где необходимо расставить те или иные датчики для получения исчерпывающего материального и теплового балансов.

Это только самые первые, лежащие, что называется, на поверхности, эффекты от вновь разработанной и реализованной технологии. Мы этот путь только начали. Нет никаких сомнений, что в процессе дальнейшей эксплуатации даже описанного пилотного проекта будут открыты и проработаны множество новых, возможно, совершенно неожиданных синергетических эффектов.