В этой статье:
- Введение
- 4 уровня автоматизации
- Комплектные шкафы: есть нюансы
- Modbus и BACnet: что и для чего лучше подойдет
- Бюджетная архитектура под управлением «умного» контроллера
- Реальные кейсы: цифры и расчеты
Введение
«Сколько стоит?» и «На чём сэкономить?» – наверное, два самых частых вопроса вопросы, которые задает себе заказчик, всерьез задумываясь об автоматизации здания. Мы в компании «Систэм Электрик» (Systeme Electric) понимаем, бюджет есть бюджет. Но за годы работы с десятками объектов от черноморского побережья до Уральских гор нам совершенно очевидно: то, что дешево на старте, почти всегда дорого в эксплуатации. При этом не совсем корректно утверждать, что самые дорогие и продвинутые решения – самые лучшие. Всегда есть более доступная альтернатива. Об этом и пойдет речь в нашей сегодняшней статье.
4 уровня автоматизации
За много лет мы вывели для себя четыре уровня автоматизации. Они взяты не из учебника, а основаны на реальном опыте автоматизации и управления инженерными системами различных зданий.
Первый уровень. Автономные неавтоматизированные системы.
Проще говоря, полностью «ручной режим». Никакой автоматики, одно «железо». Все системы проверяются обслуживающим персоналом визуально во время обходов. Сегодня такие системы практически нигде не встречаются, но кое-где еще остались. Например, на складах сезонного хранения.
Второй уровень. Автономные автоматизированные системы.
Тут уже на каждую вентиляционную установку или тепловой пункт устанавливается программируемый контроллер. Устройство поддерживает температуру, управляет клапаном. При этом диспетчеризации нет. Хотите узнать, всё ли в порядке? Идите и смотрите сами. Хорошо, что стабильно работает. Плохо – о поломке вы узнаете, только когда в помещении станет невыносимо.
Третий уровень. Диспетчеризированные автоматизированные системы.
Все контроллеры подключены к единому диспетчерскому пункту, оператор видит всю картину целиком. Но чаще всего такие системы строятся на из комплектных шкафов на компонентной базе от различных производителей. Они работают по стандартным алгоритмам, разработанным так, чтобы подходить для среднестатистического здания. У таких решений нет возможности подстроиться под особенности конкретного объекта, а также ограниченные возможности по масштабированию.
Четвёртый уровень. Интегрированная система управления зданием (BMS).
Тут уже все подсистемы (вентиляция, отопление, тепловые пункты, освещение) заведены в единую сеть. Они общаются напрямую, через протокол BACnet, без постоянного участия верхнего программного обеспечения. Это позволяет зданию адаптироваться под изменения, менять режимы работы, экономить энергию, сообщать о проблемах до того, как они перерастут в аварию.
Каждый следующий уровень дает больше возможностей, но и требует более значительных вложений. И здесь возникает резонный вопрос поиска компромисса между разумной экономией средств и ограниченным функционалом.
Комплектные шкафы: есть нюансы
У комплектных шкафов, безусловно, есть свои плюсы: низкая цена, быстрый монтаж (поставил и забыл), не нужен высококвалифицированный проектировщик. Они применимы в проектах типовых зданий без специальных эксплуатационных требований.
Но есть один нюанс, который на этапе проектирования часто упускают из виду: здание – это живой организм, который после окончания строительства только начинает свою жизнь. Вот пример из медицины: предположим, в здании смонтированы приточные установки, укомплектованные типовыми шкафами управления с фиксированной логикой. Система исправно работает: в отопительный период подаётся тёплый воздух, в летние месяцы нагрев отключён. Спустя два года объект частично перепрофилируется – в нём открывается инфекционное отделение с пациентами. Санитарные нормы требуют поддерживать температуру не ниже 27°C круглый год. В этом случае комплектная автоматика не предусматривает гибкой перенастройки алгоритмов – её можно только заменить целиком, а бюджет подобной модернизации исчисляется десятками миллионов рублей.
Именно такая коллизия возникла в одном из проектов. К счастью, на объекте изначально были применены проектные контроллеры BMS с открытой архитектурой. Инженерам не пришлось демонтировать оборудование: они оперативно скорректировали управляющие программы, добавив контур летнего нагрева, – и система заработала в требуемом режиме. Заказчик избежал масштабной реконструкции, сохранив время и значительные средства. Это и есть реальная цена эксплуатационной гибкости.
Ещё один неочевидный минус комплектных решений – ограниченные возможности диагностики. Их, как «черный ящик» проще отключить, чем разобраться в чем причина неисправности.
Modbus и BACnet: что и для чего лучше подойдет
Протокол Modbus эффективен лишь в локальных системах с ограниченным числом устройств. Его архитектура построена на принудительном опросе: SCADA-система (верхний уровень) вынуждена циклически «допрашивать» каждый программируемый контроллер. Представьте себе руководителя, который каждые пять минут обегает подчинённых с вопросом «Всё в порядке?». Для трех сотрудников это ещё терпимо, но если их тысяча, менеджмент непременно встанет на грань коллапса. Ещё более остро проблема встает при необходимости прямого обмена данными между устройствами.
Например, аппаратные возможности контроллера SystemePLC S172 позволяют поддерживать лишь шесть одновременных соединений. Два из них уже «зарезервированы» под SCADA и сервисное программирование. Остаются четыре – то есть напрямую взаимодействовать могут только четыре устройства. Все остальные вынуждены передавать данные через SCADA, которая неизбежно становится узким бутылочным горлышком.
Протокол BACnet решает задачу принципиально иначе. Контроллеры работают по модели «публикации данных»: каждый узел просто объявляет свои параметры в сеть, а любой заинтересованный абонент забирает их без необходимости поддерживать постоянное соединение или стоять в очереди. Такой подход предотвращает коллапс даже на масштабных объектах, где счёт идёт на тысячи точек сбора информации. Именно поэтому компания Systeme Electric делает ставку на BACnet в своих контроллерах SystemeHD как на единственно возможную архитектуру для современных распределённых систем.
Бюджетная архитектура под управлением «умного» контроллера
Что делать, если на объекте уже развёрнута недорогая периферия или типовые шкафы, а средств на их тотальную замену нет, но «умное» управление требуется здесь и сейчас?
Над существующим полевым уровнем устанавливается один или несколько высокопроизводительных контроллеров (назовём их «головными»). Они подключаются к устройствам по открытому протоколу Modbus, собирают данные и добавляют недостающий функционал (сценарии по времени, логику работы в зависимости от уличной температуры и т.д.). Головные контроллеры общаются между собой уже по BACnet, а SCADA-система лишь наблюдает. Таким образом, вычислительная нагрузка на нее минимальна.
Показательный пример – один из реализованных проектов на юге России. Там единственный «головной» контроллер «вытянул» два десятка подчинённых устройств и обработку 1700 сигналов. Такое решение обошлось значительно дешевле, чем оснащать каждую подсистему собственным «интеллектом», но здание в итоге получило полноценную диспетчеризацию и нормативное управление.
Реальные кейсы: цифры и расчеты
В ходе подготовки материала один из отраслевых экспертов поделился историей из командировки в Екатеринбург. Местный интегратор подсчитал эффект от внедрения автоматизации на одном из своих объектов: система окупилась за три года только за счёт снижения энергопотребления. Детали действительно впечатляют.
Типовой бизнес-центр с 50 приточными установками мощностью 8 кВт каждая. При круглосуточной работе затраты на электроэнергию достигают почти 15 млн руб. в год, на тепло за сезон ещё 18 млн. Итого 33 млн.
Без автоматики и диспетчеризации эти средства уходят «в трубу». Если добавить локальные контроллеры с частотным регулированием, то экономия может составить около 5%. А при подключении диспетчеризации – уже порядка 30% (примерно 18 млн вместо 31 млн). А полноценная BMS с согласованными алгоритмами может дать до 47% экономии – 12 млн в год вместо 31.
Как достигается такой эффект? Во многом благодаря борьбе с одновременным нагревом и охлаждением. Весной или осенью утром прохладно, днём теплеет. Если системы работают несогласованно, вентиляция гонит нагретый воздух, а фанкойлы его охлаждают. Фактически эксплуатант платит за энергию дважды: сначала за нагрев, потом за охлаждение. Контроллер BMS сначала снижает уставку нагрева, и только если всё равно жарко – включает охлаждение. Такая, казалось бы, мелочь в масштабах целого здания также может сэкономить миллионы рублей.
Еще один реальный пример – тепловой пункт. Когда вентиляционные установки останавливаются на ночь, они «сообщают» об этом тепловому пункту, который в свою очередь снижает температуру теплоносителя в контуре вентиляции всего на один градус. На безопасности не сказывается, а экономия при этом существенная. За полчаса до утреннего запуска вентустановки «предупреждают» тепловой пункт о необходимости нагревания воды. И вентиляция стартует уже с готовым теплоносителем.
Как надежный и ответственный поставщик комплексных решений для автоматизации инженерных систем зданий, Systeme Electric готова предложить своим клиентам широкий спектр качественных продуктов, начиная от полевых устройств и заканчивая программным обеспечением, что несет для заказчика ряд ключевых преимуществ, начиная от срока ввода в эксплуатацию и заканчивая простотой обслуживания и сервисной поддержкой данного оборудования. Немаловажно и то, что компания старается подбирать для своих клиентам архитектуру, исходя из их финансовых возможностей и конкретных технологических задач.
