ПРЕСС-ЦЕНТР

Автоматизированная система климат-контроля Успенской звонницы музея-заповедника "Московский Кремль"

МКА 6/2004

И.В. Сергеев главный инженер ФГУ ГИК МЗ "Московский Кремль", В.Н. Иванов менеджер проектов компании "РТСофт" (Москва)

Важнейшим требованием к системам автоматизации историко-культурных объектов является простота управления и высокая надёжность, причём в их работе недопустимы даже мелкие аварии из-за возможных серьёзных последствий для памятников архитектуры и искусства мирового значения. Поэтому при выборе подрядной организации, а также программно-аппаратных средств, используемых на всех уровнях автоматизации, наивысший приоритет имеет выполнение указанных требований. Все необходимые факторы были учтены специалистами компании "РТСофт" при разработке автоматизированной системы климат-контроля Успенской звонницы Государственного историко-культурного музея-заповедника "Московский Кремль".

Программно-технический комплекс (ПТК) "Звонница" создан на базе открытых аппаратных и программных интерфейсов, что обеспечивает возможность его интеграции с другими системами мониторинга и управления, а также дальнейшего расширения системы в целях подключения очередных объектов.

Общее описание системы

В середине 2003 года компания "РТСофт" выиграла открытый конкурс на проведение комплекса работ по реконструкции инженерного оборудования в Успенской Звоннице, церкви Ризположения, колокольни Ивана Великого Государственного историко-культурного музея-заповедника (ГИК МЗ) "Московский Кремль".

После этого был заключён и реализован контракт на разработку и внедрение автоматизированной системы сбора и обработки данных для диспетчерского контроля и управления кондиционером Успенской Звонницы, системой отопления церкви Ризположения, колокольни Ивана Великого и мастерской реставрационных работ.

Выставочный зал Успенской Звонницы обслуживается центральным прямоточным кондиционером фирмы WOLF (Германия). Кондиционер состоит из первого контура подогрева, контура увлажнения, контура охлаждения, приточного вентилятора, второго контура подогрева, вытяжного вентилятора, приточной и вытяжной заслонок. Теплоноситель и хладоноситель кондиционера внешние. В зимний (холодный) период кондиционер работает круглосуточно, в тёплый с 7 до 18 часов. Отопление помещений Успенской Звонницы, церкви Ризположения, колокольни Ивана Великого и офиса осуществляется от внешней теплосети.

Одним из основных требований технического задания на автоматизированную систему являлось обеспечение жёсткого поддержания температурно-влажностного режима в указанных помещениях. В частности, параметры воздуха в помещении Выставочного зала должны находиться в пределах, указанных в табл. 1.

Для реализации системы с такими показателями необходимо было провести сложный комплекс работ по модернизации системы кондиционирования и вытяжных систем Звонницы, а также заменить старый тепловой пункт.

Таблица 1

Сантехническая часть заключалась в разработке проекта обвязки кондиционера, включая расчётную часть, выбор и поставку необходимого оборудования, его монтаж, настройку и пуск в эксплуатацию.

Предметом разработки системы автоматики было создание ПТК, выбор и установка датчиков и исполнительных механизмов, поставка комплектующих, изготовление шкафов управления, программирование контроллеров и экранных форм, отладка и пуск системы в эксплуатацию.


Рис. 1. Общий вид Московского Кремля

Состав и функции автоматизированной системы

Автоматизированная система климат-контроля представляет собой комплекс программно-аппаратных средств, основное назначение которого состоит в управлении функционированием центрального кондиционера, обслуживающего Выставочный зал, и системы отопления помещений Успенской Звонницы.

В состав системы автоматизации входят две функциональные подсистемы:

  • управления кондиционером Выставочного зала Успенской звонницы;
  • управления системой отопления Успенской звонницы, церкви Ризположения, колокольни Ивана Великого, офисного помещения.

Система управления кондиционером обеспечивает:

  • режимы работы "зима", "лето";
  • точное поддержание заданной температуры в помещениях методом каскадного регулирования;
  • поддержание влажности в помещениях в заданных пределах;
  • контроль угрозы замораживания калорифера;
  • управление вентиляторами и насосами, контроль их работы.

Система управления отоплением обеспечивает поддержание температуры обратной воды выше заданной границы.

Структура системы

Система автоматики включает автоматизированное рабочее место (АРМ), который находится в диспетчерской (здание Благовещенского собора), коммуникационный канал на базе оптоволоконного кабеля, контроллерный шкаф с локальным пультом управления (Magelis, Schneider Electric), силовой шкаф управления технологическим оборудованием (см. рис. 2).


Рис. 2. Структурная схема ПТК

АРМ представляет собой персональный компьютер (ПК) с работающим на нём приложением, созданным на базе SCADA-системы Citect. Компьютер связан с контроллерным шкафом по локальной сети Ethernet.

Программное обеспечение АРМ обеспечивает:

  • представление на экране монитора мнемосхем двух функциональных подсистем;
  • мониторинг состояния исполнительных механизмов и параметров системы управления относительной влажностью и температурой в помещениях;
  • визуальную (на экране) предупредительную и аварийную сигнализацию;
  • вывод на экран и просмотр текущих параметров в виде графиков, а также просмотр архивных трендов;
  • обработку аварий и ошибок;
  • просмотр протоколов действий оператора;
  • контроль прав доступа к сервисным функциям системы.

В качестве средства многоконтурного управления кондиционером используется программируемый логический контроллер (ПЛК) Premium TSXP57203M компании Schneider Electric, который соединён с АРМ оптоволоконной линией связи Ethernet, и обмен данными происходит по протоколу TCP/IP. ПЛК получает сведения с аналоговых и дискретных модулей производства Schneider Electric.

Базовое программное обеспечение

В качестве базового программного обеспечения верхнего уровня выбрана SCADA-система Citect, нижнего инструментальная среда PL7PRO компании Schneider Electric.

Выбор SCADA-системы Citect обусловлен такими характеристиками системной архитектуры, как:

  • модульность и масштабируемость;
  • возможность наращивания системы без изменения конфигурации;
  • распределённая система клиент-сервер;
  • встроенное многозадачное ядро реального времени;
  • централизованная обработка алармов, трендов и отчётов;
  • автоматическое обновление конфигурации по сети;
  • одновременный доступ из всех узлов отображения;
  • резервирование для распределенных систем управления;
  • минимальные сроки внедрения, что имеет большое значение для проекта с жёсткими временными рамками.

Состав и функции автоматизированной системы

Автоматизированное рабочее место (АРМ)

АРМ диспетчера это ПК с цветным монитором, лазерным принтером (для вывода на печать отчётов, трендов, аварийных сообщений и изображений на экране). Этот компьютер может использоваться для администрирования системы и внесения изменений в конфигурацию. В качестве операционной среды выбрана платформа Windows, все операторские функции реализуются программным пакетом Citect.

Базовое программное обеспечение:

  • операционная система MS Windows 2000 (SP 3);
  • OFS Server фирмы Schneider Electric;
  • SCADA-система Citect 5.41 (SP B) фирмы Citect;
  • PL7 Pro v.4.3. компании Schneider Electric.

Рис. 3. Силовой и контроллерный шкафы

Программируемые контроллеры

Управление всеми исполнительными механизмами выполняется при помощи ПЛК Premium TSXP57203M компании Schneider Electric. ПЛК осуществляет связь с модулями ввода/вывода и обеспечивает работу контуров регулирования и управления, а также коммуникационное взаимодействие с АРМ.

Терминальная панель

Панель MAGELIS XBT предназначена для оперативного вызова требуемых страниц приложения, изменения режимов работы и управления оборудованием в ручном режиме.

Панель обеспечивает:

  • представление на экране значений измерений температуры, влажности, давления и других климатических параметров в системах кондиционирования и отопления;
  • управление исполнительными механизмами (насосы, клапаны, задвижки) в системе отопления и кондиционирования;
  • задание технологических параметров работы кондиционера и системы отопления;
  • контроль состояния программно-технических средств.

Коммуникационная система

АРМ и ПЛК соединены друг с другом телекоммуникационной системой связи, в которой обмен данными осуществляется по локальной сети Ethernet.

Экранная навигация

Экранные формы (блок-схемы, табличный вид) это средства вывода отдельных частей общей системы. Например, щёлкнув мышью по названию местоположения задвижки на схеме, оператор получает на экране изображение и описание соответствующего места установки задвижки.

На экран выводится следующая информация:

  • представление значений параметров систем кондиционирования и отопления: температуры, влажности, давления и ряда других;
  • состояние исполнительных механизмов в системах кондиционирования и отопления (насосы, клапаны, задвижки);
  • задание параметров работы кондиционера и системы отопления;
  • параметры функционирования программно-технических средств.

Структура программ

Прикладное программное обеспечение (ППО) комплекса имеет верхний и нижний уровни.

Программа верхнего уровня состоит из нескольких окон. Каждое окно предназначено для вывода специализированной информации:

  • окно "Кондиционер" отображает технологическую схему кондиционера с основными элементами управления;
  • окно "Отопление" отображает схему отопления с основными элементами управления;
  • окно состояния технологического оборудования предназначено для отображения модулей системы и связей между ними;
  • окна доступа предназначены для регистрации в системе (включают окно регистрации, добавления пользователя и редактирования учётных записей пользователя);
  • окно графиков реального времени и архивных параметров предназначено для просмотра в графическом виде текущих значений и сохранённых параметров;
  • окно списка аварий предназначено для просмотра списка произошедших аварий различного типа.

Программа нижнего уровня, загруженная в ПЛК, построена в виде Мастер-задачи и десяти PID-процессов. Мастер-задача включает набор секций, обеспечивающих работу с переменными АРМ и выполнение трёх независимых алгоритмов:

  • работы кондиционера;
  • работы системы отопления;
  • обработки ручных операций.

Экранные формы

Основная часть окна (рис. 4) может представлять собой как графическое изображение (например, схему оборудования с отображением элементов управления и значений основных параметров), так и таблицы данных или тренды (временные графики). В верхней части окна расположено меню с перечислением основных элементов управления системой: кнопки для получения информации о последних неподтверждённых алармах, идентификаторы текущего зарегистрированного пользователя, сообщения оператору, переход к экрану сводной информации об алармах, к текущему списку алармов и к предыдущему экрану. Под меню располагается область с отображением последней неподтверждённой тревоги, а также информационные панели текущей функциональной подсистемы.


Рис. 4. Подсистема кондиционирования и вентиляции

В системе принято выделение информации различными цветовыми оттенками (см. табл. 2).

Таблица 2


Тренды и отчёты

Важной составной частью системы является постоянная запись в архив основных технологических параметров и выдача их в виде временных графиков (рис. 5):

  • температура обратной воды в системе отопления и температуры в общем контуре кондиционера;
  • температура и влажности в выставочном зале (зимой и летом);
  • температура в Церкви Ризположения, Колокольни Ивана Великого, в офисе;
  • значения уставок и граничных значений.

Рис. 5. Тренды основных технологических параметров

Структурная схема ПЛК

Контроллерное оборудование построено на основе процессора Premium TSXP57203 (фирма Schneider Electric). Объём основной памяти 48 килослов, дополнительной памяти 128 килослов.

ПЛК содержит следующий набор модулей:

  • TSXPSY5500M источник питания;
  • TSXP57203 процессор;
  • TSXAEY1600: 16 аналоговых входов;
  • TSXASY800: 8 аналоговых выходов;
  • TSXDEY64D2K: 64 дискретных входа;
  • TSXDSY32T2K: 32 дискретных выхода;
  • TSXAEY414: 4 аналоговых входа;
  • TSXETY4102: модуль сети Ethernet.

Модули контроллера располагаются на двух шасси, соединённых кабелем.

Автоматизированная система успешно прошла этап опытной эксплуатации и сдана в работу.


Рис. 6. Структурная схема ПЛК