Рис. 1. Автоматизированная система управления
Опыт работы нашей компании и практика реализованных проектов демонстрируют, что одним из перспективных направлений повышения производственно-технологической эффективности организаций водоснабжения и водоотведения, является внедрение автоматизированных систем управления (АСУ) на базе современных программно-технических разработок, позволяющее существенно улучшить водоснабжение городов и регионов, получить экономию энергии на подъем, транспортирование и обработку воды, сократить потребление химреагентов, существенно снизить потери воды и уменьшить число технологических нарушений и, как следствие, непроизводительных потерь от их последствий.
Путем обобщения современной практики формирования архитектур АСУ в качестве базовой архитектуры может быть предложена система, включающая следующие основные иерархические уровни (в порядке восхождения):
- Локальные контрольно-измерительные приборы и автоматика.
- Серверы сбора данных, каналы связи и сетевое оборудование.
- Центральный диспетчерский пункт (ЦДП).
- Система оперативного управления системой ВиВ (СОУ).
- Система энерготехнологического менеджмента (СЭнМ).
Международным трендом является расширение требований к АСУ, которые непрерывно возрастают и выходят за рамки традиционных функций регулирования. Современные АСУ являются эффективным инструментом управления предприятием, который должен обеспечивать показатели качества оказываемых потребителю услуг, оптимизацию работы сетей и сооружений, сокращение производственных издержек, повышение надежности управления технологическим процессом, достижение необходимого уровня безопасности и безаварийности технологического процесса, повышение качества процесса оперативного управления, повышение уровня мотивации, условий труда и комфортности в работе персонала.
При проектировании и внедрении подобного рода систем необходимо учитывать ряд технических и организационных особенностей:
- Технические — большое количество территориально распределенных объектов управления; высокая степень неопределенности состояния и взаимного влияния друг на друга объектов управления (как в рамках предприятия в целом, так и по сооружениям в отдельности); необходимость построения моделей, основанных на численных методах; большое количество разрозненных систем управления различного назначения, которые необходимо интегрировать в единую систему; необходимость получения, обработки, анализа и хранения большого количества данных; необходимость агрегации текущих и исторических данных; высокие требования по защите информации.
- Организационные — необходимость переработки и развития технологических регламентов; необходимость принятия технической политики развития системы; необходимость выделения структурного подразделения, отвечающего за внедрение и сопровождение системы.
Первоочередная задача развития АСУ заключается в разработке и утверждении технической политики, которая обязательно должна включать: формулировку основных целей развития автоматизации; определение общей архитектуры системы; определение направлений развития локальных АСУ с целью их дальнейшей интеграции в единую систему; определение этапов создания системы; стандартизацию систем связи, интерфейсов и протоколов передачи данных; определение интеграционной платформы; определение единой политики информационной безопасности системы; пакет документов, обеспечивающих координацию развития системы: программа развития системы, регламенты взаимодействия подразделений предприятия, методические материалы и внутренние нормативные документы.
К экспертной организации, осуществляющей поддержку предприятию ВиВ в разработке технической политики, рекомендуется устанавливать повышенные требования, так как от уровня компетенций и опыта данной организации зависит успешность реализации стратегии автоматизации предприятия. Следующим этапом развития систем является создание ЦДП и сервера сбора, обработки и хранения данных.
После этого осуществляется разработка и внедрение единой программной платформы, важными критериями выбора которой являются масштабируемость и открытость, что подразумевает возможность поэтапного ввода объектов и их интеграции в единую систему, а также интеграции в АСУ отдельного оборудования и целых подсистем производства различных компаний с использованием стандартных драйверов и протоколов обмена информацией между разными программными приложениями (рис. 1).
Далее осуществляется формирование единого информационного поля системы, обеспечение связи с удаленными объектами. Как правило, для передачи данных и управляющих сигналов используются полевые шины и локальные информационные сети предприятия. Для удаленных объектов применяются выделенные или коммутируемые каналы и радиомодемы: GSM/GPRS, CDMA и радиосвязь на выделенных частотах.
Беспроводные каналы связи отличаются дороговизной и возможными перебоями в передаче данных. Наиболее эффективным методом минимизации этих недостатков в настоящее время является применение специализированного протокола передачи данных DNP 3.0. Данный протокол разработан специально для систем с территориальным распределением объектов управления. Вычислительное ядро АСУ предлагается создавать на базе нескольких специализированных систем, каждая из которых закрывает часть функций в области оперативного управления производством, а все вместе в составе интегрированного решения они закрывают все основные функции в данной области. В состав решения входят следующие системы:
- Система производственного учета — обеспечивает сбор фактической информации о работе предприятия, ее агрегацию и расчет интегральных технико-экономических показателей. Это позволяет с высокой степенью оперативности оценивать эффективность работы предприятия, а также посредством удобной системы анализа технико-экономических показателей предприятия, истории их значения и причин их возникновения своевременно выявлять проблемы в его деятельности и оценивать технический и экономический эффект от принимаемых управленческих решений. Учет реализуется в контексте иерархической модели производственных и распределительных объектов для каждого из уровней иерархии, что позволяет анализировать причины возникновения текущих и исторических значений производственных показателей.
- Система оперативного управления распределительной сетью — обеспечивает моделирование текущего и прогнозируемого состояния распределительной сети на базе данных геоинформационной системы, планирование потребности в воде, оптимизацию работы насосов, поиск и локализацию утечек.
В целом, эффективная АСУ способна стабильно обеспечивать выполнение следующих функций:
- автоматизированный учет простоев оборудования и периодов его работы с неполной нагрузкой, включая идентификацию, классификацию и анализ причин простоев оборудования и периодов его работы с такой нагрузкой;
- учет производственных показателей — расхода реагентов и электроэнергии, производства воды, включая учет производственных показателей на всех этапах производства и распределения воды и формирование баланса воды;
- учет качественных показателей воды и расчет усредненного качественного состава воды в резервуарах;
- расчет технико-экономических показателей — основными показателями обычно выступают удельная себестоимость и удельная энергоемкость метра кубического, удельный расход реагентов, коэффициент эффективности использования оборудования и др.;
- моделирование распределительной сети, включая сценарии реального, прогнозируемого и имитационного моделирования состояния сетей — расчет давления воды во всех точках сети, направления ее движения, обнаружение возможных утечек, распространение загрязнений, анализ достаточности поставки воды каждому из потребителей.
- прогноз потребления воды и оптимизация работы насосного оборудования.
Практика внедрения и эксплуатации аналогичных систем согласно рассмотренному выше подходу позволяет определить следующие целевые показатели внедрения АСУ на горизонте трех-пяти лет: сокращение объема используемой энергии на 6–8 %; сокращение потерь воды при ее транспортировке на 25–35 %; сокращение расхода химических реагентов на обработку воды и очистку сточных вод на 6–8 %; сокращение числа технологических нарушений в системе ВиВ до 50 %.
В табл. 1 представлены основные целевые показатели АСУ для трех возможных сценариев: консервативного, умеренного, оптимистического. При ориентировочном объеме инвестиций в проектирование и внедрение такого рода АСУ от 60 млн руб. (для городов с населением 30–60 тыс. человек) до 500 млн руб. (для городов с населением более 1 млн человек), достижение перечисленных выше целевых эффектов позволяет говорить о дисконтированном сроке окупаемости проектов внедрения автоматической системы управления в диапазоне 2,5–3,5 лет с внутренней нормой доходности в два-три раза выше банковского процента, что характеризует достаточно высокую инвестиционную привлекательность внедрения.
