Единая автоматизированная система диспетчерского контроля и управления городским хозяйством на базе московской волоконно-оптической сети

Г. К. Росаткевич, ЗАО “КОМКОР”

В. В. Краснобаев, ЗАО “КОМКОР”

Основные положения

Разработка Единой автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления (ЕАСДКиУ) городским хозяйством Москвы на базе Московской волоконно-оптической сети (МВОС) ведется на основании следующих документов:

• распоряжение Премьера Правительства Москвы № 366-РП от 08.04.97 года "О построении опытного района автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления инженерным оборудованием жилых микрорайонов и административных зданий”;

• распоряжение Премьера Правительства Москвы № 228-РП от 03.03.98 года "О мерах по ускорению создания Единой автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления городским хозяйством на базе Московской волоконно-оптической сети".

Заказчиком работы является Комплекс городского хозяйства Правительства Москвы в лице Управления городского заказа.

Головным исполнителем работы является ЗАО "Московская телекоммуникационная корпорация".

Основной целью строительства ЕАСДКиУ является сокращение бюджетных дотаций на оплату населением и предприятиями бюджетной сферы потребляемых энергоресурсов (тепла, воды и электроэнергии) за счет введения объективного учета потребления энергоресурсов.

Кроме того, Единая автоматизированная система диспетчерского контроля и управления городским хозяйством создается как инструмент для решения следующих задач:

• повышение качества оперативного учета, планирования и распределения энергоресурсов в городе;

• улучшение системы контроля за использованием энергоресурсов города;

• построение единого информационно-телекоммуникационного пространства в интересах Комплекса городского хозяйства как составной части Общегородской информационной системы и объединения на его базе имеющихся информационных ресурсов;

• создание автоматизированной системы комплексной диспетчеризации инженерного оборудования зданий и сооружений;

• создание объективной системы расчетов между потребителями и поставщиками энергоресурсов.

Создание ЕАСДКиУ осуществляется поэтапно.

Этап 1. Создание на базе МВОС автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) инженерным оборудованием зданий и сооружений, элементом которой является система коммерческого учета домового потребления энергоресурсов.

Этап 2. Создание систмы оперативного учета, планирования и распределения энергоресурсов в целом по городу (с учетом всех потребителей энергоресурсов, включая промышленные предприятия).

Этап 3. Создание системы коммерческого учета квартирного потребления энергоресурсов и диспетчеризации квартирного инженерного оборудования на базе инфраструктуры АСДУ.

Этап 4. Создание автоматизированной системы контроля и управления другими подсистемами Комплекса городского хозяйства.

Анализ состояния существующих автоматизированных систем диспетчерского управления инженерным оборудованием зданий и сооружений

Автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) инженерным оборудованием зданий и сооружений является основным элементом нижнего уровня городской системы управления потреблением энергоресурсов (ГСУПЭ) и обеспечивает выполнение функций мониторинга инженерного оборудования зданий и сооружений.

В настоящий момент в Москве отсутствуют системы управления городского уровня и получили распространение 6 типов автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ):

Таблица

№№ п/п Наименование системы Разработчик 1 “Планета -Т” НПФ "Глобус+" (КОМКОР) 2 АСТК-64 ОАО "МОСОТИС" 3 АСТК-240М НПО "Текон" (МГП "Мослифт") 4 "DEP"-система АО "ДЕП" 5 ИАСУЭ ЗАО "ЭНЭЛЭКО" 6 ОИЭС ЗАО "ИКП Интерпракс"

В настоящее время в различных районах города каждой из перечисленных организаций в рамках работ по модернизации систем объединенной диспетчерской службы (ОДС) уже смонтировано несколько диспетчерских систем, каждая из которых обслуживает ряд домов.

Например, АСДК, разработанная АО "ДЕП", развернута в микрорайоне “Северное Чертаново”.

Первые четыре АСДУ, кроме ИАСУЭ ЗАО "ЭНЭЛЭКО", обладают примерно равными возможностями и предназначались для замены существующего морально устаревшего оборудования ОДС, эксплуатируемого в диспетчерских жилищно-коммунальных управлений. Они реализуют сбор и обработку информации о расходе энергоносителей; сигнализацию об аварийных состояниях инженерных систем, обеспечивают громкоговорящую связь диспетчера с объектами управления и, таким образом, позволяют собирать низовую информацию, принимать оперативные и адекватные решения на местах диспетчеру ГРЭП и передавать соответствующую информацию по принадлежности.

Интегральная автоматизированная система управления энергосбережением (ИАСУЭ), разработанная ЗАО "ЭНЭЛЭКО", в связи с использованием на участке "последней мили" симплексного радиоканала, решает достаточно ограниченный круг задач, в частности, в ней отсутствуют система мониторинга и управления лифтовым хозяйством зданий и система громкоговорящей диспетческой связи.

Однако, все вышеупомянутые системы являются одноранговыми, используют свои закрытые протоколы и были разработаны для автономного применения как изолированно действующие системы на уровне ГРЭП и ДЕЗ.

В их архитектуре не были заложены возможности объединения отдельных автономных систем в единую городскую систему на базе сетевых технологий, и поэтому эти АСДУ не способны реализовать все требования, предъявляемые к ним со стороны городской системы управления потреблением энергоресурсов, и нуждаются в доработке.

Описание ЕАСДКиУ

Структура ЕАСДКиУ

Основными элементами ЕАСДКиУ являются:

• распределенная информационная система диспетчерского контроля и управления жилищно-коммунальным хозяйством (РИС);
• телекоммуникационная подсистема на базе МВОС, объединяющей элементы АСДУ;
• информационно-расчетной подсистемы, обеспечивающей осуществление расчетов между субъектами жилищно-коммунального хозяйства.

Взаимовлияние информационных и телекоммуникационных компонентов

Рисунок 1. Общегородская инфоормационно-телекоммуникационная структура

ЕАСДКиУ строится в соответствии с требованиями семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем (ISO/OSI), обеспечивающей взаимодействие разнородных информационно-телекоммуникационных систем на базе стандартных интерфейсов и протоколов, удовлетворяющих международным рекомендациям.

Телекоммуникационная система ЕАСДКиУ должна обеспечивать выполнение следующих основных требований:

• соответствовать иерархическому принципу построения информационной системы ЕАСДКиУ и обеспечивать необходимые интерфейсы и шлюзы к сетям другого функционального предназначения согласно проекту развития Общегородской информационной системы;
• обеспечивать:
  • оптимальную пропускную способность с возможностью ее расширения для каналов, соединяющих различные элементы ЕАСДКиУ в зависимости от решаемых задач и объема информационных потоков;
  • синхронизацию распределенных баз данных ЕАСДКиУ;
  • высокую степень живучести, защищенности, помехоустойчивости и надежности каналов связи с достаточной степенью резервирования;
  • оптимальное сочетание различных протоколов передачи данных с гарантированной доставкой на каждом из иерархических уровней системы ЕАСДКиУ;
• иметь развитые средства мониторинга и управления сетями;
• предусматривать возможность круглосуточной непрерывной работы всех элементов системы ЕАСДКиУ.

Распределенная информационная система

Функции и состав РИС

РИС предназначена для выполнения следующих функций:

• сбор информации о текущих значениях показателей измерительных устройств, входящих в состав домовой сети автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ);
• передачу значений технических характеристик, технологических параметров и состояния инженерных систем от домовых регистраторов к периферийным серверам базы данных;
• дистанционное управление оборудованием;
• автоматизированное управление параметрами инженерных систем;
• накопление и хранение показаний приборов коммерческого учета расхода энергоресурсов;
• обеспечение защиты передаваемой информации от возможности перехвата или искажения ее третьими лицами;
• обслуживание запросов клиентов РИС, обращенных к базе данных;
• обеспечение защиты информационных ресурсов РИС от возможности несанкционированного доступа.

Система представляет собой программно-аппаратный комплекс и состоит из следующих составляющих:

• комплекса сбора первичной информации, состоящей из АСДУ инженерным оборудованием зданий и сооружений, которые представляют собой совокупность домовых сетей и должны взаимодействовать с остальными элементами РИС с помощью домовых регистраторов;
• комплекса базы данных диспетчерского контроля и управления, который должен состоять из центрального сервера базы данных и периферийных серверов баз данных;
• комплекса клиентов РИС - совокупность систем, авторизованных серверами базы данных РИС, которые должны выполнять приложения, которые обращаются с запросами к этой базе;
• телекоммуникационной системы, объединяющей элементы РИС на базе МВОС.
  

Топология и архитектура РИС

Рисунок 2. (увеличить) Схема распределения первичной информации ЕАСДКиУ На базе единой телекоммуникационной инфраструктуры объединяются потоки информации различных подразделений КГХ и осуществляется интеграция ведомственных сетей сбора и обработки данных. Это позволяет оптимизировать телекоммуникационную инфраструктуру в интересах всех потребителей информации ЕАСДКиУ с устранением необходимости создания и содержания сетей различной ведомственной принадлежности на одной территории.

Топология РИС соответствует принципам построения централизованной системы, и ее архитектура удовлетворяет следующим требованиям.

РИС представляет собой 3-ступенчатую иерархическую структуру, у которой на верхнем уровне находится центральный сервер базы данных РИС, ниже находятся периферийные серверы базы данных, а на нижнем уровне - домовые регистраторы. Все остальные клиенты РИС взаимодействуют исключительно с ЦСБД. При этом, клиенты РИС не имеют возможности изменять информацию, содержащуюся в базе данных ни на ЦСБД, ни на ПСБД.

РИС проектируется таким образом, что возникновение нескольких аварийных ситуаций не приводит к перегрузке системы. В случае выхода из строя линий связи и электропередачи, отдельные компоненты системы способны работать в автономном режиме независимо от остального оборудования системы.

РИС способна автоматически переконфигурировать свои структуры в случае выхода из строя отдельных компонентов ЕАСДКиУ.

Одновременно с этим, структура и топология РИС на телекоммуникационном уровне привязаны к архитектуре МВОС и отвечают определенным требованиям топологии МВОС. В частности, сеть доступа МВОС содержит узлы двух уровней: первичные и вторичные, на которых размещается оборудование, обслуживающее соответствующие уровни сети. При этом ни места размещения оборудования РИС, ни места размещения АРМ пользователей не привязаны к архитектуре МВОС.

На первичных узлах размещаются серверы базы данных и телекоммуникационное оборудование, обеспечивающее взаимодействие баз данных между собой по транспортной сети МВОС.

На вторичных узлах размещаются пункты сбора данных от "куста" домов и телекоммуникационное оборудование, обеспечивающее связь с сервером базы данных.

В домах размещаются домовые телекоммуникационные узлы, которые связывают оборудование домовой сети АСДУ с вторичными узлами.

Благодаря связи между серверами баз данных и клиентами РИС по транспортной сети образуется распределенная городская база данных, которая достаточно легко должна решить вопросы защиты баз данных от катастрофических воздействий как природного, так и антропогенного происхождения.

Обмен данными на всех уровнях взаимодействия с каналообразующим оборудованием сети осуществляется с помощью открытых протоколов, снабженных элементами криптозащиты от несанкционированного доступа к информации.

Рисунок 3. (увеличить) Схема построения сетей КГХ на транспортном уровне ЕАСДКиУ Транспортный уровень ЕАСДКиУ состоит из наложенных сетей управлений Комплекса городского хозяйства и его отдельных предприятий. Объединение этих сетей обеспечивается на базе стандартных форматов обмена данными. Каждое Управление КГХ и его предприятия получают первичную информацию от соответствующего территориального сервера доступа ЕАСДКиУ. Серверы доступа обеспечивают обмен данными с инженерным оборудованием зданий и сооружений.

Телекоммуникационная система

Телекоммуникационная система ЕАСДКиУ служит для объединения всех ее элементов и основывается на инфраструктуре МВОС, которая содержит два уровня: транспортная сеть и сеть доступа.

Транспортная сеть строится на основе единой волоконно-оптической кабельной магистральной сети с использованием цифрового волоконно-оптического оборудования, соответствующего последним европейским стандартам и предназначена для высококачественной передачи цифровых потоков к узлам транспортной сети.

Сеть доступа осуществляет доведение цифровых потоков до абонентов. Особенностью этой сети является то, что она строится как многофункциональная широкополосная сеть, потенциально способная обеспечить предоставление пользователю широкого спектра телекоммуникационных услуг.

Автоматизированная система диспетчерского управления

Состав АСДУ

Автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) инженерным оборудованием зданий и сооружений объединяет здания в пределах одного ГРЭП и обеспечивает выполнение следующих функций:

• накопление, хранение и передача на вышестоящий уровень (на сервер доступа) показаний приборов коммерческого учета расхода энергоресурсов;

• контроль инженерного оборудования зданий и сооружений;

• дистанционное управление оборудованием инженерных систем;

• автоматизированное управление параметрами инженерных систем.

АСДУ состоит из автоматизированного рабочего места (АРМ) пункта управления диспетчерской и оборудования домовой сети.

Оборудование домовой сети АСДУ предназначено для сбора, обработки и передачи по сети информации о состоянии инженерного оборудования здания и содержит концентраторы и домовой регистратор, объединенные домовой сетью.

Концентраторы служат для сбора информации с первичных измерительных преобразователей (датчиков) и управления исполнительными устройствами и размещаются в местах компактного расположения датчиков (домовой тепловой пункт, электрощитовая, машинное помещение лифта, чердак, подвал, подъезд жилого дома без лифта). Существует соответственно четыре типа концентраторов.

Концентратор для электрощитовой обеспечивает возможность подключения автоматизированной системы коммерческого учета квартирного потребления электроэнергии (АСКУЭ БП) по силовой сети.

Дуплексную громкоговорящую связь диспетчера с помещениями осуществляют с помощью переговорных устройств, которые подключаются к концентраторам. Вызов диспетчера из помещений осуществляется нажатием соответствующей кнопки на переговорном устройстве. Кроме того, через переговорное устройство по команде диспетчера может быть открыт электромеханический замок.

Домовой регистратор предназначен для управления оборудованием домовой сети и его связи с сервером доступа ЕАСДКиУ и обеспечивает функционирование домового уровня ЕАСДКиУ.

Домовые регистраторы, модемы и концентраторы монтируются в запираемых металлических шкафах в помещениях, обеспечивающих их сохранность. Помещение, где монтируется оборудование АСДУ, снабжается средствами, исключающими несанкционированный доступ (замок и датчики контроля несанкционированного доступа).

Оборудование домовой сети АСДУ выполнено в вандалостойком исполнении, максимально затрудняющем его несанкционированное вскрытие.

В оборудовании домовой сети АСДУ предусмотрены меры защиты от актов саботажа в виде попыток вскрытия системы кодирования информации, фальсификации информации об оплате и о пользовании услугами.

Работа ЕАСДКиУ

Благодаря использованию МВОС ЕАСДКиУ приобретает совершенно новое качество - доступность любых точек Москвы, что позволяет на новом уровне организовать взаимодействие всех структур города. Одновременно с отображением происходящих событий на мониторе АСДУ, эта информация появляется на экранах соответствующих мониторов автоматизированных рабочих мест (АРМ) абонентов ЕАСДКиУ.

Например, в РУВД МВД поступит информация о попытках проникновения в технические помещения зданий и сооружений и одновременно диспетчер АСДУ по наложенному каналу связи устанавливает голосовую связь с дежурным районного отдела милиции

Аналогично построена система противопожарной безопасности технических помещений. Информация о возгораниях в любых местах, снабженных пожарными датчиками, поступит на монитор АРМ ГРЭП и одновременно в районную пожарную часть.

Информация о затоплении остается на уровне ГРЭП, так как подобные неисправности устраняются силами ГРЭП. Но при необходимости, эта информация может быть передана на верхние уровни для сбора статистики происшествий в структурах района, округа или города. Например, в "Мосводоканал" поступит информация о расходе холодной воды и давлении на вводе дома, а в аварийную службу “Мосводоканал” - информация о падении давления на вводе дома и о затоплении подвальных помещений.

В "Мосэнерго" поступит информация о показаниях домовых счетчиков, показаниях напряжения по фазам, а в аварийную службу "Мосэнерго" - информация о пропадании фаз.

Таким образом, мы видим, что ЕАСДКиУ является не только диспетчером сети уровня АРМ ГРЭП, но и одновременно является администратором всей транспортной сети - распределяет информацию в обобщенном (требуемом) виде всем вышестоящим организациям. Однако в случае необходимости, оператор вышестоящей организации может затребовать любую информацию нижнего уровня.

Рисунок 4. Обобщенная структурная схема АСДУ "Мониторинг"

Рисунок 5. (увеличить) Типовая схема построения домовой сети ЕАСДКиУ На базе согласованных протоколов обмена данными информация от инженерного оборудования в интересах всех потребителей ЕАСДКиУ передается посредством единой сети на серверы доступа системы с последующим распределением по потребителям.

ЕАСДКиУ позволит Комплексу городского хозяйства Москвы контролировать деятельность коммунальных служб, начиная от ГРЭП и ДЕЗ, и поставщиков коммунальных услуг: Энергосбыта Мосэнерго, Мосгаза, Мосводоканала, Мосгортепла и др.

Для этого во все управления Комплекса городского хозяйства, в префектуры города и Мэрию должен поступать объем информации, необходимый и достаточный для контроля на соответствующих уровнях. Эта информация может поступать в обобщенном виде или в реальном масштабе времени. Вообще, вопрос о том, какими функциями наделять ЕАСДКиУ, следует решать совместно со службами, которые будут контролировать работу Комплекса городского хозяйства

В информационном плане АСДУ состоит из следующих подсистем.

1. Подсистема контроля инженерного оборудования, которая индицирует текущее состояние инженерного оборудования, сигнализирует о его внештатном состоянии и характеризует качество предоставляемых услуг (энергоресурсов).

• Контроль наличия фаз во ВРУ электрощитовой.

• Центральное отопление и горячее водоснабжение:

• расход воды в прямом и обратном трубопроводах;

• температура в прямом и обратном трубопроводах;

• температура наружного воздуха;

• давление в прямом и обратном трубопроводах;

• состояние циркуляционных насосов;

• автоматизированное телеуправление расходом тепла и горячей воды.

• Холодное водоснабжение:

• давление;

• расход холодной воды;

• состояние циркуляционных насосов;

• автоматизированное телеуправление расходом холодной воды (подкачивающий насос холодной воды).

• Контроль состояния лифтов:

• параметры согласно перечню сигналов, контролируемых оборудованием АОЗТ "МОСОТИС";

• авария лифта (обобщенный параметр по результатам самоконтроля станции управления).

• Дуплексная громкоговорящая связь диспетчера (одновременно способна решать задачи подъездного домофона) с:

• электрощитовыми;

• тепловыми узлами;

• кабинами и машинными помещениями лифтов;

• помещениями для дежурной смены ГРЭП;

• входной дверью в диспетчерский пункт;

• помещениями консьержек или входом в подъезд;

• дистанционное управление входной дверью в диспетчерскую.

• Дистанционное включение освещения в подъездах домов, перед дверями подъездов и дворового освещения.

• Контроль и дистанционное управление пуском дренажных насосов канализации.

2. Подсистема коммерческого учета энергоресурсов, которая обеспечивает сбор информации о домовом потреблении. (Оборудование АСДУ позволяет с помощью простейших счетчиков вести учет потребления энергоресурсов по любому количеству тарифов.)

• Электроэнергии:

• на нужды дома;

• лифтовым хозяйством дома;

• суммарное потребление жилого сектора.

• Тепла:

• на центральное отопление;

• на горячее водоснабжение.

• Горячей воды.

• Холодной воды.

3. Подсистема контроля доступа в технические помещения, которая обеспечивает физическую сохранность оборудования АСДУ, сигнализируя о проникновении во все технические помещения (чердаки, на крыши, подвалы, машинные помещения лифта, вентиляционные помещения, электрощитовые, помещения ГРЭП и т.д.).

Кроме того, эта подсистема обеспечивает дополнительную сохранность оборудования АСДУ путем сигнализации о вскрытии запираемых металлических шкафов, в которых монтируется оборудование.

4. Подсистема пожарной, газовой и аварийной безопасности, которая сигнализирует о состоянии датчиков соответствующих подсистем во всех технических помещениях и узлах, в том числе:

• пожарная сигнализация;

• контроль состояния домовой системы пожарной сигнализации и дымоудаления;

• контроль температуры окружающего воздуха;

• контроль состояния вентиляции (приточная или вытяжная);

• сигнализация о загазованности подвальных помещений;

• сигнализация о затоплении подвальных помещений.

Пути развития системы

ЕАСДКиУ содержит большие возможности для дальнейшего развития.

1. Может быть развернута новая общегородская служба связи - видеоконференцсвязь между структурами города на любом уровне: Управления КГХ, Мэрия - префектуры, префектуры - префектуры, префектуры - территориальные управления и т.д.

2. ЕАСДКиУ может быть использована для создания автоматизированных систем управления жизнеобеспечением города, например, городскими потоками энергоресурсов (электроэнергии, воды, тепла, газа), мониторинга окружающей среды и т.д.

К сожалению, пока не реализована автоматизированная система мониторинга окружающей среды Москвы. Но на базе ЕАСДКиУ можно решить эту актуальнейшую для Москвы задачу следующим образом. Приборы, собирающие информацию о состоянии (загрязнении) воздуха и воды (пыль, загазованность, радиационное загрязнение и т.д.) располагаются в домах в составе АСДУ. Эта сеть передает информацию в реальном масштабе времени в городской центр контроля экологической обстановки Москвы. Оператор системы мониторинга, используя текущую информацию об обстановке в экологически неблагополучных районах Москвы, способен быстро нормализовать экологическую обстановку в городе.

3. Следующим шагом в использовании уникальных свойств ЕАСДКиУ для управления системами городского хозяйства явится переход от сбора и учета информации о домовом потреблении энергоресурсов к созданию автоматизированной системы сбора и учета коммунальных услуг, потребляемых каждым квартиросъемщиком, и диспетчеризации квартирного инженерного оборудования. Эта подсистема будет базироваться на инфраструктуре АСДУ, реализовывать алгоритмы диагносцирования состояния и управления квартирным инженерным оборудованием и позволит снабдить индивидуального абонента компьютеризированными системами охранной и пожарной сигнализации и контроля доступа, начиная с простейшего подъездного домофона и заканчивая системами телевизионного наблюдения. Отображение информации о состоянии инженерного оборудования квартир будет осуществляться в диспетчерских нижнего уровня. Внедрение системы квартирного учета и контроля энергоресурсов позволит потребителю платить только за то, что он употребил и не оплачивать непроизводительные потери при транспортировке энергоресурсов от производителя до потребителя. Таким образом, система позволит организовать экономные доставку и расходование энергоресурсов, уменьшить бремя дотационных расходов, лежащих на плечах города, и менее безболезненно для жителей Москвы провести жилищно-коммунальную реформу.

Состояние работ

Во исполнение распоряжений от 03.03.98 года № 228-РП и от 19.06.98 года № 521-РЗП ЗАО проводит работы по созданию опытной зоны ЕАСДКиУ в объеме 10-го микрорайона 4 МР Зеленограда.

В ходе пробной эксплуатации первой очереди указанной опытной зоны были выработаны требования эксплуатирующх организаций к создаваемой системе и налажено взаимодействие между различными организациями системы жилищно-коммунального хозяйства при построении и эксплуатации ЕАСДКиУ.

Эти работы ведутся ЗАО "Московская телекоммуникационная корпорация" в широкой кооперации с ОАО "МОСОТИС", ОАО МЗЭП и Энергосбытом ОАО "Мосэнерго", ПУ "Зеленоградводоканал", ПО МЗ "Молния", Теплосбытом МГП "Мостеплоэнерго" и службами жилищно-коммунального хозяйства Зеленоградского АО под руководством префекта ЗелАО г-на Ищука А.А.

В настоящее время работы по созданию опытной зоны в объеме 10-го микрорайона продолжаются и ожидается принятие зоны в эксплуатацию не позднее июня 1999 года.