Ввод в эксплуатацию систем автоматизации и диспетчеризации

В. В. Панкратов, директор ООО «ВВП»

Н. В. Шилкин, доцент МАрхИ

Важной составляющей, еще до начала непосредственного ввода в эксплуатацию, является монтаж оборудования. Основная проблема ввода в эксплуатацию, возникающая на этапе монтажа, – это соответствие смонтированного оборудования проектному решению. Здесь ярко проявляется различие в подходах к проектированию и монтажу оборудования в нашей стране и за рубежом. За рубежом предпочитают пойти на несколько ревизий проекта и затем смонтировать систему в точном соответствии с ним. У нас, к сожалению, зачастую все происходит наоборот. В связи с тем, что механические инженерные системы проектируются одними, а к примеру, системы электроснабжения и автоматизации – другими проектировщиками, соответственно, и разными подрядчиками, то на этапе реализации проектного решения неизбежно возникает ряд вопросов. В этих условиях проще работать организациям, которые занимаются как проектированием каких-либо систем, так и непосредственной реализацией своих проектных решений. Такие организации имеют возможность в ходе реализации учитывать очевидные изменения проектных решений. Конечная цель в данном случае – обеспечить автоматизацию всего смонтированного инженерного оборудования. Нередко возникают ситуации, когда в ходе проектирования ошибочно не предусматривается повысительная станция, дренажный приямок и т. д. В этом случае необходимо решить, как следует поступить – надо ли вносить изменения в проектную документацию или изменять проект непосредственно на месте, работая, по сути, «с чистого листа». В результате зачастую получается, что реализованное решение не соответствует утвержденному проекту и договору. Эти несоответствия учитываются дополнительными соглашениями. Самое главное здесь – учесть все нюансы, в противном случае теряется сама идея оптимизации энергопотребления. В конечном итоге на объекте появляется смонтированная система. Следующий этап ввода в эксплуатацию – так называемый «холодный», или предварительный, пуск.

«Холодный» пуск

Вся система автоматизации проектируется с учетом возможностей ручного управления. Для цепей непосредственного управления это переключатели ручного/автоматического управления, для цепей инверторного управления – возможность управления на инверторах в ручном режиме. На этом этапе проверяется соответствие управляющих цепей своим исполнительным устройствам, то есть последовательным подключением управляющих цепей, проверяется наличие ответной реакции на исполнительных устройствах. Цель этой работы – исключить ситуации, когда, например, сигнал на открытие клапана или заслонки проходит, но само устройство не открывается, поскольку либо заклинено, либо перекрыто вручную.

В случае насосов и вентиляторов необходимо провести фазировку, убедиться, что направление вращения электродвигателя соответствует заданному в проекте.

Обычно этап «холодного» пуска выполняется теми же монтажниками, которые устанавливают оборудование. Их задача – не просто подключить провода к клеммам, но, как минимум, убедиться в работоспособности исполнительных механизмов во всем рабочем диапазоне. Например, для мощных электродвигателей необходимо убедится в их работоспособности в двух режимах, поскольку для исключения больших пусковых токов они включаются в работу в два этапа, с предварительным разгоном.

Этап предварительной пусконаладки

После проверки реакции исполнительных устройств на управляющие сигналы проверяется прохождение ответных сигналов от исполнительных устройств в контроллер – это этап предварительной пусконаладки. По сути, на этом этапе происходит запуск самих контроллеров и проверка прохождения сигналов внутри контроллера. Предварительно необходимо подключить контроллер к компьютеру и внести базу данных точек в память контроллера.

Имеется четыре типа физических сигналов (аналоговый вход, аналоговый выход, цифровой вход, цифровой выход), ранее описанных в проекте, а также некоторое множество логических точек, так называемых псевдоточек. Эти логические псевдоточки необходимы для того, чтобы сопоставить текущее значение некоторого параметра с какого-либо датчика с требуемым значением этого параметра, которое как раз и задается псевдоточкой. Разница этих параметров определяет алгоритм дальнейшей работы системы. Принципиально важно это, например, для системы автоматики тепловых пунктов, в которых необходимо обеспечить необходимый теплосъем, поскольку завышение температуры обратного теплоносителя приводит к штрафным санкциям со стороны теплоснабжающей организации. Соответствующий температурный график задается псевдоточками, и алгоритм работы системы направлен на поддержание этого графика.

Особенность перечисленных выше двух первых этапов ввода в эксплуатацию – то, что они никоим образом не связаны со смежниками, эти работы выполняются исключительно силами специалистов по автоматизации.

Перевод системы в режим автоматического регулирования

Это наиболее важный этап всей работы по вводу в эксплуатацию.

На этом этапе возникает проблема, связанная как раз со взаимодействием смежников. Например, при работах по вводу в эксплуатацию теплового пункта работают специалисты по механическому оборудованию и специалисты по автоматизации и электроснабжению (в зависимости от того, предусмотрены проектом отдельные или совмещенные щиты автоматики и электроснабжения). Задача специалистов по механическому оборудованию – произвести механическую балансировку систем. Распределение потоков теплоносителя (в случае систем вентиляции – воздушных потоков) в любом случае на физическом уровне достигается путем балансировки системы механическими устройствами, либо балансировочными клапанами, либо, в случае вентиляционных систем, – дроссель-клапанами, установленными в воздуховодах. Нормативные документы содержат требование об обеспечении паспортизации систем. Зачастую в наших условиях возникает ситуация, когда все магистрали смонтированы, но контуры не заполнены теплоносителем. Самый яркий пример из опыта ввода в эксплуатацию объектов в Москве – ввод в эксплуатацию инженерных систем, который, как правило, стремятся закончить непосредственно к началу отопительного сезона, и из-за дефицита времени при фактическом отсутствии теплоносителя в системе балансировка не производится. Нормальный рабочий цикл – монтаж, опрессовка, заполнение системы, причем желательно все эти работы вести на предельных параметрах теплоносителя, то есть система должна балансироваться на максимальный расход (в случае, когда все потребители подключены). Как правило, пуск объекта происходит поэтапно – сначала запускается в работу контур радиаторного отопления, затем система вентиляции на нескольких этажах и т. д. В результате максимальный расход не выставляется. Все это приводит к опасности возникновения конфликтной ситуации: с одной стороны, специалисты по механическому оборудованию не могут произвести балансировку единовременно, с другой стороны, может возникнуть ситуация, когда, например, на некотором участке системы, на уровне задвижки по ошибке будет механически перекрыт теплоноситель, что исключает возможность регулировки системы средствами автоматики. Сразу выявить причины неработоспособности системы достаточно сложно, и в этой ситуации очень часто возникают конфликты между смежниками. В результате подобные проблемы взаимодействия смежников приводят к тому, что процесс ввода в эксплуатацию чрезвычайно растягивается по времени. Хотя расчетное время наладки системы можно определить с достаточной степенью точности, на практике зачастую получается так, что процесс отладки может занять несколько сезонов. Особенно эта ситуация характерна для больших объектов, в которых нагрузки подключаются поэтапно. В таких объектах, например, мощность ЦТП рассчитана на весь комплекс, но здания вводятся в эксплуатацию отдельными корпусами (очередями). Нагрузка постоянно растет, и сразу произвести балансировку системы на полную мощность просто невозможно.

Зачастую в нашей стране специалисты по механическому оборудованию, опрессовав систему, заполнив ее водой и убедившись в отсутствии протечек, считают свою работу по вводу в эксплуатацию выполненной. Часто при этом вообще не выполняется, например, проверка соответствия положения клапанов проектным значениям, не проводятся замеры протоков и т. д. Пропуск этой стадии приводит к тому, что ввод системы в нормальную эксплуатацию становится просто невозможен. Рассмотрим в качестве примера офисное здание с вертикальной разводкой магистралей отопления и поэтажной организацией системы кондиционирования. Система может быть рассчитана правильно, но из-за того, что балансировочными клапанами не отрегулирован расход в системе, теплоноситель не поступает в отопительные приборы последних этажей отдельных стояков. Такая ситуация приводит к тому, что, запуская систему автоматики на последнем этапе, в ряде помещений принципиально невозможно обеспечить требуемые температурные параметры. Преимущество автоматики в том, что эта система позволяет получить значения всех параметров и представить их в очень наглядной форме. В данном случае, оценив по графикам, что требуемая температура на нижних этажах достигается при открытии соответствующих клапанов всего лишь на 10–15 % (в нормальных условиях требуемые параметры должны достигаться при открытии клапана на 40–60 %), можно однозначно сделать вывод о том, что система нормально не отрегулирована механически.

Такая же ситуация может возникать и в системах вентиляции. Если при запуске системы расход и температура теплоносителя соответствуют норме, но температура воздуха не поднимается выше некоторого значения, поскольку в системе не обеспечен необходимый проток. В этом случае срабатывают средства защитной автоматики, вызываются смежники – специалисты по механическому оборудованию, и совместно с ними производится проверка всех коммуникаций от теплового пункта до потребителя.

Иногда при вводе в эксплуатацию вентиляционной системы не удается обеспечить требуемую температуру приточного воздуха. Происходит это из-за того, что проектировщики вентиляционных систем, как правило, рассчитывают системы на несколько большую производительность, имея в виду, что при наладке эти системы будут отрегулированы на заданное значение. Однако на практике в некоторых случаях подобная регулировка не производится. В результате превышающий расчетное значение расход воздуха при расчетном расходе теплоносителя приводит к недогреву этого приточного воздуха. В итоге опять возникает конфликт между двумя организациями – смонтировавшей систему вентиляции и осуществляющей ввод в эксплуатацию системы автоматизации. На самом деле, монтажная организация должна не просто выполнить монтаж оборудования и разводку воздуховодов, но и сделать балансировку и паспортизацию систем на предмет их соответствия расчетным параметрам. В идеальном случае такая балансировка должна производиться как по расходу воздуха, так и по расходу теплоносителя, но фактически в наших условиях очень часто эти два этапа не выполняются должным образом.

Перечисленные выше механические проблемы устраняются как раз на этапе перевода системы в режим автоматического регулирования. Запуск и перевод системы в режим автоматического регулирования позволяют в достаточно короткий срок выявить подобные недостатки и локализовать источник их возникновения. Если полностью смонтированная система не обеспечивает нужных параметров при открытых на 100 % клапанах, при том, что абсолютно аналогичная система в другой части здания нормально функционирует и при клапанах, открытых всего лишь на 30 %, то это свидетельствует о наличии каких-то проблем именно с оборудованием.

В случае, если сразу не удается достичь взаимопонимания со смежниками, возникает конфликтная ситуация. В конечном итоге все равно производятся замеры параметров на различных участках системы, это помогает локализовать проблемные участки и определить, кто должен нести ответственность по их устранению. Организации, осуществляющие пусконаладку, обязательно имеют в своем распоряжении необходимый комплект измерительных приборов для всех сопряженных систем, именно для того, чтобы убедиться в отсутствии собственных ошибок и выявить ошибки смежников. У специалистов по пусконаладке системы автоматизации обязательно должен быть как комплект приборов по измерению параметров вентиляции, так и комплект приборов, используемый при пусконаладке системы отопления. Причем, если для измерения параметров вентиляционной системы используются универсальные измерительные приборы, то для наладки системы отопления каждый крупный производитель предлагает, как правило, свой собственный оригинальный комплект измерительных приборов. Универсального прибора, который бы перекрывал все линейки оборудования всех производителей, не существует. Если невозможно провести прямые измерения, ошибки можно выявить и примерно локализовать по показаниям манометров и положению балансировочных клапанов.

В случае, если система идеально отбалансирована, но, тем не менее, требуемые параметры не достигаются, производится проверка правильности расчетов.

Проблема взаимодействия со смежниками – проблема как технического, так и организационного плана, – пожалуй, наиболее сложная на данном этапе ввода в эксплуатацию. Здесь также возникает вопрос, связанный с присутствием на объекте пусконаладочных организаций, запускающих в эксплуатацию как системы автоматизации, так и механическое оборудование. Тепловой пункт, хладоцентр – ключевые компоненты системы, без их предварительной наладки невозможен нормальный ввод в эксплуатацию других инженерных систем, но выполнить наладку самого теплового пункта невозможно потому, что часть нагрузки просто не подключена физически (буквально на уровне заглушенных труб). В результате наладку системы приходится повторять несколько раз, с последующей корректировкой по мере подключения нагрузок.

Еще один важный момент, требующий особого внимания на данном этапе ввода в эксплуатацию, – режимы работы системы в случае отсутствия теплоносителя в городских тепловых сетях. Как правило, предусматриваются специальные режимы в период летнего отключения подачи теплоносителя. В тепловых пунктах, как минимум для контуров ГВС, предусмотрено резервирование контура посредством догрева электрическими емкостными водонагревателями (электробойлерами).

В этом случае объем и содержание работ по вводу в эксплуатацию в систему зависит от того, насколько автоматизирована система. С учетом того, что эта система включается в работу (если не возникают какие-то нештатные ситуации) только один раз в год, зачастую заказчик идет на упрощение и удешевление автоматизации этой системы. Между тем, эксплуатация этой системы достаточно сложна – так, например, требуется обеспечить переключение в случае лимита мощности. Нередко в подобных случаях реализуются полуавтоматические режимы работы, когда автоматика отслеживает изменение параметров, но само переключение осуществляется вручную.

Все производители предлагают программные пакеты для программирования контроллеров. У многих производителей отдельные линейки контроллеров, особенно верхнего уровня (большой емкости), являются свободно программируемыми.

Контроллеры подключаются к персональному компьютеру, как правило, либо по протоколу RS-232, либо, что в последние годы используется все чаще, напрямую посредством TCP IP. Здесь можно выделить два этапа работы: конфигурирование системы (загрузка конфигураций системы в память контроллеров) и задание логики работы системы.

Эта работа выполняется уже программистами. Специалист, осуществляющий монтаж системы автоматики, должен иметь некоторую базовую квалификацию, позволяющую работать с программным пакетом программирования контроллеров, но ему не требуется понимать суть графиков, степеней защиты и других подобных деталей работы системы. Задача монтажника на данном этапе – обеспечить физические связи. Специалист, который занимается дальнейшим программированием системы, уже должен иметь свое видение работы системы, и ее хорошая работа во многом зависит от его знаний, квалификации, опыта, от степени его понимания происходящих в системе процессов.

С одной стороны, технолог в общей пояснительной записке к проекту (его инженерной части) описывает режимы работы системы (в холодный, теплый и переходные периоды года). С другой стороны, это описание не может быть полностью детализированным – зачастую речь может идти о нескольких десятках промежуточных аварий. Поэтому количество степеней защиты системы зависит именно от решения программиста, основанного на собственных знаниях и опыте. Уже на уровне автоматики реализуется ряд способов защиты, таких, например, как принудительный останов системы путем размыкания цепей пускателей, остановки инверторов в случаях угрозы замораживания. Задача системы автоматизации, помимо обеспечения заданных параметров, – превентивная остановка системы при некоторых значениях промежуточных датчиков: либо при падении температуры воздуха в определенных воздуховодах, либо при падении температуры теплоносителя. Здесь речь идет о том, что для отключения системы не следует дожидаться момента, когда температура теплоносителя упадет до 3 °С и возникнет угроза замораживания системы; если расчетная температура обратного теплоносителя упадет до 20–30 °С, то уже в этот момент можно сделать вывод о возникновении нештатной ситуации и принять меры по выявлению ее источника. Умение определить такие косвенные признаки неполадок в системе на как можно более ранней стадии – одна из составляющих искусства программиста.

Продолжение статьи читайте в следующем номере.