АСУЗ: рекомендации по разработке технического задания

В. В. Ильин, исполнительный директор ООО «Лой энд Хутц», wictjob@gmail.com

Введение

Автоматизированные системы управления зданиями являются одними из самых сложных и дорогостоящих в современном здании. АСУЗ – это центральная и связующая система для управления и контроля всеми прочими инженерными системами здания. Основные параметры комфорта, экономичности и энергоэффективности зависят от качества реализации и эксплуатации АСУЗ.

По своему составу АСУЗ – наиболее сложный комплекс в здании, объединяющий технические и программные средства, слаботочные и силовые электротехнические устройства, механические компоненты и компьютерные, коммуникационные технологии.

С точки зрения проектирования, монтажа и пуска в эксплуатацию, АСУЗ требует наиболее существенных временных и стоимостных затрат, привлечения всех действующих на строительной площадке исполнителей.

С другой стороны, по АСУЗ на российском рынке в силу объективных причин до сих пор существует явный дефицит квалификации, опыта как со стороны заказчика, проектных организаций, так, к сожалению, и со стороны профильных исполнителей.

С учетом фактического сокращения до минимума задач проектной стадии в ситуации, когда инженерные системы проектируются и реализуются фактически на стадии рабочего проектирования и строительства, техническое задание (ТЗ) имеет важнейшее значение с точки зрения выбора исполнителя, определения сметной стоимости, а также с позиции определения проектных функций и параметров.

В силу вышеназванных причин именно ТЗ, как базовый документ на всех этапах создания АСУЗ, является связующим звеном между всеми заинтересованными сторонами и определяющим фактором для конечного результата не только реализации АСУЗ, но и всех инженерных систем здания.

Нормативное обеспечение

В России нормативного обеспечения в области АСУЗ пока явно не достаточно. Отсутствует как отдельный документ для АСУЗ, так и единая терминология в прочих нормативных документах. Наиболее существенные и актуальные требования в части автоматизированных систем содержатся только в отдельных пунктах и разделах следующих нормативных документов, активно используемых сейчас в строительной практике:

• МГСН 4.04–94 «Многофункциональные здания и комплексы».
• МГСН 4.19–05 «Многофункциональные высотные здания и комплексы».
• СП 31–110–2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».

Однако с «союзных» времен в наследство остался ГОСТ 34.602–89 «Техническое задание на создание автоматизированной системы», который с формальной и содержательной сторон может и должен использоваться в качестве основы для разработки ТЗ на АСУЗ.

На международном рынке существует стандарт EN ISO 16484 «Building automation and control systems (BACS)». Первые разделы данного документа легли в основу следующих стандартов уровня организации, разработанных НП «АВОК» при участии автора данной статьи:

• Стандарт АВОК 8.1.2–2008 «Автоматизированные системы управления зданиями. Часть 2. Технические средства».
• Стандарт АВОК 8.1.3–2007 «Автоматизированные системы управления зданиями. Часть 3. Функции».

Таким образом, для разработки качественного ТЗ АСУЗ в нашей стране существует минимально необходимый набор нормативных документов.

Структура и состав документа

По структуре документа мы рекомендуем не отклоняться от принятой в ГОСТ 34.602–89 и содержащей необходимые разделы, учитывающие все возможные требования к системе и процессам ее создания. Конечно, полная структура документа может быть избыточной для небольших зданий и проектов АСЗ. Однако удобно и практично один раз разработать типовой шаблон с учетом всех возможных требований, который затем следует только оптимизировать под каждый конкретный проект/здание.

С учетом специфики конкретного объекта автоматизации (здания) отдельные разделы могут содержать минимальные, часто формальные, требования, однако, как известно, в сложных системах мелочей не бывает. Учитывая комплексный характер АСУЗ, требования должны отвечать интересам всех организаций и характеристикам практически всех инженерных систем.

Например, для функционирования компьютерных средств диспетчеризации АСУЗ необходимо определить четкие требования к устройствам бесперебойного электроснабжения и кондиционирования, которые могут не относиться к зоне ответственности исполнителя АСУЗ.

Далее мы кратко охарактеризуем отдельные разделы документа, выделим специфичные для АСУЗ требования.

В «Назначении и цели создания» следует перечислить инженерные системы, подлежащие автоматизации.

В «Характеристике объектов автоматизации» необходимо определить здания, для которых будет создаваться АСУЗ, и их общие характеристики.

В данном разделе рекомендуем определить перечень функциональных зон с характерными параметрами работы инженерных систем жизнеобеспечения. Определение зон необходимо для четкого выделения специфических задач, средств АСУЗ, отличных от общих типовых, принятых у исполнителя или для данного проекта. Например, для офисных зданий в качестве функциональных зон можно выделить общие площади, для которых требуется автоматизированное управление климатом и/или освещением. Для торгового центра следует отдельно выделять зоны покупателя и складские зоны магазинов.

Следующие разделы должны определять конкретные требования к компонентам АСУЗ и к процессам на всем жизненном цикле.

В «Требованиях к системе в целом» важно определить общий состав и структуру системы, режим ее работы, требования к базовым программно-техническим средствам, коммуникационной технологии, требования по резерву для расширения, по бесперебойному электроснабжению выделенных компонентов, по функциям восстановления после отказов электроснабжения, по резервированию, по единой системе обозначений.

В общем составе систем необходимо определить трехуровневую структуру системы: уровень диспетчеризации (компьютерные средства диспетчера), уровень автоматического управления (контроллеры, модули ввода/вывода, щиты) и уровень периферийных устройств (датчики, исполнительные устройства).

Существенно важными являются требования к выбору базовых программно-технических средств. АСУЗ, как правило, создаются на единой программно-технической платформе от выбранного производителя. Рекомендуется в ТЗ указывать несколько вариантов производителей и их продуктов/платформ из одного класса цена/качество. Например, следующие производители относятся к одному классу и имеют несколько продуктов на выбор: Siemens, Honeywell, Johnson Controls, Schneider Electric.

При выборе коммуникационных технологий необходимо обратить внимание прежде всего на требования по поддержке отраслевых стандартов: BACnet, LonWorks, EIB/KNX, ModBus. Первые две технологии являются комплексными и позволяют реализовывать все коммуникационные задачи, специфические для АСУЗ. Выбор BACnet или LonWorks не является, на наш взгляд, принципиальным с точки зрения потребительских качеств. Принципиально важным является их полная поддержка выбранными программно-техническими средствами. Стандарты EIB/KNX, ModBus могут использоваться для ограниченного круга задач ввиду их специфических технических характеристик. Например, для задач интеграции со специализированным оборудованием.

Одним из самых важных является раздел «Требования к функциям». В нем должны содержаться требования к отдельным функциям по каждой из автоматизируемых инженерных систем и оборудованию. Требования должны быть детализированы до отдельных функций контроля, управления, сигнализации, блокировок.

Требования к функциям автоматизации отдельных типовых агрегатов, например, насосов, вентиляторов, должны быть унифицированы для всего проекта.

Допускается оформлять требования данного раздела как в текстовом, табличном виде, так и в виде графических функциональных схем автоматизации с указанием типов и количества входных/выходных сигналов (аналоговые, дискретные входы/выходы, расчетные параметры, цифровые сигналы).

Пример части требований к функциям автоматизации для системы теплоснабжения и отопления:

• Контроль температуры, влажности наружного, воздуха.
• Контроль температуры, влажности, скорости, направления ветра, атмосферного давления на верхней точке здания (крыша) с комплектного устройства (метеостанция).
• Контроль подающих и обратных температур во всех контурах: городской контур, внутренние контуры.
• Контроль давления во всех внутренних контурах теплоносителя.
• Контроль давления в подающем и обратном трубопроводе городской сети.
• Контроль и автоматическое поддержание заданной температуры теплоносителя в контурах отопления, теплоснабжения вентиляционных установок и локальных доводчиков (тепловых вентиляторов, фэнкойлов), горячего водоснабжения в соответствии с алгоритмами регулирования и заданными параметрами.
• Контроль и автоматическое поддержание заданной обратной температуры теплоносителя в контуре городского теплоснабжения в соответствии с алгоритмами регулирования и заданными параметрами.

Обязательным разделом является «Требования к нормативно-методическому обеспечению», в котором должны быть перечислены основные актуальные нормативные документы (см. начало статьи).

Далее следуют «Требования к техническим средствам». Как правило, характеристики основных технических средств АСУЗ во многом определяются тем или иным комплексным набором, «платформой» средств выбранного производителя. Существует заблуждение, что, выбрав определенную систему у производителя АСУЗ, заказчики могут не углубляться в детальные требования к самим средствам. Однако для одной платформы у ведущих производителей существуют как различные конфигурации отдельных технических средств, так и различные схемы построения системы в целом, например, в зависимости от выбора коммуникационной технологии. Во многом именно эти более детальные конфигурации средств и системы могут существенно влиять на стоимость и на отдельные характеристики системы. Например, один и тот же контроллер может поставляться как с с внешним дисплеем оператора, так и без него.

Требования к техническим средствам АСУЗ рекомендуется разделять на три уровня со следующими основными составными устройствами:

• Верхний уровень. Диспетчеризация и администрирование: компьютеры, серверы.
• Средний уровень. Автоматическое управление: контроллеры, модули ввода/вывода, щиты автоматики.
• Нижний уровень. Периферийные устройства: датчики, исполнительные устройства.

Отдельно рекомендуется выделить требования к кабельным и проводным соединениям, коммуникационным сетям и устройствам, средствам для проектирования, конфигурирования.

Ниже приведена часть требований к контрольно-измерительным устройствам (датчикам).

Параметры выходных сигналов датчиков должны соответствовать установленным выше требованиям к унифицированным нормированным сигналам интерфейса ввода/вывода контроллерных устройств.

В проекте должны использоваться унифицированные датчики минимального количества типов от основного производителя АСУЗ.

Использование датчиков, отличных от принятых в проекте, должно быть обосновано и согласовано с заказчиком.

Для дискретных сигналов необходимо предусмотреть «сухие» (свободные от внешнего потенциала) замыкающие или размыкающие контакты. Для индикации текущего состояния «Вкл.» (включено) должен использоваться нормально разомкнутый контакт (в разомкнутом состоянии значение «Выкл.»). На каждую активную функцию необходимо использовать отдельный контакт. Для отдельных защитных и сигнализационных функций следует применять нормально замкнутые контакты для возможности диагностики неисправности, например, обрыва цепи.

Следующим разделом рекомендуется включать «Требования к программному обеспечению (ПО)».

Комплекс программного обеспечения АСУЗ бывает нескольких видов, для каждого из которых определяются отдельные требования:

• Системное ПО – выполняет функции инициализации, координации и обслуживания всего объема конфигурационных данных, относящихся к процессам функционирования всей системы в целом, включая управление сетевыми коммуникационными процессами. Каждая функция системного программного обеспечения должна конфигурироваться как в ручном, так и в автоматическом режимах.
• Коммуникационное ПО – выполняет функции обеспечения передачи данных и контроля качества передачи для коммуникационных технических средств в соответствии с определенными для проекта протоколами и технологиями.
• Прикладное ПО – включает в себя все программное обеспечение, разработанное с целью выполнения функций АСУЗ для конкретного проекта, которые перечислены в перечне функций.
• ПО человеко-системного интерфейса – реализует взаимодействие между персоналом и АСУЗ. Основным компонентом человеко-системного интерфейса является SCADA система на станции оператора подсистемы диспетчеризации и администрирования.
• ПО проектирования, конфигурирования/программирования и пусконаладки АСУЗ – используется на этапе проектирования, ввода в действие, технического обслуживания и модернизации АСУЗ.

В качестве примера ниже приведена часть требований к системному ПО в части поддержки системы классификации и кодирования точек данных.

Для использования и обработки информации в АСУЗ должны применяться однозначные правила обозначения и идентификации всех физических, виртуальных (расчетных) и коммуникационных точек данных. Данные правила представляют собой систему классификации и кодирования точек данных, адреса которых используются для отображения и доступа к информации в процессе проектирования, ввода в действие и эксплуатации всех функций АСУЗ. (Пользовательским адресом точки данных называется адрес, который использует персонал при работе с пользовательским интерфейсом, например, на графических мнемосхемах.)

Система классификации и кодирования точек данных для всего объекта автоматизации должна иметь однозначную и единую структуру с уникальными адресами. Вместе с адресами точек данных задают текстовые описания. Процедуры определения и задания информации для точек данных с использованием пользовательского интерфейса должны быть определены отдельно.

В разделе «Требования к составу и содержанию работ» необходимо включить требования к пусконаладочным работам и испытаниям как к важнейшему этапу в процессе создания АСУЗ. Комплексные пусконаладочные работы с этапами по проверке, тестированию, настройке и наладке всех компонентов АСУЗ являются гарантией успеха проекта в целом.

Необходимо выделить эти работы в отдельную организационную стадию реализации проекта, определить конкретные требования к объему, ответственным организациям, продолжительности и срокам выполнения этих работ.

На практике очень часто именно этот этап работ по созданию АСУЗ не выполняется в полном объеме и заказчик получает не готовую, работоспособную систему, а набор программно-технических средств, реализующих только базовые задачи по автоматизации без учета режимов работы инженерных систем, без реализации эффективных функций по безопасности, регулированию, оптимизации энергопотребления. Например, очень часто встречаются проекты с установленными дорогостоящими приводами частотного регулирования (вентиляторы, насосы) с фактически выключенными функциями регулирования со стороны АСУЗ, то есть с электроприводами, постоянно работающими на частоте питающего напряжения 50 Гц.

В данном разделе следует определить конкретные этапы по сезонным пусконаладочным работам. Не секрет, что в нашей стране здания работают как минимум в трех ярко выраженных климатических сезонах (зимний, летний и переходный). Для каждого из сезонов АСУЗ должна работать с различным инженерным оборудованием в различных режимах. Соответственно, для каждого сезона должны быть проведены собственные этапы пусконаладочных работ с отладкой всех режимов и специфических параметров. Например, если АСУЗ вводится в эксплуатацию в зимний сезон, важно запланировать на летний период пусконаладку подсистемы автоматизации оборудования холодоснабжения, кондиционирования, не работающего в зимний сезон.

Прочие разделы являются опциональными и определяют различные требования на этапах создания и эксплуатации АСУЗ:

• Требования к организационному обеспечению. В разделе рекомендуется указывать требования к персоналу, организационно-штатной структуре для эксплуатации АСУЗ.
• Требования к метрологическому обеспечению. В разделе следует специально выделить измерительные средства, подлежащие метрологической аттестации, поверке и соответствующей эксплуатации. Например, средства коммерческого учета энергопотребления. Как правило, измерительные датчики АСУЗ не относятся к таким средствам измерения.
• Требования к документированию. Их следует разбить на несколько стадий, на каждой из которых должны разрабатываться и предъявляться специфические документы:
  1. Стадия рабочей документации (пояснительная записка, функциональные схемы автоматизации, спецификации, мнемосхемы, принципиальные и структурные схемы и пр.).
  2. Стадия ввода в действие (акты, протоколы испытаний, пусконаладки и пр.).
  3. Стадия сопровождения (исполнительная документация, перечень гарантийных обязательств третьих сторон, соответствующие документы по гарантии, системное и прикладное программное обеспечение).

В ТЗ следует в обязательно порядке включать требование о передаче всего прикладного программного обеспечения, разработанного исполнителем в процессе создания АСУЗ. Например, исходные коды программных конфигураций контроллеров.

Литература

1. ГОСТ 34.602–89. Техническое задание на создание автоматизированной системы
2. Стандарт АВОК 8.1.2–2008. Автоматизированные системы управления зданиями. Часть 2. Технические средства. М. : АВОК-ПРЕСС, 2008.
3. Стандарт АВОК 8.1.3–2007. Автоматизированные системы управления зданиями. Часть 3. Функции. М. : АВОК-ПРЕСС, 2007.
4. EN ISO 16484 «Building automation and control systems (BACS)».