Мы поможем вам стать лучшими в отрасли Тел./факс +7(495)737-60-28, +7(499)151-06-54     e‑mail: info@citycom.ru

Информатизация диспетчерского управления в ОАО «МТК»: история и современность

Я.Г. Ротмистров
первый заместитель генерального директора - главный инженер
ОАО «Московская теплосетевая компания», г. Москва

А.А. Симачков
главный диспетчер - начальник центрального диспетчерского управления
ОАО «Московская теплосетевая компания», г. Москва

Л.В. Головин
заместитель главного инженера по ИТ
ОАО «Московская теплосетевая компания», г. Москва

апрель 2012 г.

ИСТОРИЯ

Система теплоснабжения столицы, эксплуатируемая ОАО «Московская теплосетевая компания», по своему объему, сложности и разветвленности является крупнейшей в мире системой централизованного теплоснабжения. Управление теплоснабжением осуществляется в круглосуточном режиме по иерархической схеме, включающей в себя 12 районных диспетчерских пунктов (РДП) и Оперативно-диспетчерскую службу (ОДС), состоящую из нескольких функциональных подразделений, главным из которых является Центральный диспетчерский пункт (ЦДП).

Очевидно, что управление столь сложным территориально распределенным техническим объектом, каким является система централизованного теплоснабжения многомиллионного города, невозможно без средств автоматизации, позволяющих оперативно отслеживать все происходящие процессы и параметры режимов теплоснабжения, а также в различных ситуациях быстро принимать обоснованные решения по планированию и поддержанию адекватных режимов на основании расчетов и ситуационного моделирования.

По этой причине ОАО «МТК» всегда (еще с тех времен, когда называлось «Тепловые сети Мосэнерго») стремилось в максимальной степени применять все доступные достижения современной науки и техники для обеспечения производственного процесса, и «локомотивом» этого процесса неизменно была Центральная диспетчерская служба. Еще на заре компьютерной эры, во времена «больших ЭВМ», машинный зал Тепловых сетей занимал целый этаж и был одним из самых оснащенных в Москве; уже тогда на ЭВМ ЕС-1033, - с перфокарточным вводом данных и печатающими устройствами размером с книжный шкаф, - на программе «Поток» производились расчеты гидравлических режимов, обеспечивающих требуемое распределение тепловой энергии от централизованных источников до потребителей тепла.

Серьезные изменения в области компьютерной автоматизации произошли в конце 80-х годов прошлого столетия, когда появились и получили распространение персональные компьютеры IBM PC XT(AT) с графическими дисплеями и «манипуляторами типа «мышь». Несколько таких ПК были сразу же закуплены в диспетчерскую службу для группы режимов, отвечающей за гидравлические расчеты тепловых сетей. Однако расчетные программы, использовавшиеся на «больших ЭВМ», были непригодны для их использования на персональных компьютерах, нужно было создавать новые.

В 1989 году началось сотрудничество с молодой компанией ИВЦ «Поток» (организованной разработчиками «старой» программы «Поток», именем которой они назвали свою частную фирму). Разработчикам была поставлена задача практически заново создать программу для гидравлических расчетов, с учетом новых интерфейсных возможностей, предоставляемых персональными компьютерами. Уже через несколько месяцев появилась первая «пробная» версия такой программы, работающая на ПК под операционной системой DOS с графическими дисплеями CGA(640x480 точек, аж 256 цветов!) - инструмент для расчета гидравлических режимов тепловых сетей. А через год был реализован и принят в эксплуатацию программный комплекс, в состав которого входили первые версии программ, обеспечивающих функциональность того, что сейчас у ИВЦ «Поток» в линейке продуктов «CityCom-ТеплоГраф» называется «Базовым комплексом» с подсистемой «Гидравлика».

Исходными данными служили немасштабные оперативные схемы районов теплоснабжения, используемые группой режимов. Персональные компьютеры той поры обладали очень ограниченным вычислительным ресурсом, поэтому для уменьшения размерности модели в расчетной схеме отсутствовали тепловые камеры, запорная арматура в которых, как правило, не использовалась для производства переключений.

Примерно за 4 года силами одного специалиста отдела АСУ были созданы 12 схем - моделей магистральных теплосетей, соответствовавших эксплуатационным районам. Для ввода графических данных использовался дигитайзер (графический планшет, сегодня эти устройства уже практически не используются для оцифровки данных). Все районные схемы были независимыми друг от друга, план города имел очень условный характер, никакая координатная точность расположения сетей на геоподоснове (да и самой геоподосновы) вовсе не принималась во внимание (Рис.1). Тем не менее, на этих районных схемах была проведена достаточно полная паспортизация объектов теплосетей, рассчитаны и выверены номинальные гидравлические режимы по всем районам теплоснабжения.


В конце 90-х годов ИВЦ «Поток» была разработана версия «ТеплоГрафа» для Microsoft Windows, и начался перевод информационной системы под Windows. Перевод в среду Windows был проведен разработчиками с полным переносом всех данных из DOS-версии, с сохранением общей исходной конструкции – независимые районные схемы на отдельных фрагментах условной подосновы. При проверке функциональности нового варианта системы требование совпадения результатов расчетов было одним из основополагающих.

С 1999 по 2002 год произошли большие изменения на рынке геоинформационных (ГИС) систем. Появились масштабные цифровые планы городов, выполненные в общеупотребительных форматах, получили распространение инструментальные ГИС-системы разных производителей. Этот процесс не обошел и службы МТК. В службе технической диагностики была внедрена ГИС «Геобилдер» (разработка московской компании «Геокибернетика»), на средствах которой осуществлялись регистрация и анализ технического состояния трубопроводов по данным диагностики и тепловизорной аэрофотосъемки. В качестве опорного плана в этой ГИС была использована цифровая картографическая основа ЕГКО 1:10000, разработанная «Мосгоргеотрестом» (так называемый «десятитысячник с домами»). Стало очевидно, что графические схемы сетей, представленные в ГИС и в расчетной гидравлической модели, должны точно соответствовать друг другу в части графического представления.

Для приведения двух информационных систем в масштабно-графическое соответствие в качестве топоосновы в «ТеплоГраф» был загружен тот же план города, который использовался в ГИС «Геобилдер», а безмасштабное графическое представление расчетных схем тепловых сетей с помощью разработчиков и силами наших специалистов «подтянуто» к масштабной топооснове.

Одновременно с процессом графического преобразования модели было выполнено объединение 12 изолированных схем теплосетевых районов в одну полносвязную расчетную гидравлическую модель, координатно привязанную к ЕГКО 1:10000. Это стало серьезным прорывом, поскольку дало возможность моделирования сложных переключений с перераспределением нагрузок между разными теплоисточниками, затрагивающих два и более соседних района. Этот процесс преобразования данных в «ТеплоГрафе» занял около двух лет. Полученная в результате информационно-расчетная модель сетей без принципиальных изменений эксплуатировалась в Центральной диспетчерской службе ОАО «МТК» на протяжении почти десятка лет (Рис.2)

СОВРЕМЕННОСТЬ

В последние четыре года, начиная с 2008 года, состояние информационно-технической оснащенности диспетчерского управления ОАО «МТК» претерпело поистине революционные преобразования, сделав огромный качественный скачок в своем развитии.

Руководством ОАО «МТК» в 2007-2008 гг. были приняты решения о полном техническом перевооружении центральной и районных диспетчерских служб в части информационного обеспечения и средств автоматизации. Результатом этого решения стало рассчитанное на несколько лет поэтапное внедрение комплексного проекта АСДТУ (автоматизированная система диспетчерского и технологического управления), включающего в себя распределенную корпоративную информационную систему и состоящего из трех тесно интегрированных компонент:

Онлайн-мониторинг режимов и состояний (телеметрия) и диспетчеризация (телеуправление) на цифровых мнемосхемах всех объектов теплосети (районы, магистрали, источники, насосные станции, телемеханизированные камеры и т.п.);
ГИС с поддержкой всех типов графических представлений сетей (карта-схема, оперативная схема, эксплуатационная схема), и комплексом нормативно-справочной информации по оборудованию;
Полная расчетно-аналитическая модель системы теплоснабжения с совокупностью надстроек, необходимых для решения режимных и диспетчерских задач.

К реализации этого масштабного проекта были привлечены три подрядные организации, каждая из которых на протяжении многих лет ранее сотрудничала с ОАО «МТК», независимо друг от друга, каждая по своему «профилю». Это уже упомянавшиеся выше компании ИВЦ «Поток» (инструментальные средства расчетов и моделирования режимов) и «Геокибернетика» (ГИС, нормативно-справочная система, данные технической диагностики), а также компания «Сервис-Инжиниринг» (АСУ ТП, онлайн-мониторинг и диспетчеризация, техническое оснащение автоматизированных узлов). Роль координатора проекта со стороны подрядчиков выполняла компания «Сервис-Инжиниринг».

Перед исполнителями была поставлена задача реализовать функции «своих» частей проекта не изолированно друг от друга, а таким образом, чтобы они были объединены общим информационным пространством с перекрестным обменом данными, то есть представляли бы собой с точки зрения пользователей единую многокомпонентную конструкцию АСДТУ.

Подрядчикам удалось выполнить поставленную задачу: все компоненты АСДТУ объединяются в рамках единого информационного портала, доступного с любого рабочего места как в ЦДС, так и в районах, а доступная функциональность определяется делегированными правами пользователя.

Реализованная и внедренная в эксплуатацию система предназначена для решения трех главных задач оперативного диспетчерского управления: контроль, анализ и собственно управление (Рис.3).


Рис. 3. Три источника и три составные части АСДТУ.

Контроль

1. Наблюдение параметров режима во всех ключевых точках теплосети:

Реализуется функциями АСУ ТП и SCADA-системы через сбор и доставку телеизмеряемых параметров режима и визуализацию их в режиме реального времени на мнемосхемах разного уровня детализации, а также на графических представлениях оперативных схем. Визуализация доступна как на экранах компьютеров стационарных рабочих мест и мобильных планшетных компьютеров, так и на экранах коллективного доступа, установленных в ЦДП и районных диспетчерских службах.

2. Сравнение текущих фактических параметров режима с расчетными - с целью обеспечения соответствия текущих параметров режима уставкам, заданным режимными картами (расчетным значениям):

Реализуется в среде интеграционного портала, где по контролируемым узлам (выходы источников, насосные станции, автоматизированные камеры) одновременно можно увидеть значения параметров режима, - заданные по режимным картам, измеренные датчиками на местности, полученные в результате расчета на модели, - и сравнить их между собой (Рис.4).


Рис. 4. Взаимосвязь укрупненных функциональных компонент АСДТУ.

3. Координация и обеспечение согласованности действий персонала районных диспетчерских служб:

Распределенная информационная система построена таким образом, что персонал ЦДП видит на своих экранах в точности ту же самую оперативную «картинку» по выбранным объектам наблюдения, что и персонал в районной диспетчерской службе. Таким образом исключается рассогласование процессов, наблюдаемых «онлайн», при проведении совместных действий (переключений) диспетчерами разных РДП и ЦДП, а также контроль со стороны ЦДП действий персонала районных служб при осуществлении ими самостоятельных режимных мероприятий.

4. Оперативное реагирование на «тревоги» (превышения заданных допустимых отклонений параметров режима от расчетных значений):

Выход измеряемых параметров режима вверх или вниз за границы допустимых отклонений, а также приближение к этим границам на заданные величины сопровождается визуальными и звуковыми сигналами тревог с локализацией на схеме местоположения «тревожного» объекта и выводом на экран текущих параметров режима, вышедших за допустимый диапазон. Иерархия «тревожных» сигналов различна для РДП и ЦДП - в ЦДП «чувствительность тревог» настраивается на наиболее важные точки наблюдения, главным образом это источники и насосные станции.

Анализ

1. Определение причин возникающих недопустимых отклонений параметров режима от расчетных значений:

За исключением случаев очевидных аварий, это в значительной степени эвристическая задача, для решения которой требуется совместный анализ большого количества разнородной информации о том «что должно быть» и о том «что есть» - начиная от состояния запорной арматуры и заканчивая анализом данных дефектоскопии и технической диагностики трубопроводов. От возможности получения всего объема требуемой для анализа информации информационно-техническими средствами одного компьютерного рабочего места существенно зависит скорость и достоверность получения ответа на вопрос о причинах произошедших недопустимых отклонений.

2. Ситуационный анализ альтернативных схем теплоснабжения в аварийных и предаварийных ситуациях и выработка оптимальных решений по переключениям (минимизация отключенной нагрузки при обеспечении допустимых режимов теплоснабжения):

Задача, решаемая исключительно с помощью многовариантного моделирования режимов на инструментальных средствах «электронной модели», позволяющих за считанные секунды получить однозначную рекомендацию по локализации аварии, и за минуты получить ответ на вопрос «что будет, если...?» для выработки альтернативных вариантов запитывания отключаемых фрагментов сетей с потребителями тепла. В результате сравнительного анализа различных вариантов «сборки» альтернативных временных схем теплоснабжения для каждой гипотетической или реальной аварийной ситуации может быть быстро и обоснованно выбран наилучший вариант действий, приводящий к требуемому результату с наименьшим ущербом для теплоснабжения потребителей.

3. Упреждающее моделирование нештатных ситуаций и планирование мероприятий по выходу из них:

В «свободное от работы рабочее время» персонал диспетчерских служб и инженеры по режиму могут на специально создаваемых для этой цели «модельных базах» в плановом порядке имитировать наиболее вероятные нештатные ситуации - для изучения их режимных последствий, поиску наиболее адекватных путей разрешения таких ситуаций и составления картотек так называемых «бланков переключений» для применения их в условиях ограниченного ресурса времени, когда гипотетически моделируемые нештатные ситуации происходят в реальности.

Управление

1. Выработка и реализация (контроль за реализацией) управляющих воздействий, обеспечивающих заданные параметры режимов теплоснабжения в каждый момент времени:

С помощью средств дистанционного управления динамическими элементами оборудования (насосные агрегаты, автоматизированная запорная арматура с электроприводом), предоставляемых SCADA-системой, диспетчер РДП или ЦДП может подавать команды на переключения и изменения режимов непосредственно из интерфейса мнемосхем на экране компьютера своего рабочего места, одновременно следя в режиме онлайн за изменениями технологических параметров (давления, расходы, температуры теплоносителя) с целью недопущения в процессе и в результате производимых переключений критических аварийно-опасных режимов.

2. Отслеживание текущего местоположения средств автотранспорта аварийных бригад, машин и механизмов; оптимизация маршрутов передвижения:

Весь производственный автотранспорт, машины и механизмы оснащены приемниками сигналов геопозиционирования GPS/GLONASS, что позволяет в каждый момент времени наблюдать их текущее местоположение на плане города со схемой сетей. Соотнесение данных о месте их назначения (например, место аварии) и текущего местоположения с информацией о дорожной ситуации, предоставляемой соответствующими интернет-ресурсами, позволяет задействовать те единицы техники, которые могут оказаться в месте назначения максимально быстро, с учетом прокладывания оптимального маршрута следования.

3. Автоматизированное ведение электронных журналов (протоколов) производства управляющих воздействий с возможностью ретроспективного анализа:

Все переключения - запорно-регулирующей арматуры, насосных агрегатов, режимов отпуска тепла на источниках - автоматически записываются в электронный журнал с фиксацией штампа времени и информации о том, кто произвел данное переключение и кто его зарегистрировал. В дальнейшем можно не только восстановить последовательность действий персонала при производстве имевших место переключений, но и средствами электронной модели проанализировать гидравлические режимы, имевшие место непосредственно до и после каждого произведенного переключения.

4. Планирование и реализация режимных мероприятий в связи с изменениями характеристик нагрузок и режимами выработки и отпуска тепла (стратегическое управление):

Поскольку как сами тепловые сети, так и источники тепла и, в особенности, присоединенные нагрузки постоянно меняются, необходимо предусматривать меры технического и режимного характера для перспективного планирования схемных решений - таким образом, чтобы обеспечить теплоснабжение в планово меняющихся условиях с минимальными технологическими и материальными издержками. Эта работа по планированию режимов теплоснабжения на каждый отопительный период обязательно проводится ежегодно. Огромный объем соответствующих расчетов по обновляемым данным службы присоединения и производственно-технического отдела осуществляется, как правило, в межотопительный период на средствах электронной модели. Разработанные таким образом зимние режимы записываются в систему в качестве «эталонных», с которыми диспетчерские службы впоследствии сверяются при управлении режимами в отопительный сезон.

Полносвязная расчетная модель, построенная на базе инструментальных средств ИГС «ТеплоГраф», в процессе реализации данного проекта была очень существенно дополнена и доведена до объема данных эксплуатационных схем. Степень детализации электронной модели стала, соответственно, примерно в пять-семь раз выше, чем на оперативных схемах, что позволяет решать не только задачи расчета и моделирования режимов, но и задачи локализации аварий с формированием подробных отчетов и сводок по всем объектам, попадающим в зону предполагаемого отключения (Рис.5).

Сводный экран диспетчера представляет собой интерфейсную среду портала АСДТУ, с отображением на нем укрупненной информации по системе теплоснабжения и возможностью переходов «вглубь» на различные уровни детализации и в окна функциональных подсистем (Рис.6)

Рис. 6. Сводный экран диспетчера с отображением основных параметров и "тревог".  

Следует отдельно уточнить, что весь функционал АСДТУ, реализованный в ОАО «МТК», доступен не только в ЦДП, но и во всех 12 эксплуатационных районах и внедрен в промышленную эксплуатацию. Персонал центральной и районной диспетчерских служб проходит плановое обучение, после сдачи сертификационного экзамена получая персональный именной доступ к системе в объеме функциональности, определенном производственными полномочиями.

Система АСДТУ продолжает развиваться, планируется как внедрение новых функциональных подсистем диспетчерского управления, так и сквозная интеграция с информационными ресурсами других служб предприятия - в первую очередь службы присоединения, где имеется собственный мощный аппарат учета абонентов с их характеристиками и тепловыми нагрузками.

Реализованный в ОАО «МТК» проект АСДТУ не имеет себе равных в мире по размерности связной расчетно-аналитической электронной модели системы теплоснабжения и объему содержащихся в ней данных среди информационных проектов, промышленно эксплуатируемых в теплоснабжающих организациях.