Аннотация: В статье рассматриваются принципы построения и преимущества внедрения автоматизированной системы управления электропотребителями в составе современных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП). Показано, как интеллектуальное распределение нагрузки позволяет значительно снизить эксплуатационные расходы, повысить надежность оборудования и интегрировать ИТП в концепцию «умного здания».
Введение
Современный индивидуальный тепловой пункт (ИТП) — это сложный инженерный узел, оснащенный мощным электрооборудованием: циркуляционными насосами, насосами подмеса, системами автоматики и контроля. Их совокупная электрическая мощность может составлять десятки киловатт, что делает их одними из основных потребителей энергии в здании после систем освещения и вентиляции.
Однако, в отличие от последних, работа электропотребителей ИТП часто не оптимизирована с точки зрения электропотребления. Они включаются и отключаются без учета приоритета, времени суток и текущей нагрузки в здании. Решением этой проблемы является внедрение специализированной системы управления электропотребителями (СУЭП), которая превращает ИТП из пассивного потребителя в активный, управляемый элемент энергосистемы.
1. Цели и задачи системы управления
Основная цель СУЭП — минимизация затрат на электроэнергию при безусловном обеспечении теплового комфорта в обслуживаемых помещениях и сохранении ресурса оборудования.
Для достижения этой цели система решает следующие задачи:
- Приоритезация нагрузки. Все потребители ранжируются по степени важности. Например, циркуляционный насос системы отопления имеет высший приоритет, в то время как насос ГВС или резервный насос — более низкий.
- Ликвидация пиковых нагрузок. Система предотвращает одновременный пуск мощных электродвигателей (насосов), который приводит к резким скачкам потребляемого тока и перегрузке электросети.
- Учет зонного тарифа на электроэнергию. СУЭП может программироваться на снижение активности в часы максимальной стоимости электроэнергии (пиковые утренние и вечерние часы) и выполнение энергоемких задач (например, подогрев буферной емкости) в ночные часы по льготному тарифу.
- Контроль и диагностика. Система непрерывно мониторит ключевые параметры: ток потребления, напряжение, температуру двигателей, наличие фаз. При отклонении от нормы генерируется аварийный сигнал и/или отключается проблемное оборудование.
- Интеграция в общую систему управления зданием (BMS/BAS). СУЭП обменивается данными с вышестоящей автоматикой, предоставляя информацию о статусе, потребленной энергии и возникающих авариях.
2. Архитектура и принцип работы системы
СУЭП строится по трехуровневой архитектуре:
- Нижний уровень: Исполнительные устройства и датчики. К ним относятся:
- Частотные преобразователи (ЧП) для насосов. Позволяют плавно регулировать производительность, избегая высоких пусковых токов и экономя до 30-50% электроэнергии.
- Контакторы и пускатели для коммутации силовых цепей.
- Датчики тока (трансформаторы тока), датчики давления и температуры.
- Уровень управления: Программируемый логический контроллер (ПЛК). Это «мозг» системы. Он получает сигналы от датчиков и команд от оператора, выполняет заложенный алгоритм и выдает управляющие воздействия на частотные преобразователи и пускатели. Алгоритм включает в себя:
- Временные задержки между включением мощных потребителей.
- Логику приоритетов: при приближении к установленному лимиту мощности система поочередно отключает потребители низшего приоритета.
- Функции плавного пуска средствами ЧП.
- Верхний уровень: Диспетчеризация. Это интерфейс для оператора, который может быть реализован в виде:
- Локального пульта с кнопками и световой индикацией.
- Панели оператора (HMI) с сенсорным экраном для визуализации технологического процесса.
- Компьютера с SCADA-системой, позволяющей удаленно контролировать работу ИТП со всего объекта.
Принцип работы:
Для управления работой блока отопления и ГВС выбрано свободно программируемое реле.
Система отопления
Система отопления работает в зависимости от графика отопления. Контроллер настроен на ночное понижение температуры и утренний прогрев. Температуру наружного воздуха отслеживает датчик наружного воздуха.
Этот сигнал обрабатывается контроллером и сравнивается с сигналом погружного датчика температуры, который установлен на подающем трубопроводе системы отопления, если параметры температуры погружного датчика не соответствуют графику отопления, то контроллер дает сигнал на открытие или закрытие (Discret OUT) привода клапана рабочего, что приводит к увеличению или снижению температуры в системе.
Циркуляционные насосы отопления работают по принципу 1 рабочий и 1 резервный. Защита насосов от "сухого хода" осуществляется при помощи реле-прессостата встроенного в цепь управления магнитных пускателей насосов и установленного на трубопроводе всасывающей линии насосов системы отопления. В случае размыкания обоих контакторов насосов (Discret IN), контроллер пытается запустить насосы заданное количество раз с установленной задержкой по времени (Discret OUT), затем через установленное время выдается общий сигнал аварии насосов отопления (Discret OUT).
Работа насосов определяется по перепаду давления на насосах (Discret IN), при отсутствии перепада давления на насосах, контроллер выдает сигнал авария насосов отопления.
Система ГВС
Система ГВС работает на поддержание заданной температуры (СанПиН 2.1.4.2496-09). Постоянная температура задается в виде уставки в контроллере. Этот сигнал обрабатывается контроллером и сравнивается с сигналом погружного датчика температуры, который установлен на подающем трубопроводе системы ГВС. Если параметры температуры погружного датчика не соответствуют заданной уставке температуры, то контроллер дает сигнал на открытие или закрытие (Discret OUT) привода клапана, что обеспечивает поддержание заданной температуры в системе.
Циркуляционные насосы ГВС работают по принципу 1 рабочий и 1 резервный. Защита насосов от "сухого хода" осуществляется при помощи реле-прессостата встроенного в цепь управления магнитных пускателей насосов и установленного на трубопроводе всасывающей линии насосов системы ГВС. В случае размыкания обоих контакторов насосов (Discret IN), контроллер пытается запустить насосы заданное количество раз с установленной задержкой по времени (Discret OUT), затем через установленное время выдается общий сигнал аварии насосов ГВС (Discret OUT).
Система Вентиляции
Система вентиляции работает в зависимости от графика отопления. Контроллер настроен на ночное понижение температуры и утренний прогрев. Этот сигнал обрабатывается контроллером и сравнивается с сигналом погружного датчика температуры, который установлен на подающем трубопроводе системы отопления, если параметры температуры погружного датчика не соответствуют графику отопления, то контроллер дает сигнал на открытие или закрытие (Discret OUT) привода клапана рабочего, что приводит к увеличению или снижению температуры в системе.
Циркуляционные насосы вентиляции работает по принципу 1 рабочий и 1 резервный. Защита насосов от "сухого хода" осуществляется при помощи реле-прессостата встроенного в цепь. В случае аварии частотных преобразователей, на контроллер приходит сигнал "Авария ПЧ" (Discret IN), контроллер пытается запустить насосы заданное количество раз с установленной задержкой по времени (Discret OUT), затем через установленное время выдается общий сигнал аварии насосов отопления. Работа насосов определяется по перепаду давления на насосах (Discret IN), при отсутствие перепада давления на насосах, контроллер выдает сигнал авария насосов отопления.
Система подпитки
Система подпитки осуществляется по падению давления по сигналу (Discret IN) в обратном трубопроводе систем Отопления, теплоснабжения и ВТЗ. Насосы включаются при минимальном давлении в обратном трубопроводе, и выключаются при их нормализации.
3. Ключевые преимущества внедрения
- Экономия финансовых средств: Снижение потребления электроэнергии за счет ликвидации пиков и использования частотного регулирования приводит к прямой экономии на 15-25%. Возможность работы по зонному тарифу усиливает этот эффект.
- Снижение нагрузки на электросеть: Устранение пусковых токов увеличивает срок службы кабельных линий, распределительных щитов и трансформаторных подстанций.
- Продление ресурса оборудования: Плавный пуск и останов насосов значительно снижают износ механических частей (подшипников, уплотнений) и электродвигателя.
- Повышение надежности и безопасности: Автоматический контроль параметров и защита от перегрузок предотвращают аварийные ситуации и выход оборудования из строя.
- Автоматизация и удобство эксплуатации: Система работает автономно, минимизируя необходимость вмешательства персонала. Все данные архивируются для последующего анализа.
Заключение
Система управления электропотребителями ИТП — это не опция, а неотъемлемый элемент современного, энергоэффективного и интеллектуального теплового пункта. Ее внедрение окупается в кратчайшие сроки за счет значительного снижения эксплуатационных расходов. В условиях постоянного роста тарифов на энергоносители и ужесточения требований к энергоэффективности зданий, СУЭП становится стратегическим решением, обеспечивающим как экономическую выгоду, так и технологическую надежность инженерной инфраструктуры объекта.
