Обеспечение безопасности в системах управления зданиями
В связи со строительством в России зданий повышенной этажности в настоящее время среди ряда важных вопросов по выработке соответствующих стандартов по энергоснабжению зданий и др. рассматриваются вопросы обеспечения безопасности [1], [2].
С точки зрения безопасности высотные здания являются весьма уязвимыми. Это, прежде всего, связано с тем, что они имеют большие размеры, характеризуются использованием сложного инженерного оборудования и высокой концентрацией людей в одном месте.
Здания подвержены внешним воздействиям, в том числе террористическим. Даже одна авария может вызвать большую зону воздействия с трудным доступом к месту аварии, сложными противоаварийными мероприятиями и затрудненной эвакуацией людей. Поэтому при проектировании высотных зданий необходимо уделять повышенное внимание как известным решениям в области безопасности, так и новым решениям, которые иногда могут быть заимствованы из других областей техники.
Безопасность здания определяется всеми составляющими его компонентами: архитектурными решениями, используемым инженерным оборудованием, технико-организационными мероприятиями, системами управления и т. п.
Ниже с позиции обеспечения безопасности зданий и надежности оборудования рассматриваются системы управления инженерным оборудованием зданий (СУЗ).
КАЧЕСТВО КОМПОНЕНТОВ
Какие бы простые или сложные решения не реализовывались в СУЗ, основой надежности последних является надежность их компонентов. Это настолько очевидно, что не требует подробных пояснений.
Важнейшим принципом обеспечения качества компонентов является применение только стандартных, сертифицированных и многократно проверенных аппаратных и программных средств.
На рис. показана обобщенная структура СУЗ, включающая нижний уровень на базе управляющих контроллеров и местного («полевого») оборудования, уровень управления на основе серверов, объединенных с контроллерами локальной сетью данных, например, сетью с протоколом BAСnet, и уровень менеджмента, объединяющий рабочие станции с помощью шины данных Ethernet TСР/IP.
На каждом из трех уровней можно объединять оборудование различных фирм-производителей. Эта важнейшая возможность обеспечивает так называемую распределенную функциональность: каждый уровень может быть расширен до функциональных возможностей, требуемых заказчиком. Однако это объединение должно выполняться только на основе использования стандартных протоколов: BAСnet, M-bus, EIB, LON и др. Аналогично этому стандартное оборудование и программное обеспечение должны использоваться во всех других компонентах СУЗ.
СТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ СУЗ
Этот вид обеспечения надежности предполагает предотвращение аварий или локализацию их воздействия за счет определенного построения структуры СУЗ и соответствующей взаимосвязи ее частей. При этом должны предотвращаться отказы всей системы или заданной части системы при отказе какого-либо ее компонента.
Автономность частей СУЗ
Принцип автономности предполагает наличие иерархии независимых (или малозависимых) частей системы, среди которых можно выделить:
• контроллер;
• шкаф автоматики, содержащий один или более контроллер;
• несколько шкафов (контроллеров), связанных общим алгоритмом управления, сложной установкой или управлением в определенной зоне здания. Зоной здания может быть, например, функционально выделенная часть одного этажа, этаж здания или несколько этажей.
Каждая часть в этой иерархии должна работать как в составе системы, так и самостоятельно (автономно), даже если не работает связь с компьютером диспетчерского пункта (ДП). Так организованы системы большинства известных фирм-производителей.
Для обеспечения автономности шкафа или зоны обычно выполняются два условия:
1. Контроллеры в одном шкафу (в зоне) обмениваются информацией друг с другом по локальной шине связи без участия компьютера ДП. Так, например, в сети NovaNet может осуществляться перекрестная связь контроллера с контроллером и контроллера с многими контроллерами.
2. Шкаф (зона) должен включать функционально полный набор оборудования (контроллеров, датчиков и пр.) и алгоритмов.
Одним из примеров взаимодействия контроллеров между собой является их функционирование в здании мэрии г. Лондона, оснащенное автоматикой Sauter. Для поддержания параметров микроклимата на каждом этаже используются небольшие контроллеры, управляющие отоплением, охлаждением, фрамугами и жалюзи. Для реализации общего алгоритма управления на этаже контроллеры обмениваются информацией друг с другом.
Таким образом реализуется принцип автономной безопасности: каждая зона (установка) может работать независимо от других зон.
Топология локальных сетей
С точки зрения безопасности топология сетей должна оптимально соответствовать архитектуре здания и расположению оборудования при минимальной длине кабелей связи. Прокладка сети должна вписываться в существующие в данном здании максимально защищенные от внешних воздействий стояки и отдельные трубопроводы. Технические параметры сети не должны накладывать специальных ограничений и требований на размещение кабелепроводов.
В связи с этим, в одной системе должна обеспечиваться свободная топология сетей: линия, звезда, древовидная или кольцевая. Одним из распространенных вариантов является использование древовидной структуры:
Этаж — последовательная линия, соединяющая контроллеры этажа (ветвь);
Зона — несколько линий последовательной связи, соединенных между собой радиально (крупная ветвь);
Строение (башня, подиум, автостоянка) — магистральная линия связи (ствол).
Резервирование
Обычно резервируются центральные и наиболее ответственные части СУЗ:
• серверы и рабочие станции. В схеме на рис. обеспечивается «горячее» резервирование серверов и рабочих станций.
В системах без резерва отказ сервера (рабочей станции) прерывает обмен данных с уровнем управления. При «горячем» резервировании в случае отказа основной станции производится автоматический переход на резервную станцию, которая продолжит обмен данными и предотвратит их потерю.
• магистрали. Одной из возможностей увеличения надежности является резервирование магистралей. Здесь применяется либо только резервирование магистралей, например, использование коммутаторов (switch) для резервирования сегментов сети Ethernet, либо применение дополнительных магистралей с резервными контроллерами.
Распределенный менеджмент
На уровне менеджмента рабочие станции распределяются по выполняемым функциям. Наличие нескольких рабочих станций с разделением между ними различных задач по управлению и диспетчеризации увеличивает общую надежность СУЗ, даже в том случае, если не используется их взаимное «горячее» резервирование. При этом в случае аварии только часть функций системы может быть потеряна на некоторое время. За это время любая станция может быть переориентирована для выполнения функций отказной станции.
ПРОГРАММНО-ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ МЕРЫ
Обычно используется следующий арсенал средств:
• система паролей с регистрацией диспетчеров для предотвращения несанкционированного доступа в СУЗ;
• регистрация действий диспетчеров;
• журнал событий;
• журнал алармов;
• журнал регистрации времени наработки оборудования.
В системах ряда производителей предлагаются дополнительные средства:
— распределение алармов — с целью увеличения надежности получения сообщений об авариях и уменьшения времени реакции персонала алармы передаются на несколько рабочих станций, а также на личные мобильные телефоны определенных сотрудников;
— распределение архивов — основные архивы размещаются на серверах и рабочих станциях. Оперативные архивы событий и данных хранятся в каждом контроллере системы. Это позволяет восстановить развитие аварийной ситуации и выявить истинную причину ее возникновения даже в том случае, если будет потеряна связь контроллера и диспетчерского компьютера;
— программа регламентных работ — предлагается применять специальную программу, требующую от персонала обязательного периодического проведения тестирования системы и подтверждения этого тестирования с регистрацией результатов. Такая программа уменьшает возможность нарушения графика и содержания регламентных работ.
ОПТИМИЗАЦИЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ДАННЫХ
Одним из путей повышения надежности СУЗ является правильная организация работы персонала. В том числе его освобождение от излишней информации, затрудняющей правильную и быструю оценку ситуации. Для этого в современных SCADA системах применяются различные приемы фильтрации сообщений и оптимизации отображения параметров здания и его оборудования. Ниже эти приемы рассматриваются на основе NovaProOpen–Scada системы.
Передача, ориентированная на событие
Обмен данными основан на определении изменений значений величин (выше заданного порога) и состояний (статусов). Если таких изменений нет, система не посылает новых сообщений. Такой способ передачи данных оптимизирует процессы обработки и представления данных персоналу.
Векторная графика и масштабирование
Векторная графика позволяет реализовывать отображения, более доступные для восприятия оператором СУЗ по сравнению с растровой графикой. Одной из возможностей является масштабирование изображений.
В обычной обстановке оператору представляется лишь общий план здания. Однако при необходимости он может увеличить масштаб изображения интересующей его части здания и в деталях увидеть происходящие там события. Такой подход позволяет быстро реагировать на ненормальную ситуацию.
Иерархия изображений
Любой компонент автоматики здания может быть отображен путем использования двух оглавлений (меню):
• архитектурного;
• технологического.
Используя «архитектурное» оглавление, диспетчер (оператор) «перелистывает» следующие мнемосхемы:
• здание;
• строение;
• зона;
• этаж;
• комната (помещение).
Двигаясь по «технологическому» оглавлению, оператор перелистывает следующие мнемосхемы:
• все системы (перечень всех технологических систем);
• подсистема (например, «Вентиляция и кондиционирование»);
• установка (например, конкретный кондиционер).
Из одного оглавления можно просто перейти в другое оглавление (меню). Например, от мнемосхемы «помещение» можно перейти к отображению установок, которые обслуживают это помещение. Таким образом, оператор обеспечивается возможностью быстрого доступа к необходимому объекту контроля.
Приоритеты сообщений
Для информационных сообщений и алармов устанавливаются приоритеты, обеспечивающие, с одной стороны, быстрое получение информации оператором, с другой — отсутствие переполнения системы и внимания оператора.
Алармы разделяются на уровни приоритета:
• низкий — сообщение;
• средний — требуется вмешательство;
• высокий — требуется немедленное вмешательство оператора.
Имеются исходные события (алармы) и события (алармы), которые являются следствием исходных. Без специальной необходимости при появлении исходных алармов алармы-следствия не сообщаются операторам. Таким образом, происходит фильтрация «лишних» алармов.
В целом использование иерархии сообщений обеспечивает повышение надежности СУЗ.
САМОКОНТРОЛЬ СУЗ
В СУЗ применяются различные методы самоконтроля, пронизывающие всю структуру системы и ее отдельные элементы.
Самокалибровка полевого оборудования
Предлагаются приводы регулирующих клапанов и приводы воздушных заслонок, которые имеют возможность самокалибровки. Операция калибровки происходит по инициативе персонала, программы в контроллере или автоматически каждый раз после аварии в цепях напряжения питания.
Контроль питания в шкафах автоматики
В шкафах устанавливаются источники бесперебойного питания и схемы контроля питания. При пропадании питания:
• фиксируется сам факт пропадания питания шкафа. Информация об этом передается персоналу;
• некоторое время после отказа питания продолжают производиться измерения параметров и регистрируется аварийное развитие событий;
• насосы, вентиляторы и др. оборудование, при необходимости, безударно (поочередно) отключается. Информация об этом также поступает к персоналу.
После появления напряжения питания:
• происходит автоматический перезапуск контроллеров;
• часть оборудования, работа которого необходима для сохранения жизненно важных параметров, автоматически «безударно» (по заданной временной последовательности) включается;
• по другой части оборудования сигналы о возможности и необходимости его включения передаются персоналу.
Контроль исправности информационной сети, самоконтроль контроллеров
В системе программного обеспечения NovaProOpen используется программа постоянного мониторинга контроллеров, которая постоянно проверяет наличие обмена информацией между контроллерами и диспетчерским компьютером. Информация об отказе контроллера или участка сети оперативно передастся диспетчеру системы.
КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ
Контроль отклонения регулируемых параметров
Во всех СУЗ обычно используется контроль достижения минимальных и максимальных значений параметров: статических давлений, перепадов давлений, температур и пр. В рассматриваемом случае перечень контролируемых значений, предаварийные и аварийные допуски и реакция СУЗ на эти отклонения должны обсуждаться и приниматься с особым вниманием.
Контроль электроснабжения
Аварии в цепях электроснабжения являются одной из основных причин пожаров в зданиях. В зданиях повышенной этажности для предотвращения этого вида аварий предлагается применять известные способы автоматизированного контроля исправности цепей питания (разъединителей, трансформаторов, автоматов и т. д.) и качества электропитания: наличия перенапряжений, провалов, искажений формы и т. п. Способы для реализации этого достаточно хорошо известны. Например, используются многоканальные ваттметры фирмы «Шнайдер-Электрик» с выводом информации по протоколу Modbus.
Дополнительно рекомендуется применять программы энергетического менедж-мента. Так, фирмой Sauter предлагается программа EnBal (энергетического баланса), в которой предусмотрены средства накопления статистических данных о энергопотреблении и постоянный анализ этих данных. Одним из результатов этого анализа может быть автоматическое сопоставление реальных токов нагрузки с паспортными значениями токов нагрузки для реально включенных установок.
Такое сопоставление позволяет предсказать отказ установки и указать на необходимость ее профилактики или замены. В целом, использование программы может предотвратить пожары, вызываемые перегрузками в цепях электроснабжения.
Рассматриваемый перечень мероприятий по повышению надежности СУЗ с целью обеспечения безопасности зданий не претендует на полноту. Существует еще много общих и частных аспектов решения этой задачи. Задачей автора было лишь привлечение внимания специалистов к проблеме безопасности.
Литература:
1. Бродач М. М., Шилкин Н. В. Высотные здания // АВОК. — 2004. — № 1.
2. Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. — М.: АВОК–ПРЕСС, 2003.
| Автор: В. М. Бреннерман Дата: 11.08.2004 Журнал Стройпрофиль 5-04 Рубрика: безопасность. огнезащита Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |