Автоматизированная информационная система мониторинга инженерных сетей

Проектирование системы следует проводить с соблюдением действующих правил, норм и требований.

Проектируемая система должна:

- быть устойчива к возможным разрушительным воздействиям внешних факторов при эксплуатации: механическим повреждениям, климатическим условиям, влиянию агрессивных сред и т.п.;

- учитывать при функционировании возможное влияние помех производственно-технологических процессов, радиоэлектронных, электронагревательных и вентиляционных приборов, транспорта, вероятного присутствия людей в непосредственной близости от работающих приборов пожарной сигнализации.

Информация о допустимых для системы воздействиях помех должна быть отражена в сопроводительной документации (техническом описании, паспорте, инструкции по эксплуатации и т.п.).

Требования к численности и квалификации персонала системы и режиму его работы

а) Требования к численности персонала

Система предназначена для специалистов предприятия ЕДДС ЖКХ.

Для работы с системой необходим один дежурный оператор в смену.

б) Требования к квалификации персонала

Для работы с системой пользователю необходимы базовые знания по эксплуатации автоматизированных систем и образование не ниже среднего профессионального.

в) Требования к режиму работы персонала

Режим работы персонала диспетчерской трехсменный по 8 часов или двухсменный по 12 часов.

Показатели назначения

Система предназначена только для данной организации и должна иметь возможность перераспределения обязанностей или расширения при изменении организационной структуры организации.

Требования к надежности

Надежность системы необходимо обеспечить профилактическим обслуживанием и резервированием. Требуется высокая надежность (не менее 15 тыс. ч наработки на отказ) технических средств и программного обеспечения.

Требования безопасности

Требования безопасности определяются документацией завода-изготовителя технических средств, действующими правилами электробезопасности и пожарной безопасности.

Конструкции изделий должны обеспечивать предотвращение или уменьшение до допустимого уровня воздействия на человека электрического тока и электромагнитного излучения.

Все внешние части изделия, находящиеся под напряжением, превышающим переменное напряжение 42 В и постоянное напряжение 110 В по отношению к корпусу, должны иметь защиту от случайных прикосновений обслуживающего персонала при эксплуатации изделий.

Изделия с сетевым питанием в металлическом корпусе должны иметь защитное заземление. Требования пожарной безопасности должны быть приведены в стандартах и технических условиях на изделия конкретных групп и видов.

Требования к эргономике и технической эстетике

В целях оптимизации информационного взаимодействия с техническими средствами должны быть выполнены следующие эргономические требования:

- рациональная компоновка технических средств на рабочих местах;

- оптимальное кодирование входной информации;

- рациональная организация диалогового режима работы.

Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы

Требования к необходимым площадям для размещения технических средств АИС МИС зависят от типа применяемого оконечного оборудования.

Площади для размещения персонала и технических средств, параметры сетей электроснабжения должны соответствовать Строительным Нормам и Правилам (СНиП).

Количество и квалификационный состав обслуживающего персонала определяется в зависимости от типа технических средств, в соответствии с требованиями завода-изготовителя и действующими нормативными документами.

Обслуживание технических средств АИС МИС осуществляется в соответствии с действующими технологическими процессами в организации с периодичностью, установленной заводами-изготовителями технических средств и согласовывается с фирмами, осуществляющими ремонт и профилактическое обслуживание системы.

Требования к защите информации от несанкционированного доступа

Защита информации в АИС МИС от случайных угроз должна осуществляться путем копирования информации один раз каждые сутки в конце рабочего дня.

Доступ к базам данных должен быть защищен паролями, устанавливаемыми администратором баз данных для конкретных пользователей, что обеспечит защиту передаваемой и хранимой информации от изменения, копирования и уничтожения.

Не должны допускаться неавторизованные попытки доступа к файлам системы и базам данных.

Должен вестись журнал ошибок и действий, угрожающих безопасности информации, таких как попытки несанкционированного доступа.

Политика организации по безопасности информации должна соответствовать Федеральному закону по информации, информатизации и защите информации.

Требования по сохранности информации при авариях, отказах технических средств

Сохранность информации в системе должна обеспечиваться при различного рода авариях, отказах технических средств, сбоях питания. Полное восстановление информации в базах данных должно происходить в течении суток с момента отказа системы. Для этого целесообразно проводить резервное копирование информации из баз данных на дополнительные носители каждые сутки в конце рабочего дня.

Требования к защите от влияния внешних воздействий

При эксплуатации технических средств должно быть обеспечено соблюдение требований завода - изготовителя к параметрам внешней среды.

Требования к патентной чистоте

Проектные решения разрабатываемой АИС МИС не содержат сведения, которые могут быть признаны изобретениями или открытиями.

Требования по стандартизации и унификации

В АИС МИС должно быть предусмотрено создание единых транспортных интерфейсов для графической и алфавитно-цифровой информации.

В АИС МИС предусмотрено применение стандартных пакетов прикладных программ с целью снижения трудоемкости разработки и сопровождения системы и повышения надежности функционирования.

Дополнительные требования

Дополнительных требований для АИС МИС не установлено.

Требования к функциям, выполняемым системой

Автоматизированная информационная система учета расхода воды должна обеспечивать формирование, получение, обработку, передачу и представление в заданном виде потребителю информации о расходе потребителями холодной воды.

Требования к видам обеспечения

Требования к математическому обеспечению

В качестве математического обеспечения используются стандартные алгоритмы, методики и модели.

Требования к информационному обеспечению

В состав информационного обеспечения должны войти инструкции по использованию личным составом подразделения АИС МИС (начальник и диспетчеры).

Основные требования к составу и форме входных документов (поквартирные карточки в электронной форме):

- простота и удобство заполнения и переноса на машинные носители;

- возможность получения отчетных данных.

Основным требованием, предъявляемым, к технологии сбора информации является то, что все действия с информацией должны быть зафиксированы в базах данных.

Требования к программному обеспечению

Программное обеспечение должно быть выполнено на языках высокого уровня и обеспечивать функционирование системы в режиме реального времени.

Требования к техническому обеспечению

Программное обеспечение устанавливается на оборудование диспетчерской, которое состоять из IBM совместимых компьютеров класса «AMD Athlon» с рабочей частотой не менее 2600Mhz, имеющие ОЗУ не менее 2000 Mb и видеопамятью не менее 512Mb. Помещения, в которых эксплуатируется вычислительная техника, должны соответствовать требованиям компьютерных технических систем по температурно-влажностному режиму, запыленности и уровню электромагнитных полей.

Требования к организационному обеспечению

В структуре АИС МИС необходимо создание службы сопровождения и эксплуатации, обеспечивающей круглосуточную работу системы.

При вводе системы в эксплуатацию необходимо провести обучение персонала работе с данной системой.

Лингвистическое обеспечение

Система не предусматривает специальных языковых средств. Диалоговый режим работы должен обеспечить ввод и обработку информации в естественном для персонала виде, за исключением администратора системы, который непосредственно не занят вводом и обработкой информации, а обеспечивает исключительно администрирование системы.

Состав и содержание работ по созданию системы

1. Предпроектное обследование объекта:

- изучение организационной структуры;

- изучение информационных потоков;

- изучение существующих технологий обработки информации;

- изучение входных и выходных документов;

2. Проектирование:

- разработка технического обеспечения;

- разработка информационного обеспечения;

- разработка программного обеспечения;

- разработка организационного обеспечения

3. Ввод в эксплуатацию:

- опытная эксплуатация;

- анализ результатов опытной эксплуатации;

- корректировка организационного, информационного и программного обеспечения;

- ввод в эксплуатацию.

Порядок контроля и приемки системы

Разрабатываемая система должна пройти испытания на исправность, надежность и соответствие цели создания системы.

В процессе разработки и ввода в действие АИС МИС должна пройти следующие этапы испытаний:

а) автономная отладка компонентов;

б) комплексная отладка АИС МИС;

в) пуско-наладочные работы и опытная эксплуатация на реальном объекте.

Во время опытной эксплуатации АИС МИС производится проверка функционирования ее в эксплуатационных режимах, соответствие функциям ТЗ, проверка на безопасность эксплуатации технических средств и выявления возможности ввода в эксплуатацию. Программа и методика проведения работ согласуется с заказчиком.

Для проведения приемо-сдаточных испытаний назначается комиссия, состоящая из представителей Заказчика и Исполнителя.

Комиссия проводит испытания в соответствии с утвержденной программой и методикой испытаний и настоящим техническим заданием.

Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в эксплуатацию

При выполнении ряда работ по вводу в эксплуатацию АИС МИС необходимо выделить два основных периода:

- организационно - подготовительный;

- опытную эксплуатацию.

В организационно - подготовительный период необходимо:

- обеспечить подготовку помещений;

- провести монтаж, наладку и испытание системы непосредственно на рабочих местах;

- провести обучение персонала работе с системой в соответствии с должностными и технологическими инструкциями, особенно обратив внимание на их действия в случаях сбойных ситуаций и выхода из них.

Целью опытной эксплуатации является отработка действий всех служб, участвующих в эксплуатации системы.

По окончании работ разработчик предъявляет заказчику документы, подтверждающие создание системы, а также документацию на саму систему.

Таблица 1 - План-график работ по созданию системы

Стадии разработки	Этапы и содержание работ	Ориентировочные сроки	Ответственный
1. Формирование требований к системе	1.1. Обследование объекта и разработка основных технических решений	10.04-10.05	Проектировщик
2. Техническое задание на АИС МИС	2.1. Разработка и утверждение технического задания 2.2. Определение очередности выполнения работ по системе	10.04-10.05	Проектировщик
3. Рабочая документация на АИС МИС	3.1. Разработка технической документации	10.05-10.06	Проектировщик

Требования к документации

Эксплуатационная документация на АИС МИС должна быть достаточной для ввода системы в действие и эффективной её эксплуатации.

Эксплуатационная документация должна содержать сведения, необходимые для быстрого и качественного освоения и правильной эксплуатации средств автоматизации АИС МИС, содержать указания по действиям персонала в аварийных ситуациях или при нарушении нормальных условий функционирования системы, не содержать сведений, допускающих неоднозначное толкование.

Перечень документации, предъявляемой разработчиком АИС МИС:

- техническое задание на АИС МИС;

- технорабочий проект;

- инструкции по эксплуатации для пользователей системы.

В зависимости от содержания этапов работы документы могут комплектоваться на систему в целом, составляющие ее задачи или комплексы функций.

Подлежащие разработке документы должны соответствовать требованиям стандартов на АСУ и межотраслевым НТД.

Перечисленная документация должна быть передана в печатном варианте и дополнительно в электронном виде.

Программное обеспечение должно быть представлено на CD-RW или DVD дисках.

Источники разработки

ГОСТ 34.602-89 Техническое задание на создание АС.

ГОСТ 34.601-90 Информационные технологии. Автоматизированные системы. Стадии создания.

2. Специальная часть. Разработка автоматизированной информационной системы мониторинга инженерных сетей

2.1 Характеристика проблемы

инженерный программный автоматизированный управление

В настоящий момент в ЕДДС ЖКХ отсутствует единая система мониторинга инженерных сетей, так же не реализована концепция единой справочной информации в данной предметной области. В связи с тем что, компьютеризация стала неразрывным спутником предприятия, необходимость разработки и внедрения подобной системы в данный момент ощущается особенно остро.

Проанализировав существующую систему по учету состояния инженерных сетей, были выявлены следующие проблемные места и недостатки:

нет возможности отслеживать в реальном времени возникновение аварийных ситуаций на инженерных сетях и принимать срочные меры по их локализации и ликвидации;

отсутствие возможности производить автоматизированный сбор данных о состоянии инженерных сетей;

отсутствие автоматического создания графика проведения технического обслуживания и ремонта сетей;

слабо организован поиск необходимой информации;

нет возможности генерации отчетов.

2.2 Постановка задач

На основании пожеланий и анализа существующих недостатков в процессе мониторинга инженерных сетей были сформулированы требования к разрабатываемой АИС МИС. Разрабатываемая система должна отвечать следующим требованиям:

1. Система должна иметь клиент-серверную архитектуру и использовать существующую базу данных под управлением СУБД MS Access.

2. Обеспечение многопользовательской работы: решение всех основных задач по мониторингу инженерных сетей в рамках единой информационной системы с возможностью быстрого доступа к необходимым данным для любого участника, в соответствии с его индивидуальными правами.

3. Охват всех этапов процесса мониторинга инженерных сетей, включая сбор и хранение данных о состоянии сетей, возникновении нештатных ситуаций, формирование отчетов, автоматическая подготовка документов в электронном виде (экспорт в Excel).

Постановка задачи построения базы данных

Дано:

Существующая база данных

СУБД MS Access

Методика построения реляционной базы данных

Недостатки существующей базы данных

Ограничение: модернизацию БД необходимо сделать с помощью существующих технических средств

Критерий: среднее время, необходимое для поиска информации и её выдачи:

ф^ср = ф_п^ср + ф_в^ср

где ф_п^ср - среднее время, затрачиваемое на поиск информации;

ф_в^ср - среднее время, затрачиваемое на выдачу информации.

Требуется:

Модернизировать базу данных с тем, чтобы она удовлетворяла ограничению и минимизировала критерий.

Постановка задачи построения автоматизированной информационной системы мониторинга инженерных сетей

Дано:

1) Действующая система сбора информации о состоянии инженерных сетей здания Администрации города Новокузнецка.

2) СУБД MS Access

3) Критерий: средние потери (тыс. руб.) от появления возможных нештатных ситуаций в инженерных сетях, зарегистрированные за 1 месяц.

4) Ограничение: система должна быть построена в рамках имеющихся технических средств в диспетчерской ЕДДС ЖКХ. В данный момент диспетчерская оснащена сервером, персональными компьютерами, принтерами.

Требуется:

Построить автоматизированную информационную систему мониторинга инженерных сетей, которая удовлетворяет ограничению и минимизирует критерий.

2.3 Характеристика объекта информатизации

Объект представляет собой 4-х этажное административное здание с цокольным этажом и техническим этажом (6 этажей). Объект включает в себя помещения общего назначения, служебные помещения администрации и инженерно-технического персонала, помещения общественного питания и коммерческие помещения.

Здание оснащено следующими инженерными системами, подлежащим диспетчеризации с центрального диспетчерского поста (ЦДП):

- вентиляция и кондиционирование:

- электроснабжение и электроосвещение;

- тепловой пункт;

- водоснабжение;

- лифты;

- системы автоматической противопожарной защиты здания.

Структурная схема инженерных систем приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Структурная схема инженерных систем здания

На объекте предполагается создание автоматизированной информационной системы мониторинга инженерных сетей (АИС МИС) на базе технологии LONWORKS с центральным диспетчерским постом (ЦДП) на первом этаже у главного входа в здание. Автоматизированное рабочее место оператора оборудуется персональным компьютером и специализированным программным обеспечением.

Технология LONWORKS позволяет создать полностью распределенную систему автоматизации и диспетчеризации объекта. Основанная на специализированном протоколе обмена, эта технология обеспечивает высокую отказоустойчивость и помехозащищенность. Ведущие производители промышленного оборудования поддерживают данную технологию и обеспечивают полную совместимость.

2.4 Структурная схема АИС МИС

Структура АИС МИС состоит из девяти взаимосвязанных блоков и приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Структурная схема АИС МИС

1) Инженерные сети: представлены системами тепло- и водоснабжения, вентиляции и кондиционирования, электроснабжения и электроосвещения и т.д. Датчики, установленные в системах, служат первичным источником информации для системы мониторинга.

2) Система сбора и обработки показаний с датчиков: контроллеры принимают и обрабатывают информацию с датчиков, установленных в инженерных системах здания.

3) Трансляция информации в базу данных: для передачи данных на сервер диспетчерской службы предназначен контроллер, установленный в подвальном помещении или на чердаке здания. Для приема информации в диспетчерской установлен Web-сервер, имеющий возможность принимать сигнал от контроллера здания через GSM-модуль или по сети Ethernet.

4) База данных: Web-сервер передает полученную от контроллеров информацию в базу данных для дальнейшей обработки и хранения.

5) Блок анализа: выполняет обширный перечень задач, которые необходимы для обеспечения надежной работы инженерных систем объекта.

Задачи блока анализа:

а) Моделирование работы оборудования объекта:

- отслеживание параметров оборудования, состоящее в регистрации и накоплении значений основных параметров оборудования, позволяющих проводить ретроспективный анализ их изменения. Это дает возможность предупреждать выход оборудования из строя, оценивать и учитывать его индивидуальные особенности;

- отслеживание конфигурации сети во времени, заключающееся в накоплении информации обо всех изменениях режима работы элементов сети. Данная информация позволяет проводить ретроспективные анализы работы диспетчеров и режимов сети.

б) Эксплуатационный анализ:

- прямой расчет потокораспределения, составляющий основу решения большинства задач. Входными данными в задаче являются параметры оборудования и объектов сети, состояния коммутаторов, значения нагрузок абонентов. Результатом расчета является потокораспределение целевого продукта внутри инженерной сети. Прямой расчет потокораспределения дает информацию о функционировании сети и качестве обеспечения абонентов услугой;

- расчет режима, в котором входными данными являются параметры оборудования и объектов сети, текущие состояния коммутаторов, значения нагрузок абонентов и список управляемых параметров оборудования, доступных для регулирования. Результатом расчета является режим. Расчет режима позволяет получить информацию о величине воздействия на сеть, которая необходима для ввода в режим, удовлетворяющий поставленным эксплуатационным и абонентским требованиям;

- расчет требуемых технологических параметров, для которого входными данными являются параметры оборудования и объектов сети, текущие состояния коммутаторов, значения нагрузок абонентов и список технологических параметров оборудования, доступных для изменения. Результатом расчета будет являться режим и набор измененных технологических параметров. С помощью данного расчета могут быть определены параметры оборудования для вновь создаваемой или реконструируемой сети, а также решена режимная задача при изменении регулируемых параметров элементов сети;

- расчет потерь, в котором входными данными являются показатели потокораспределения. Результатом расчета является набор значений энергетических, тепловых, мощностных или иных потерь для всех элементов сети и для сети в целом. Расчет потерь предоставляет информацию об эффективности функционирования сети. Кроме того, он позволяет выявлять «узкие места» сети и проводить экономическое обоснование для изменения конфигурации или параметров оборудования;

- поиск участков сети с заданной топологией, для которого входными данными являются показатели конфигурации сети, а выходными - участки сети с заданной топологией (например, односвязные участки);

- оптимизационные расчеты, в которых входными данными являются параметры оборудования и объектов сети, текущие состояния коммутаторов, значения нагрузок абонентов. Оптимизация производится по потерям, расходуемой энергии либо другим критериям. Результатом является оптимальный режим и набор измененных технологических параметров. Оптимизационные расчеты предоставляют информацию по оптимальному конфигурированию сети: выбор режима, в котором оборудование действует с максимальной эффективностью; возможная замена оборудования для достижения оптимального результата.

6) Результаты анализа и представление их диспетчеру: оформление результатов в удобной для восприятия таблично-графической форме и представление диспетчеру для выбора дальнейших действий.

7) Принятие решения: в случае штатной работы всех систем диспетчер производит отправку данных на журнализацию. При возникновении нештатных ситуаций формируется задание на устранение дефекта. После устранения дефекта так же производится отправка данных с указанием времени, места и причины возникновения дефекта, а также принятых мерах.

8) Задание на устранение дефекта: в зависимости от места возникновения нештатной ситуации происходит выработка управляющего сигнала обесточивание электросистемы здания, перекрытие клапанов на системе подачи водо - теплоснабжения, активация спринклерной или дренчерной системы пожаротушения.

9) Журнализация действий (событий): вся поступающая информация по событиям и действиям систематизируется в удобной для хранения форме.

2.5 Модернизация базы данных

Для полноценного функционирования автоматизированной информационной системы мониторинга инженерных сетей обязательным условием является наличие базы данных, которая будет хранить всю необходимую информацию. База данных должна удовлетворять всем необходимым требованиям предъявляемым системой. Основная задача базы данных состоит в обеспечении целостности хранения всей информации в требуемом виде и с требуемой надежностью.

Разработка модернизированной модели базы данных

В данной информационной системе база данных предназначена для учета и хранения информации о работе инженерных систем в штатных и нештатных режимах.

Для проектирования модернизированной модели базы данных необходимо четко определить, исходя из описания предметной области, какую именно информацию она должна хранить. Все данные хранятся в виде взаимосвязанных между собой сущностей. Каждая сущность является множеством подобных индивидуальных объектов, называемых экземплярами. Каждый экземпляр индивидуален и должен отличаться от всех остальных экземпляров. Атрибут выражает определенное свойство объекта. С точки зрения базы данных (физическая модель) сущности соответствует таблица, экземпляру сущности - строка в таблице, а атрибуту - колонка таблицы.

Построение модернизированной модели данных предполагает определение сущностей и атрибутов, то есть необходимо определить, какая информация будет храниться в конкретной сущности или атрибуте. Сущность можно определить как объект, событие или концепцию, информация о которых должна сохраняться. Сущности должны иметь наименование с четким смысловым значением, именоваться существительным в единственном числе, не носить «технических» наименований и быть достаточно важными для того, чтобы их моделировать.

Инфологическое проектирование

Инфологическое проектирование представляет собой процесс построения семантической модели предметной области. Результатом данного процесса является построенная логическая модель новой базы данных, определение всех сущностей и их атрибутов.

Модернизированная база данных, используемая в АИС мониторинга инженерных систем построена на СУБД Access и состоит из 74 сущностей. Приведем некоторые из них:

1. Сущность «АЦП» содержит информацию об аналого-цифровых преобразователях системы. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «АЦП» представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Сущность «АЦП»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
TimeVal	Дата/время	>01.01.2010 г.
IndexZone	Числовой	Not null
IndexDevice	Числовой	>0
ComputerlD	Числовой	>0
LogID	Числовой	>0
ADC	Числовой	>0
Status	Числовой	>0
GUID	Числовой	>0

2. Сущность «Порты компьютера» содержит характеристики компьютерных портов системы. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «Порты компьютера» представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Сущность «Порты компьютера»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
ComputerlD	Числовой	Not null
Number	Числовой	>0
Adaptor	Числовой	>0
PrAdaptor	Числовой	>0
PortType	Числовой	>0
AdaptorAddress	Поле MEMO (>256)
IP Address	Поле MEMO (>256)
ProtokolType	Числовой	>0

3. Сущность «Компьютеры сетевой группы» содержат данные по компьютерам, включенным в локальную сеть. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «Компьютеры сетевой группы» представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Сущность «Компьютеры сетевой группы»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
Gindex	Числовой	Not null
Name	Поле MEMO (>256)
Psevdonim	Поле MEMO (>256)
TCP IP	Поле MEMO (>256)
Gtype	Числовой	>0
Priority	Числовой	>0
Works	Числовой	>0
TypeEvents	Числовой	>0
IpReservSrv	Поле MEMO (>256)

4. Сущность «Устройства» содержит характеристики устройств системы. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «Устройства» представлен в таблице 5.

Таблица 5 - Сущность «Устройства»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
ComputerlD	Числовой	Not null
DevicelD	Числовой	>0
Address	Числовой	>0
GIndex	Числовой	>0
Name	Поле MEMO (>256)
Comment	Поле MEMO (>256)
GType	Числовой	>0
ItemType	Числовой	>0
State	Числовой	>0
Command	Числовой	>0
TimeOutControl	Числовой	>0

5. Сущность «Датчики» содержит характеристики датчиков системы, которые передают контрольные показания системе. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «Датчики» представлен в таблице 6.

Таблица 6 - Сущность «Датчики»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
Name	Поле MEMO (>256)
CountShl	Числовой	Not null
CountKey	Числовой	>0
CountReader	Числовой	>0
Comment	Поле MEMO (>256)
Face	Числовой	>0
Icon	Числовой	>0
ProtokolType	Числовой	>0
Interfaces	Числовой	>0
WorkLib	Поле MEMO (>256)

6. Сущность «Элементы устройств» содержит характеристики элементов устройств системы. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «Элементы устройств» представлен в таблице 7.

Таблица 7 - Сущность «Элементы устройств»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
DeviceType	Числовой	Not null
DeviceVersion	Числовой	>0
ElementType	Числовой	>0
Name	Поле MEMO (>256)
CountShl	Числовой	>0
CountKey	Числовой	>0
CountReader	Числовой	>0

7. Сущность «События» содержит перечень всех возможных ситуаций в системе. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «События» представлен в таблице 8.

Таблица 8 - Сущность «События»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
CharlD	Поле MEMO (>256)
Contents	Поле MEMO (>256)
Comment	Поле MEMO (>256)
RealEvent	Числовой	Not null
State	Числовой	>0
Category	Числовой	>0
FormatView	Числовой	>0
SoundNumber	Числовой	>0
AlarmLevel	Числовой	>0
GpEvent	Числовой	>0

8. Сущность «Повторное событие» содержит информацию только о повторных событиях в системе. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «Повторное событие» представлен в таблице 9.

Таблица 9 - Сущность «Повторное событие»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
ComputerlD	Числовой	Not null
Source	Числовой	>0
EventType	Числовой	>0
UnitID	Числовой	>0
ScriptID	Числовой	>0
Data	Числовой	>0

9. Сущность «Доступ в систему» содержит информацию о пользователях и данных для входа в систему. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «Доступ в систему» представлен в таблице 10.

Таблица 10 - Сущность «Доступ в систему»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
GroupID	Числовой	Not null
Mode	Числовой	>0
AccessID	Числовой	>0
Config	Числовой	>0
TimeZone	Числовой	>0
Anbpassback	Числовой	>0
PardonTime	Дата/время	>01.01.2010 г.
ConfirmID	Числовой	>0
ConfirmID2	Числовой	>0
Flags	Числовой	>0

10. Сущность «Групповые объекты» содержит информацию о группах однотипных объектов в системе. Перечень полей, их атрибуты и ограничения сущности «Групповые объекты» представлен в таблице 11.

Таблица 11 - Сущность «Групповые объекты»

Атрибут	Тип данных (длина)	Ограничение
GIndex	Числовой	Not null
ComputerlD	Числовой	>0
Name	Поле MEMO (>256)
Comment	Поле MEMO (>256)
State	Числовой	>0
Config	Числовой	>0
AlarmKey	Числовой	>0

Физическое проектирование

Этап физического проектирования модернизированной базы данных предусматривает принятие разработчиком окончательного решения о способах реализации новой базы. Поэтому физическое проектирование обязательно производится с учетом всех особенностей выбранной СУБД.

Созданные в базе данных MS Access таблицы, названия которых соответствуют именам сущностей инфологической модели, строки (поля) таблиц соответствуют атрибутам соответствующей сущности, показаны на рисунке 2.3. Это так называемая физическая модель базы данных. База данных проектируемой системы имеет разветвленную структуру с отношениями «один-ко-многим».

Рисунок 2.3 - Физическая модель базы данных (фрагмент)

2.6 Совершенствование технических средств в системе мониторинга

Системы вентиляции и кондиционирования

Автоматизации подлежат приточно-вытяжные системы вентиляции и холодильная машина для системы кондиционирования.

В качестве воздухоподготовительных установок используются агрегаты под управлением контроллеров LP-FX15072-000С производства Johnson Controls. Автоматика агрегата управляет вентиляторами, регенератором тепла, регулирует температуру, расход воздуха, время и режимы работы и выполняет много других внутренних и внешних функций, включая функции тревоги. Связь осуществляется по протоколу LonTalk технологии LonWorks.

Холодильная машина ХМ1 имеет собственную встроенную микропроцессорную систему управления. Для подключения к автоматизированной системе диспетчеризации предполагается использовать релейные контакты.

В автоматизированном режиме (из ЦДП) осуществляется контроль работы и управление параметрами (значения установок) оборудования. Управление данными системами осуществляется с целью поддержания тепловлажностных условий в помещениях здания, определяемых заданием Заказчика, требованиями санитарных норм, и, возможностью установленного на объекте технологического оборудования вентсистем.

Электроснабжение и электроосвещение

АИС МИС должна контролировать состояние сети электроснабжения и работы электрооборудования. В случае сбоев в системе электроснабжения информация поступает на ЦДП и сохраняется в архиве тревог.

Для управления работой систем освещения здания используются дополнительные контакты магнитных пускателей в электрических щитах.

АИС МИС также осуществляет ведение технического учета потребления электроэнергии на главных вводах ГРЩ.

Тепловой пункт

В тепловом пункте находится следующее оборудование, подлежащее диспетчеризации: насосные станции под управлением контроллеров Danfoss ECL200 и ECL300, имеющие встроенный Lon интерфейс, и тепловычислитель фирмы «Логика», датчики обнаружения воды в дренажных приямках для сбора воды.

Аварийные сигналы о работе насосного оборудования АИС МИС получает от контроллера Logo с интерфейсом Lon, установленного в тепловом узле.

Водоснабжение

От насосной станции системы водоснабжения информация в АИС МИС поступает через интерфейс RS485.

Лифтовое оборудование

Здание оборудовано 2-мя лифтами. АИС МИС необходимо контролировать работу и возникновение аварийных ситуаций в лифтовом оборудовании. Контроль оборудования лифтов осуществляется с клеммных колодок шкафов автоматики в шахтах на площадках последних этажей.

Кроме того, для обеспечения переговорной связи между каждой кабиной лифта и ЦДП используется специальный телефонный аппарат.

Системы автоматической противопожарной зашиты здания

Сигналы о тревогах и неисправностях систем АППЗ регистрируются на ЦДП.

2.7 Описание функций системы

Работа АИС МИС удовлетворяет следующим требованиям:

- работает в непрерывном, автоматическом, круглосуточном режиме;

- структура АИС МИС обеспечивает возможность поэтапного наращивания объема автоматизации, без изменения базовой концепции в процессе всего цикла эксплуатации данного здания;

- имеет возможность адаптации к изменению состава технологического оборудования инженерных систем;

- форма представления информации обслуживающему персоналу является наглядной, а работа с ней не требует специализированных знаний и навыков;

- способы передачи данных между средствами сбора информации и ЦДП обеспечиваются посредством использования сетей передачи данных, обеспечивающих необходимую производительность и надежность;

- обеспечивается получение, отображение и сохранение в архивах всей информации поступающей от инженерных систем на ЦДП.

Главное окно системы на экране компьютера в ЦДП показано на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Главное окно системы

Вентиляция и кондиционирование

Система обеспечивает полностью автоматический (без участия оператора) режим работы оборудования систем общеобменной приточной и приточно-вытяжной вентиляции с поддержанием заданной температуры воздуха в помещениях здания, в зависимости от внешних погодных условии и временного графика.

Предусмотрен дистанционный контроль вентсистем на ЦДП. Оператор имеет возможность контролировать параметры работы вентсистем.

Системы приточно-вытяжной вентиляции позволяет производить:

- пуск / остановка приточных установок;

- контроль температур приточного, вытяжного и наружного воздуха;

- возможность задания установки температуры приточного воздуха;

- сигнализация на ЦДП:

- о загрязнении воздушных фильтров установок;

- состояние приточных вентиляционных установок («Работает», «Не работает»);

- сигналы об авариях вентиляторов и насосов;

- сигнализация о состоянии ХМ1 («Работает», «Не работает»).

Внешний вид шкафа локальной автоматики показан на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Шкаф локальной автоматики

Экран системы вентиляции и кондиционирования показан на рисунке 2.6.



Рисунок 2.6 - Экран системы вентиляции и кондиционирования

Электроснабжение и электроосвещение

АИС МИС позволяет диспетчеру контролировать из помещения ЦДП электроснабжение и электроосвещение здания.

В случае сбоев в системе электрооборудования, информация поступает на диспетчерский пост и сохраняется в архиве тревог.

Главные распределительные щиты:

- контроль наличия напряжения;

- учет потребления электроэнергии питающей сети на вводах ГРЩ.

Управление освещением:

- контроль и управление группами освещения из ЦДП;

- возможность включения освещения по таймеру.



Рисунок 2.7 - Экран системы для управления освещением

Тепловой пункт

Тепловой пункт контролируется контроллерами Danfoss ECL200 и ECL300. На диспетчерском посту диспетчер получает значения:

- температура наружного воздуха;

- температура прямой воды системы отопления;

- температура обратной воды системы отопления;

- температура прямой воды системы вентиляции;

- информация о заданных значениях;

- температура прямой воды системы ГВС;

- работа насоса системы ГВС.

Предусмотрено снятие показаний тепловычилителя фирмы «ЛОГИКА»:

- температура прямой воды в тепловой сети;

- температура обратной воды в тепловую сеть;

- давление в прямом трубопроводе:

- давление в обратном трубопроводе:

- расход теплоносителя в прямом трубопроводе;

- расход теплоносителя в обратном трубопроводе;

- потребление теплоты зданием;

- суммарное потребление теплоты.

Предусмотрено предупреждение диспетчера о проникновении в помещение теплового пункта.

Рисунок 2.8 - Оборудование индивидуального теплового пункта

Рисунок 2.9 - Экран системы ИТП

Водоснабжение

Насосная станция контролируется контроллером Siemens Logo. На диспетчерском посту диспетчер получает значения о состоянии и авариях следующих систем:

- системы отопления:

- теплоснабжения приточных установок;

- подтягивающие насосы первичного контура;

- обогрев бассейна.

Насосная объекта обменивается информацией с системой АИС МИС по интерфейсу RS-485.

Диспетчер получает информацию о:

- работе оборудования;

- давлении воды на входе и выходе.

Дренажные приямки: предусмотрена сигнализация на ЦДП сигналов от датчиков наличия воды.

Лифтовое оборудование

Для контроля работы лифтового оборудования предусмотрена:

- переговорная связь между кабинами лифтов и ЦДП;

- сигнализация об открытии дверей шахты при отсутствии кабины на этаже;

- сигнализация о срабатывании цепи безопасности лифта.

Противопожарная зашита

Предусмотрено получение следующих сигналов от щита управления систем АППЗ:

- тревога «пожар»;

- неисправность ОПС;

- неисправность АПТ;

- состояние пожарных насосов пожаротушения;

- состояние системы дымоудаления;

- доступ разблокирован;

- лифты находятся на нижнем этаже.

2.8 Реализация аппаратной части

В качестве основной аппаратной базы для построения системы распределённого ввода-вывода выбрано оборудование компании WAGO серии 750 системы WAGO I/O. Протоколом взаимодействия составных элементов системы был определён протокол LonTalk.

Структура системы:

* полевая шина LonWorks со свободной топологией TP/FT-10, программируемые контроллеры 750-819 и базовые контроллеры 750-319 в качестве узлов сети;

* сетевой интерфейс (Remote Network Interface) iLON 100 компании Echelon;

* ОРС-сервер Easylon L компании Ge-sytec для сетей LonWorks;

* SCADA-система Citect (сервер и клиент).

Среди номенклатуры контроллеров серии 750 передачу данных по протоколу LonWarks поддерживают две модели: базовый контроллер 750-319 и программируемый контроллер 750-819.

Контроллер 750-819 является обычным программируемым контроллером, написание программ и конфигурирование которого осуществляются стандартным средством CoDeSys.

Базовый контроллер 750-319 не программируется и позволяет только напрямую преобразовывать сигналы на входах и выходах контроллера в сетевые переменные LonWorks.

Для создания и конфигурирования сетей LonWsrks, для добавления в проект контроллеров WAGO I/O используется стандартное средство компании Echelon - сетевой менеджер LonMaker. Для настройки и конфигурирования контроллеров 750-319 и 750-819 в проекте LonMaker применяется плагин (plugin) TOPLON-PR10 компании WAGO.

Максимальное количество сетевых переменных, которое поддерживает один контроллер. - 52. Соотношение между входными и выходными сетевыми переменными определяется стандартными шаблонами (template), которые устанавливаются вместе с плагином. Возможные соотношения (52 выходные переменные или 42 выходные переменные и 10 входных и т.д.) определяются выбранным шаблоном и не могут быть изменены произвольно. Шаблоны для контроллеров 750-319 и 750-819 отличаются: для 750-319 - RIO (remote input/output), для 750-819-PRIO (programmable remote input/output); конфигурирование контроллеров в плагине также немного отличается.

Для базового контроллера 750-319 плагин позволяет подтвердить или скорректировать состав контроллерной сборки, изменить имена и типы сетевых переменных, связать выходные сетевые переменные с физическими входами контроллера, а входные сетевые переменные - с физическими выходами, осуществить нормирование значений сетевых переменных при их связывании с физическими входами и выходами. Нормирование позволяет определить, какое значение будет принимать сетевая переменная при том или ином состоянии входа или выхода; нормирование выполняется и для дискретных, и для аналоговых значений.

Для программируемого контроллера 750-819 процесс конфигурирования выглядит следующим образом:

* стандартным образом создаётся проект в среде программирования CoDeSys;

* определяется состав контроллерной сборки:

* создаётся необходимая программа;

* определяются переменные, которые должны быть видны в качестве сетевых в сети LonWorks; для этих переменных в разделе Resources/PLC Configuration/Hardware configuration/Fieldbus variables выделяется адресное пространство в соответствии с их типами;

* при компилировании проекта генерируется символьный файл с расширением SYM, в котором содержится информация по выбранным переменным:

* этот файл подгружается в плагине программы LonMaker при настройке контроллера 750-819.

Далее процесс конфигурирования аналогичен конфигурированию контроллера 750-319.

Для программируемого контроллера 750-819 плагин предоставляет также возможность загрузки программы по самой сети LonWorks. Для этого при компилировании проекта должен быть сгенерирован файл программы с расширением HEX, который затем может быть загружен в контроллер через плагин.

На рис. 2.10 и 2.11 приведены экраны конфигурирования контроллеров.

Рисунок 2.10 - Конфигурирование базового контроллера в TOPLON-PRIO



Рисунок 2.11 - Окно LonMaker для контроллера 750-819

2.9 Кабельная система и электропитание оборудования

Кабельная система позволяет осуществить создание системы любой топологии. Это объясняется тем, что в данном проекте предусмотрена возможность изменения, как в составе оборудования подлежащего диспетчеризации, так и в определении мест, где может находиться оборудование.

Таким образом, кабельная система представляет собой набор щитов автоматики, связанных многожильным медным кабелем с главным щитом автоматики в ЦДП. Для магистралей используется кабель UTP4P-24AWG. В щитах организуется необходимая топология системы путем коммутации магистральных кабелей. Компьютер оператора (диспетчера) подключается к системе через Главный щит.

На основании выбранных типов оборудования подлежащего диспетчеризации формируется состав коммутационного оборудования. Шкафы выбираются с резервом в расчете на расширение системы.

Монтаж коммутационного и активного оборудования, контроллеров автоматики производится в монтажных шкафах Шкафы должны закрываться на ключ. Для помещений с влажными процессами, необходимо использовать шкафы в исполнении ГР 54.

Маркировка шкафов автоматики:

Каждый шкаф имеет присвоенный номер. Маркер состоит из префикса ЩА. номера этажа, и порядкового номера на этаже. Маркировка наносится на шкаф при помощи этикеток.

Пример маркировки: ЩА-2.1, где: 2 - номер этажа, 1 - номер шкафа.

Маркировка соединительных коробок:

Каждая соединительная коробка имеет присвоенный номер. Маркер состоит из префикса СК, номера этажа, и порядкового номера на этаже. Маркировка наносится на коробку при помощи этикеток.

Пример маркировки: CK-2.1, где: 2 - номер этажа, I - номер шкафа.

Многожильные медные кабели разделываются внутри шкафов автоматики или соединительных коробок. Кабели магистральной подсистемы подлежат обязательной маркировке. Кабель маркируется в соответствии с кабельным журналом. (Кабельные маршруты двух кабелей считаются идентичными, если кабели исходят из одного и того же шкафа и оканчиваются в одном и том же шкафу).

Кабель должен прокладываться без использования инструментов (запрещается использовать рычаги, блоки, лебедки).

Максимальный изгиб медного кабеля не должен быть меньше S-ми его внешних диаметров. При протяжке медного кабеля радиус его изгиба не должен быть меньше 16-ти внешних диаметров. Сгиб кабеля допускается под углом не более 90 град. Кабельные проводки выполняются в ПВХ трубах по стенам или потолку.

Подключение кабелей осуществляется методом под винт, соединение кабелей выполняется в коммутационных коробках или щитах.

Электропитание оборудования автоматики производится от сети выделенного электропитания или электросети аварийного освещения.

Все используемое оборудование, имеющее металлические корпуса подлежит заземлению. Заземление оборудования производится отдельными кабелями сечением не менее 6 мм² к общему контуру заземления здания.

3. Экономическая эффективность проекта

Создание автоматизированной информационной системы мониторинга инженерных сетей имеет большое значение с точки зрения получения экономического эффекта для предприятия, так как внедрение системы позволить получать экономию денежных средств.

Создание автоматизированной информационной системы мониторинга инженерных сетей позволит:

- производить оперативный контроль и управление устройствами жизнеобеспечения объекта непосредственно с центрального диспетчерского поста;

- отключать инженерные системы непосредственно после получения сигнала о возникновении неисправностей в этих системах;

- фиксировать нарушения работы всех систем в базе данных, что позволяет произвести необходимый анализ нарушений и принять меры по их устранению.

Таким образом достигается сокращение затрат на устранение аварийных ситуаций в инженерных системах здания, связанных с ликвидацией последствий аварий, повышается уровень обслуживания систем за счет своевременного принятия мер по предотвращению аварийных ситуаций.

3.1 Планирование выполнения работ

Разработка проекта потребовала усилий двух человек: руководителя проекта, инженера-проектировщика. Для более планомерного выполнения весь объем работ разбит на несколько этапов.

На первых из них необходимо осознать основные моменты поставленной задачи, определить последующий ход действий, сроки, составить техническое задание.

Далее следует найти и изучить информацию по данной теме, включающую сведения о методиках проектирования автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП), специфике работы ЕДДС ЖКХ.

Следующие этапы наиболее трудоёмкие - они включают: выбор системы, проектирование системы, настройку.

Ход работ показан в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Перечень этапов выполнения работ

Этапы работы	Исполнитель	Коэффициент Загрузки, %	Стоимость, чел./час	Трудозатраты чел./час	Срок исполнения, день
Постановка задачи и определение хода работ	Руководитель	80	101,2	13	2
	Инженер-программист	20	77,4	3
Анализ поставленной задачи	Инженер-программист	100	77,4	24	3
Изучение объекта автоматизации	Инженер-программист	100	77,4	40	5
Обзор литературы по теме проекта	Руководитель	10	101,2	4	6
	Инженер-программист	90	77,4	44
Составление плана работы	Руководитель	30	101,2	7	3
	Инженер-программист	70	77,4	17
Разработка информационного обеспечения	Инженер-программист	100	77,4	168	21
Отладка и тестирование	Руководитель	20	101,2	6	4
	Инженер-программист	80	77,4	26
Оформление проекта	Инженер-программист	100	77,4	56	7
Проверка проекта	Руководитель	100	101,2	32	4
Итого:	440	55

3.2 Состав сметы затрат на разработку информационной системы

В состав затрат на проектирование и создание автоматизированной информационной системы включается стоимость всех расходов для реализации комплекса работ в рамках данной разработки.

Затраты, необходимые для реализации системы, рассчитываются следующим образом:

З_пр = С_з\п + С_ВГФ + С_эл.эн + С_н.р + С_пр, (3.1)

где С_з/п - заработная плата исполнителей проекта руб.;

С_ВГФ - отчисления во внебюджетные государственные фонды, руб. (34% от фонда оплаты труда);

С_{эл. эн} - стоимость электроэнергии, руб.;

С_нр - накладные расходы, руб.;

С_пр - прочие затраты, руб.

Затраты на заработную плату и социальные отчисления разработчикам проекта

Предварительно были рассчитаны трудозатраты и стоимость часа работы участника проекта (чел./час). Расчеты производились по формуле 3.2 и 3.3.

Т_ор = Д_i * Д_раб, (3.2)

где Т_ор - затраты рабочего времени на выполнение определенного вида работ, час;

Д_i - количество рабочих дней, затраченных на выполнение i-го этапа работы, дни;

Д_раб - продолжительность рабочего дня, час.

С_чч = О_м/(К_рд*Д_раб), (3.3)

где С_чч - стоимость чел./часа, руб.;

О_м - месячный оклад, руб.;

К_рд - количество рабочих дней за месяц;

Д_раб - продолжительность рабочего дня, час.

Продолжительность разработки системы - 55 рабочих дней.

В разработке системы принимали участие два человека, поэтому расчет производится для 2-х рабочих мест.

Средняя заработная плата руководителя проекта составляет 25000 руб. в месяц. Вычисляем стоимость человеко-часа:

С_чч = 25000/(21*8) = 148,8 руб.

Средняя заработная плата инженера-программиста составляет 20000 руб. в месяц, тогда:

С_чч = 20000/(21*8) = 119,1 руб.

Отчисления на заработную плату в рамках проекта будут рассчитываться для каждого этапа по формулам 3.4-3.7:

С_з/п = С_окл + (С_окл * 0,3), (3.4)

где С_окл - зарплата по окладу, руб.;

0,3 - районная надбавка 30%

С_окл = С_ч * Т_зат (3.5)

где С_ч - среднечасовая оплата, руб.;

Т_зат - трудозатраты за весь срок работы, час

С_ч = О_м/(40* Р_н) (3.6)