Введение
Инженерные сети, являясь основой инженерной инфраструктуры, в значительной мере определяют устойчивость развития как промышленных, так и социально-экономических территориальных образований. Надежность функционирования, качество транспортировки технологических и энергетических продуктов при эксплуатации инженерных сетей зависят от эффективности проведения процесса мониторинга их текущего состояния.
Инженерные сети осуществляют централизованное снабжение рассредоточенных потребителей электрической и тепловой энергией, топливом, водой или другими транспортируемыми продуктами. Спектр объектов, представляющих в совокупности инженерную сеть, весьма широк и разнообразен. Кроме того, инженерные сети имеют четкую ведомственную принадлежность, которая диктуется, главным образом, видом транспортируемого продукта, а также технологией его добычи, переработки, транспортировки и потребления.
К инженерным сетям относятся:
· кабельные сети - электрические воздушные, электрические кабельные подземные, низкого высокого напряжения, контактные сети, телефонные сети; сети передачи данных (электрические, оптоволоконные), телерадиосети;
· трубопроводные сети - водоснабжение (горячее, холодное), водоотведение (бытовая, ливневая, техническая канализация), теплоснабжение (с разными теплоносителями), газопроводные, нефтепроводные, продуктопроводные, вентиляционные, пневматические;
· дорожные сети: автомобильные и рельсовые дороги и т.д.
Несмотря на значительные различия в типе транспортируемого продукта и технологиях, используемых эксплуатационными организациями, современные инженерные сети характеризуются рядом общих специфических особенностей:
1) обширным территориальным распределением и огромным числом элементов, формирующих систему;
2) непрерывным развитием в пространстве и во времени;
) сложной иерархической структурой управляемой и управляющих систем и непосредственным наличием субъекта в контуре управления;
) непрерывностью во времени процессов транспортировки и распределения целевого продукта;
) высокой степенью централизации управления с одновременной децентрализацией оперативного управления технологическими процессами транспортировки и распределения целевого продукта;
) инерционностью процессов транспортировки продукта и необходимостью создания его оперативных запасов в резервуарах и хранилищах.
При наличии возможности мониторинга инженерных сетей реализуются следующие важные задачи:
) задача оперативного получения информации об инженерных сетях в любой части интересующей территории, включая здания и сооружения;
) задача совместного представления различных инженерных сетей на едином плане (топооснове), реализуемая с использованием задачи систематизации на топографической основе информации об объектах сетей;
) задачи полного отслеживания неисправностей, регламентных и ремонтно-восстановительных работ, а также контроля их сроков и качества выполнения;
) задача ведения архива документов по всем объектам сети и эксплуатационным событиям, по результатам которой осуществляется сбор данных для решения задачи автоматизации формирования текущих документов и выходных форм отчетности;
) задачи информационного обеспечения для планирования работ по реконструкции и ремонту инженерных сетей, а также автоматическое отслеживание остаточного ресурса оборудования.
Вышеперечисленные задачи необходимо решать различным службам предприятий, эксплуатирующим или проектирующим соответствующий вид инженерных сетей. Сегодня невозможно себе представить, чтобы эти задачи решались без применения современных компьютерных технологий, что подразумевает создание автоматизированной системы управления инженерной сетью.
Автоматизированная информационная система, способная решать вышеперечисленные проблемы управления инженерными сетями того или иного типа, должна включать механизмы реализации формализованного математического описания модели данных геоинформационных систем (ГИС) с широкими возможностями по представлению неметрических отношений между пространственными объектами, а также методы и алгоритмы решения прикладных задач управления инженерными сетями и инструментальные средства для создания и развития программного обеспечения проблемно ориентированных ГИС. Возможным решением описанных выше задач является использование геоинформационных технологий в процессе эксплуатации инженерной сети, предназначенных, прежде всего, для создания базы данных об истинных параметрах и топологии сети [1].
Целью дипломного проекта является создание автоматизированной
информационной системы мониторинга инженерных сетей на базе Единой
дежурно-диспетчерской службы жилищно-коммунального хозяйства (ЕДДС ЖКХ)
Администрации города Новокузнецка.
1. Общая часть. Характеристика объекта автоматизации и действующей системы-прототипа
.1 Современное состояние систем управления инженерными сетями
Современные центры обработки данных - это экономически оправданные решения, консолидирующие ИТ-ресурсы организации и способные значительно сократить общие расходы на ИТ за счет внедрения централизованной модели вычислений. Однако постоянное усложнение ИТ-инфраструктуры, увеличение энергопотребления и тепловыделения в ЦОД накладывают на работу обслуживающих инженерных подсистем ряд дополнительных требований: очень высокая надежность, управляемость, безопасность, адаптивность к изменениям внешней среды.
Системы мониторинга и управления обеспечивают автоматическое управление и диспетчеризацию инженерного оборудования здания, работу агрегатов, поддержание заданных параметров работы оборудования и их оперативного изменения.
Автоматизации и диспетчеризации подлежит следующее инженерное оборудование:
• система вентиляции и кондиционирования воздуха;
• система теплоснабжения;
• система холодоснабжения;
• системы электроснабжения;
• противопожарное оборудование и устройства пожаротушения;
• системы безопасности.
Надежности подобных систем и упреждению будущих проблем сегодня уделяется очень большое внимание. Круглосуточный мониторинг, комплексный анализ параметров оборудования, предупреждение отказов и минимальное время реакции - это важнейшие требования к диспетчерским службам, контролирующим инженерные подсистемы ЦОД, а работа персонала в подобных службах становится все более ответственной.
Автоматизированная система диспетчеризации и управления (АСДУ) представляет собой целостную платформу для управления всеми инженерными подсистемами и создается как многоуровневая автоматическая система, обеспечивающая контроль состояния и управление технологическим оборудованием ЦОД с выводом данных на экраны автоматизированных рабочих мест операторов. АСДУ ведет непрерывный мониторинг инженерных систем с регистрацией основных параметров и обеспечивает контроль и управление инженерным комплексом из единого диспетчерского центра.
Организация диспетчерского центра на основе решения АСДУ позволяет внедрить новые стандарты качества в управление эксплуатационно-обеспечивающим оборудованием, повысить эксплуатационную готовность ЦОД, снизить текущие затраты на управление инженерными системами, обеспечить документирование и протоколирование сбоев, создать базу для оперативного устранения аварийных ситуаций.
Современная АСДУ имеет трехуровневую архитектуру.
Нижний уровень образуют периферийные устройства и инженерное оборудование, формирующие первичные данные.
Второй уровень - контроллеры, принимающие и обрабатывающие информацию, и сеть передачи данных.
Верхний уровень - это ПО, предоставляющее средства визуализации, архивации, публикации поступающие данных.
На рабочие места диспетчеров (АРМ) поступает структурированная консолидированная информация в нужном формате. Аналитический модуль постоянно отслеживает рабочие параметры систем на предмет отклонения от нормы и способен автоматически запускать процедуры согласно заложенным инструкциям, например, подать сигнал тревоги или запустить аварийный дизель-генератор. Важная задача аналитического модуля - заблаговременные предупреждения о грядущих отказах.
Собранные данные можно:
• передать операторам и представить их в легко читаемом виде;
• сохранить в базе данных;
• проанализировать и представить в виде статистических отчетов;
• использовать как управляющий сигнал при реакции на определенные события для запуска систем в автоматическом режиме.
В состав решения может входить система видеонаблюдения, одновременно с сигналом тревоги выводящая картинку с аварийной подсистемой на монитор оператора. Как правило, в системе предусмотрен Web-интерфейс, кроме того, ее можно интегрировать с системами мониторинга ИТ-инфраструктуры ЦОД.
Инженерные системы ЦОД состоят из множества взаимоувязанного оборудования, поэтому при наступлении какого-либо тревожного события бывает трудно определить, где конкретно возникла проблема. Для примера возьмем проблему в контуре питания, между распределительным щитом и активным сетевым оборудованием. Система локализует проблему, определяет уровень возможных последствий и отображает информацию о конкретной системе в окне тревог. Экранная форма со схемой системы показывает отношения между взаимосвязанным оборудованием и возможными последствиями неполадок в отдельных компонентах.
АСДУ централизованно фиксирует событие в базе данных и оповещает диспетчера о возникновении проблемы и необходимости ее разрешения. Далее система определяет уровень серьезности происшествия и присваивает событию определенный приоритет. Приоритет необходим, чтобы повысить эффективность реакции персонала на происшествие. Например, если сработавшая сигнализация говорит о необходимости замены фильтра системы кондиционирования воздуха, оператор должен понимать, в какие сроки и с каким приоритетом разрешить сложившуюся ситуацию.
Одна из важнейших функций АСДУ - своевременное оповещение о возникших ситуациях всех ответственных лиц, обслуживающих подсистемы ЦОД. Система имеет функции оперативного оповещения диспетчеров, администраторов и руководящих лиц объекта по электронной почте или посредством сообщений SMS, а также интегрируется с другими доступными способами сигнализации в соответствии с установленным регламентом.
Система выводит сообщения о выходе отслеживаемых параметров за установленные ранее пределы, а также сообщения о критическом времени наработки эксплуатируемого инженерного оборудования. Например, это могут быть данные о состоянии аккумуляторных батарей, температуре и влажности в стойках. Информация представляется в доступном для администраторов и диспетчеров и легко читаемом виде.
Мониторинг и фиксация критических изменений параметров окружающей среды ЦОД.
Отказ оборудования может быть следствием не только слишком высокой температуры, но и быстрого ее изменения. Система отслеживает температуру и влажность на уровне стоек с оборудованием и оповещает диспетчера о том, что зафиксированы потенциально опасные значения температуры и влажности. Хронологические данные и параметры окружающей среды могут выводиться в виде легко читаемых графиков.
Мониторинг и фиксация изменений в потреблении электропитания активным оборудованием.
По мере появления в ЦОД нового оборудования потребности в электропитании и охлаждении могут превзойти имеющиеся ресурсы, результатом чего станут перебои в работе. В частности, инженерные системы ЦОД требуют дополнительного внимания по мере старения батарей ИБП. Уровень старения батарей зависит от интенсивности их использования и температуры. АСДУ отслеживает потребление тока для каждой ветви цепи или стойки и оповещает ответственных лиц о ситуациях, грозящих возникновением перегрузки. Она также информирует их обо всех ИБП, у которых время автономной работы оказывается меньше минимума или у которых превышается пороговое значение нагрузки.
Отслеживание электропитания оборудования.
Неисправность оборудования или линий подачи электропитания, а также некорректные действия обслуживающего персонала могут привести к обесточиванию оборудования. АСДУ оперативно оповещает диспетчера о наличии или отсутствии питающего напряжения на потребителях.
Отслеживание качественных и количественных характеристик электропитания.
Некачественное электропитание приводит к выходу из строя или преждевременному износу оборудования. Изменение нагрузки на систему электропитания (включение / выключение климатического оборудования, добавление оборудования ЦОД и т.д.) может повлечь за собой ситуацию, когда система бесперебойного электропитания не в состоянии обеспечить резервирование. АСДУ предоставляет обслуживающему персоналу централизованную информацию о качестве электропитания и распределении нагрузки по ЦОД в режиме реального времени, а также сохраняет эту информацию в базе данных для дальнейшего выяснения причин отказа оборудования.
Определение надежности электропитания.
Оперативное отслеживание состояния оборудования, которое обеспечивает гарантированное и бесперебойное электропитание (ИБП, ДГУ), невозможно без централизованного сбора и отображения информации с этих устройств. АСДУ предоставляет диспетчеру централизованную информацию о состоянии обеспечивающего оборудования.
Обеспечение температурного режима работы оборудования.
Климатический режим ЦОД может нарушаться из-за неправильных режимов работы климатического оборудования. Из-за неравномерного распределения оборудования в ЦОД иногда возникают зоны локального перегрева, что может потребовать изменений в режимах работы климатического оборудования. Обслуживающий персонал не всегда замечает временный выход температуры или влажности за пределы нормы, что приведет к проблемам при определении причин сбоев в работе активного оборудования. Кроме того, климатический режим ЦОД может нарушаться из-за неправильных режимов работы или аварий на климатическом оборудовании. АСДУ отслеживает температуру и влажность в телекоммуникационных стойках и оповещает диспетчера о том, что они достигли потенциально опасных значений, а также сохраняет эту информацию в БД и выдает ее в удобном для последующего анализа виде. Система предоставляет диспетчеру интерфейс для изменения режимов работы климатического оборудования и оперативно оповещает ответственных о сбоях в его работе.
На АСДУ также возложены функции минимизации последствий пожара в ЦОД. При возникновении пожара несвоевременное оповещение персонала, а также работа кондиционеров и несогласованность работы других подсистем в ЦОД может осложнить работу системы пожаротушения и снизить ее эффективность. АСДУ оповещает диспетчера о срабатывании пожарной сигнализации и станции пожаротушения, а также имеет возможность автоматически отключить кондиционеры и вентиляцию. После срабатывания системы пожаротушения необходимо определять качество воздуха в помещениях и выводить эту информацию на АРМ диспетчера.