CC BY
39
ГЛАВА 4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ И КОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ, ПРОИЗВОДСТВЕ И ОБРАЗОВАНИИ
УДК 620.536.66 Виноградов А.Н.
ФГБУН «Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН», Владивосток, Россия ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ «ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ» И ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ WI-FI ДЛЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ОБЪЕКТАХ ЖКХ
В докладе рассматривается организация системы мониторинга температуры в помещениях, объекта теплопотребления, на базе датчиков, передающих данные по каналу WI-FI. Приводятся основные возможности для энергосбережения тепловой энергии с использованием автоматизированных систем погодного регулирования. На основании анализа данных, полученных с датчиков, оценивается соответствие заданных параметров энергосберегающих режимов параметрам комфортных условий в помещениях Ключевые слова:
энергосбережение тепловой энергии, учет тепловой энергии, интернет вещей, датчики температуры WIFI
Эффективность применения на объектах ЖКХ автоматизированных тепловых пунктов, регулирующих потребление тепловой энергии в зависимости от изменения температуры наружного воздуха, показана на многочисленных объектах [1,2] и в последние годы не вызывает сомнений. Но недостатком данных систем (рис.1) является отсутствие данных по температуре внутри помещений. В связи с этим настройка самой системы управления сводится к заданию в параметрах регулятора теоретического температурного графика по нескольким точкам. Данное мероприятие не всегда приводит к оптимальному режиму теплопотребления, а в некоторых случаях и к необоснованному перерасходу тепловой энергии. Устранить данный недостаток в большой степени позволяет использование новых информационных технологий.
В последние годы в области информационных технологий сформировалось новое направление, так называемое «интернет вещей» [3]. Этому поспособствовало повсеместное использование беспроводных сетей и облачных вычислений. Одной из таких популярных сетей получила распространение сеть Wi-Fi. Использование существующей сети позволяет существенно сократить расходы на организацию канала для передачи данных. На основе микроконтроллера ESP8266 компании Espressif (рис.2) специалистами инжиниринговой компании ЗАО Вира, ООО Инфовира и ИАПУ ДВО РАН были созданы устройства для передачи измеренной температуры на сервера в интернете с заданным периодом времени. Настройка датчика производиться при помощи веб-интерфейса с использованием любого устройства, поддерживающего сеть Wi-Fi. Измерение температуры производится выносным датчиком D18B20.
Рисунок 1 - Схема автоматизированного теплового пункта
Использование данных от датчиков, устанавливаемых в помещениях объекта теплопотребления, позволяет перейти к автоматической корректировке настроечных параметров системы регулирования отоплением для любого объекта без участия человека по схеме, представленной на рисунке 3.
В части дистанционного контроля и управления системой погодного регулирования отоплением по
каналу связи GSM специалистами ИАПУ ДВО РАН разработано специальное программное обеспечение (Рис.4), которое позволяет контролировать все параметры системы, а так же выявлять нештатные ситуации, связанные с работой автоматизированного теплового пункта, возникающие в процессе эксплуатации (Рис.5.) [4].
Рисунок 2 - Внешний вид контроллера ЕБР8266 и устройства для передачи данных по температуре в
помещении
Управление отоплением жилого дома
Рисунок 4 - Пример интерфейса программы для удаленной настройки и мониторинга контроллера
погодного регулирования ЕСЬ210/310
Рисунок 5 - Пример нештатной ситуации
На основе измерений температуры в помещениях, получаемых от датчиков, на серверах формируется архив данных, который впоследствии преобразовывается в графический или табличный вид для дальнейшего анализа. Безусловно, для формирования полной картины теплового состояния здания, необходима установка датчиков во всех помещениях. Но реализация такого масштабного мониторинга в настоящее время ограничена решением финансовых и организационных вопросов.
Рассмотрим помещения, наиболее подверженные изменениям климатических условий, расположенные на северной и южной стороне здания. На рис.6 представлен типовой график изменения температуры в жилом помещении. Наблюдаемое на графике довольно быстрое, периодическое снижение температуры, менее чем за 10 минут в среднем с 23 градусов до 16 градусов связано с проветриванием помещения.
Рисунок 6 - График изменения температуры в жилом помещении
В помещениях, расположенных на южной стороне здания, наблюдается пик температуры, приходящийся на 16 часов, связанный с дополнительным нагревом солнечной радиацией. Из рисунка 7, где представлено часовое распределение температуры в
помещении в течение суток, видно как в период с 13 до 17 часов возникает резкое увеличение температуры в среднем на 1,5-2 градуса (с 24 до 26 градусов). Соответственно в помещениях на северной стороне данных пиков не наблюдается.
Рисунок 7 - Распределение температуры по часам суток в южном помещении
Рассмотрим изменение температуры в помещении при переводе системы отопления в ночной энергосберегающий режим. При таком режиме настройках автоматического регулятора задается расписание ночного понижения температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления. В данном примере понижение температуры теплоносителя производится с 0 часов до 5 утра на 8 градусов, что соответствует теоретическому снижению температуры в помещении на 3°С. Регулирование температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления, и в обычном и в энергосберегающем режиме осуществляется по заданному графику в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.
На рисунке 8 представлены графики изменения потребления тепловой энергии и расхода теплоносителя построенные по данным, полученным с приборов учета. Из графиков видно, потребление тепловой энергии и расход при ночном режиме энергосбережения снижается в среднем в два раза. Но температура в помещении, как видно из графика, представленного на рисунке 9 снижается всего на 1,5 градуса к 5 часам (с 25°С до 23,5°С), и возвращается к прежним значениям к 6 часам, то есть через 1-2 часа после выключения ночного режима.
Рисунок 8 - Графики тепловой энергии и расхода теплоносителя
Рисунок 9 - Изменение температуры в помещении в режиме ночного энергосбережения
Попробуем количественно оценить эффективность такого регулирования. Для этого будем основываться на предположении, что в период ночного энергосберегающего режима вместо 50% снижения потребления тепловой энергии, в обычном режиме потребление тепловой энергии составляет среднюю
величину за оставшееся время суток. Данное предположение основано на сравнении данных по месяцам двух отопительных периодов февраля 2016г. и февраля 2017г. При этом, как видно из рисунка 10, в феврале 2016 г. ночное понижение температуры не применялось.
-7^1
Рисунок 10 - Сравнение двух режимов
Таким образом, усреднив значения по часам суток (Рис. 11) получаем среднечасовое потребление тепловой энергии с 5 до 2 4 часов в обычном режиме 0,16 Гкал/час, тогда как в с 0 до 5 часов в
энергосберегающем режиме 0,092 Гкал/час. Соответственно суточное потребление составляет 3,84 Гкал в обычном режиме и 3,46 Гкал с учетом применения ночного режима, то есть на 9,8% меньше.
Ц СКУТЕР Потребители - [График: Влад восток. ООО УК Советского р-на-4, Кирова 9, открь
■ (ftiBiHffe t®iin™<™ -внш Kl —MW-SiM
График Владивосток. ООО УК Советско го р-на-4, Кирова 9, открытая (Отопление и ГВС):: 3h ергил
Ш Q Гкал/ч ш Щ Q-Q", Гкал/ч I |ЕП delta2 Q". % | П delta Q", % |
Ш Е 0.0046 0222 0 0042 0-219 0.0035 0-213 0.0036 0.210 0.0034 0.207 0.0032 ■ 0 204 о.ооз» ■ 0201 0.0025 dl 0.80 0.76 0.72 0.68 0.60
0.0026 °'198 0.0024 °-195 0.0022 0-192 0.48
°'0016 0.183 0.180 0.0012 ■ 0 0011 ш 0.0004 0.168 0.28 0.20 0.12
-0.0000 0.162 "о 0004 0-159 -0.000« 0.153 -0.001» 0.150 0.00 0.08 -0.12
-0.0014 0.144 "о 001« 0-141 0.20
-0.0022 °-135 -0.0024 0.132 -0.32 0.40
-0.002« ■ 0.126 -0.0032 0120 -0.0034 -0.0036 0,117 -0.0038 °и4 -0.004» ■ 0.111 -0.0042 0.Ю8 -0.52 0.60 0.68 0.72
-0.0046 0.102 -0.0048 -0.005» 0-099 :Е e
0» 0 02 03 04 OS 0 07 05 10 1 12 13 1 4 15 16 1 8 19 2 2-1 НИ
Нажмите Fl для справки Период: 14.01.1714 00 - 03.03.17 04:00 J
Рисунок 11 - получаем среднечасовое потребление тепловой энергии с 5 до 24 часов в обычном режиме
0,16 Гкал/час
Выводы:
Использование данной технологии в управлении отоплением позволяет решать проблему с отсутствием данных по температуре в помещениях объекта в применяющихся системах автоматического
регулирования тепловой энергией. Снижение теп-лопотребления при оптимальной работе системы управления по предварительной оценке составляет от 5 до 15%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов Р.С., Средства мониторинга, управления и диагностики систем автоматического погодного регулирования теплоснабжения // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 16-21.
2. Чипулис В.П. Выбор и оценка эффективности регулирования режимов теплопотребления // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. № 2. С. 193-197.
3. Kevin Ashton. That «Internet of Things» Thing. In the real world, things matter more than ideas. [Электронный ресурс] // RFID Journal (22 June 2009) URL: http://www.rfidjournal.com/arti-cles/view?4986
4. Волошин Е.В., Кузнецов Р.С., Раздобудько В.В., Чипулис В.П. Мониторинг, диагностика и телеуправление в системах теплоснабжения // В сборнике: Труды международной конференции "Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта ^AD/CAM/PDM - 2014)" Под редакцией Толока А.В.. 2014. С. 116-120.
УДК 621.396.9:021
Власов А.И., Григорьев П.В., Жалнин В.П.
ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана), Москва, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ В КОРПОРАТИВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ
Управление современными предприятиями не может быть эффективным без использования современных информационных технологий, предназначенных для обеспечения руководства необходимыми средствами оперативного управления финансово-хозяйственной деятельности, оптимального планирования ресурсов, а также управления технологическими процессами, интегрированными в единую CALS (Continuous Acquisition and LifeCycle Support) инфраструктуру. Внедрение RFID инфраструктуры — способствует обеспечению оперативного сбора данных об объектах на всех или отдельных этапах бизнес-процесса в режиме реального времени с помощью RFID технологии. Данная технология позволяет реализовать концепцию управления производственным предприятием, основанная на постоянном стремлении к устранению всех видов потерь, так же известным, как «бережливое производство», снизить процент ошибочных операций, выявить и предотвратить потери за счет автоматизации и уменьшения влияния человеческого фактора. С помощью RFID возможно контролировать и столь специфические процессы, как образование дополнительных издержек на предприятии и их влияние на конечную стоимость продуктов, представляется возможность качественно улучшить существующие бизнес-процессы, повысить их прозрачность и снизить основные издержки
Ключевые слова:
CALS, RFID, бережливое производство, управления технологическими процессами, информационные технологии
Введение
Современные требования регламентов автоматизированной обработки производственной информации предусматривают однократный ввод данных, их хранение в стандартных форматах, стандартизацию интерфейсов и электронный обмен информацией
между всеми участниками проекта. Можно выделить две основные проблемы, стоящие на пути повышения эффективности управления информацией. Во-первых, с увеличением сложности изделий и применением для их разработки современных компьютерных систем, значительно увеличивается объем данных
