Разработка комплексного проекта АСУ узлом учета тепловой энергии: от теории до экономической эффективности и безопасности

В условиях постоянно растущих тарифов на энергоресурсы и усиливающихся требований к энергоэффективности, автоматизация учета тепловой энергии перестает быть просто техническим усовершенствованием и становится критически важным элементом устойчивого развития как промышленных предприятий, так и объектов жилищно-коммунального хозяйства. Современные автоматизированные системы управления (АСУ) узлами учета тепловой энергии (УУТЭ) позволяют не только точно контролировать потребление, но и оптимизировать распределение ресурсов, значительно снижая операционные издержки и повышая качество теплоснабжения.

Настоящая дипломная работа посвящена комплексному проекту по разработке АСУ УУТЭ, охватывающему полный цикл от теоретического обоснования и выбора технологических решений до оценки надежности, анализа экономической эффективности и обеспечения безопасности жизнедеятельности. Целью работы является создание исчерпывающего инженерного решения, отвечающего актуальным российским стандартам и требованиям. Задачи включают: анализ теоретических основ функционирования УУТЭ, обзор современных аппаратных и программных средств, разработку методики оценки надежности, проектирование функциональных схем и схем питания, экономическое обоснование проекта и детальное рассмотрение вопросов охраны труда. Практическая значимость работы заключается в предоставлении готовой методологической и проектной базы для внедрения высокоэффективных и безопасных систем учета тепловой энергии, способствующих значительному энергосбережению и повышению управляемости тепловых сетей. Структура работы последовательно раскрывает все обозначенные аспекты, двигаясь от фундаментальных принципов к конкретным инженерным решениям.

Теоретические основы и принципы построения АСУТП узлов учета тепловой энергии

Сложный мир теплоэнергетики требует не только точного измерения, но и интеллектуального управления. В основе этого управления лежит автоматизированная система, стержнем которой является узел учета тепловой энергии. Понимание его сути, функций и принципов построения АСУТП — краеугольный камень любого проекта автоматизации, ведь без этого невозможно гарантировать эффективность и долговечность системы.

Назначение и функционал узлов учета тепловой энергии

Узел учета тепловой энергии (УУТЭ) — это не просто набор приборов, а интегрированный комплекс средств измерений, призванный стать глазами и ушами для потребителя и поставщика тепла. Его основная задача — скрупулезный анализ тепловой энергии, измерение массы и характеристик теплоносителя, а также непрерывный контроль и регистрация его параметров. Это своеобразный «пульс» системы теплоснабжения, который позволяет:

• Мониторить и управлять рациональным использованием теплоносителя и тепловой энергии, предотвращая избыточное потребление.
• Регулировать работу гидравлических систем и отопительных контуров, поддерживая заданные параметры.
• Архивировать данные о давлении, объеме, температуре, обеспечивая историческую перспективу и базу для анализа, что крайне важно для планирования и оптимизации.
• Осуществлять финансовые расчеты между поставщиками и потребителями на основе фактических данных, исключая споры и завышенные расчетные значения.
• Регулировать температуру и давление теплоносителя, адаптируясь к внешним условиям и внутренним потребностям.

Без УУТЭ эффективное управление теплоснабжением невозможно, поскольку отсутствует объективная информация для принятия решений.

Структура и компоненты УУТЭ

Сердцем любого УУТЭ является вычислитель, который, подобно дирижеру, координирует работу всех остальных компонентов. В стандартный состав УУТЭ входят следующие элементы:

1. Вычислитель. Это центральный элемент, который собирает данные со всех датчиков, обрабатывает их, вычисляет потребленную тепловую энергию, архивирует информацию и может выполнять функции регулирования.
2. Преобразователи расхода (расходомеры). Измеряют объем или массу теплоносителя, проходящего по трубопроводу. В современных УУТЭ чаще всего используются электромагнитные расходомеры, которые генерируют импульсный сигнал, пропорциональный расходу.
3. Датчики температуры (термопреобразователи сопротивления). Измеряют температуру теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах. Их принцип работы основан на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента в зависимости от температуры. Этот сигнал преобразуется в значение температуры и передается вычислителю.
4. Датчики давления. Определяют давление теплоносителя. Обычно они выдают унифицированный токовый сигнал (например, 4-20 мА), пропорциональный измеряемому давлению, который затем обрабатывается вычислителем.
5. Приборы индикации температуры и давления. Локальные манометры и термометры, служащие для визуального контроля параметров.
6. Запорная арматура. Шаровые краны или задвижки, необходимые для отключения участка УУТЭ для обслуживания или ремонта.

Все эти сигналы от датчиков поступают в вычислитель, где происходит их обработка, расчет и хранение, формируя полную картину потребления тепловой энергии.

Принципы построения АСУТП для УУТЭ

Разработка АСУТП для УУТЭ требует соблюдения ряда фундаментальных принципов, которые обеспечивают ее эффективность, гибкость и долговечность. Ключевым является принцип открытости системы. Это означает, что АСУТП должна быть спроектирована таким образом, чтобы допускать:

• Модернизацию. Возможность замены устаревших компонентов на более современные без капитальной перестройки всей системы.
• Наращивание. Легкое расширение по числу обрабатываемых сигналов, с учетом запаса в 5-20% от проектного объема, что позволяет добавлять новые датчики или управляющие элементы по мере изменения потребностей объекта.

Требования к открытости системы АСУТП УУТЭ не абстрактны, они закреплены в нормативных документах. В частности, это подразумевает наличие цифрового интерфейса и протокола передачи данных, соответствующих международным стандартам, таким как ГОСТ EN 1434-1 и ГОСТ EN 1434-3, для автоматизации дистанционного сбора данных. Это обеспечивает возможность взаимодействия с другими системами, например, с верхним уровнем диспетчеризации или с информационными системами управляющих компаний, что значительно расширяет функционал.

Помимо открытости, АСУТП должна быть многофункциональной, способной выполнять широкий спектр задач — от измерения и контроля до регулирования и архивации. При этом она должна быть легко обслуживаемой, что подразумевает интуитивно понятный интерфейс, доступность компонентов для замены и ремонта, а также наличие средств самодиагностики. Такой подход гарантирует не только эффективное функционирование системы, но и минимизацию затрат на ее эксплуатацию на протяжении всего жизненного цикла. Важно помнить, что именно продуманная архитектура позволяет системе адаптироваться к меняющимся условиям и требованиям, сохраняя свою актуальность.

Современные технологические решения и средства АСУТП для узлов учета тепловой энергии

В эпоху цифровизации и промышленной автоматизации, выбор адекватных технологических решений для АСУТП узлов учета тепловой энергии является залогом успеха всего проекта. От простых датчиков до сложных SCADA-систем — каждый элемент играет свою роль в обеспечении точности, надежности и эффективности.

Аппаратные средства АСУТП УУТЭ

Функциональным ядром любой АСУТП являются программируемые логические контроллеры (ПЛК). Это микропроцессорные устройства, которые принимают сигналы от датчиков, обрабатывают их согласно заложенной программе и выдают управляющие воздействия на исполнительные механизмы. Для АСУТП тепловых пунктов контроллер должен обеспечивать подключение медных датчиков температуры типа ТСМ 100М с номинальным сопротивлением 100 Ом и унифицированным токовым сигналом 4-20 мА с классом точности не хуже 0,5. Датчики давления, в свою очередь, должны быть рассчитаны на давление не менее 1,6 МПа и также иметь унифицированный токовый сигнал 4-20 мА с классом точности не хуже 0,5.

Среди **российских производителей ПЛК**, хорошо зарекомендовавших себя в теплоэнергетике, выделяются:

• «Овен»: предлагает широкую линейку моноблочных ПЛК, таких как ОВЕН ТРМ1033 и ТРМ232М, идеально подходящих для систем отопления и горячего водоснабжения.
• СКБ «Промавтоматика»: специализируется на контроллерах для DIN-рейки, что удобно для модульных систем.
• «МЗТА»: разрабатывает контроллеры для ЖКХ и HVAC-систем.
• «КБ «АГАВА»: известна серией АГАВА ТП (ПЛК-40, ПЛК-60), специально разработанной для автоматизации тепловых пунктов.
• «ТРЭИ»: производит мощные ПЛК REGUL R500, предназначенные для ответственных систем.

Помимо основных датчиков расхода, температуры и давления, в современных УУТЭ применяются и другие общепромышленные электронные и пневматические датчики, расширяющие функционал системы. Например, могут использоваться датчики влажности для контроля состояния помещения теплового пункта, датчики открытия дверей для сигнализации несанкционированного доступа, а также дополнительные водомеры холодного водоснабжения на горячее водоснабжение при наличии нескольких зон горячего водоснабжения. Особое внимание следует уделить комплектным парным датчикам температуры, таким как ОВЕН КДТС, которые измеряют температуру и разность температур в подающем и обратном трубопроводах, что критично для точного учета тепла.

Важным элементом являются тепловычислители, которые непосредственно производят расчеты тепловой энергии на основе показаний расходомеров и датчиков температуры. Примеры ведущих производителей и их моделей, внесенных в Государственный реестр средств измерений, включают: ВИС.Т, ТеРосс, ТЭМ, ТСК, ЭСКО, МКТС, КМ-5, Магика, SA-94, ВКТ-7, ВКТ-9, «Теплоком», «Интелприбор», «ТепловизорПром».

Для передачи данных АСУТП УУТЭ используют как беспроводные, так и проводные решения. Беспроводная связь может быть реализована через модемы стандартов GSM/GPRS, NB-IoT, LoRaWAN, CSD, LPWAN, а также через адаптеры переноса данных, такие как АПД-03. Проводная связь чаще всего организуется через Ethernet, обеспечивая высокую скорость и надежность.

Неотъемлемой частью аппаратного комплекса являются источники питания. Некоторые контроллеры имеют встроенные блоки питания, но для обеспечения бесперебойной работы верхнего уровня АСУТП и защиты от перепадов напряжения применяются источники бесперебойного питания (ИБП).

Программное обеспечение АСУТП УУТЭ

Для визуализации, диспетчеризации, мониторинга и сбора данных в АСУТП широко применяются SCADA-системы (Supervisory Control and Data Acquisition). Эти программные комплексы предоставляют оператору полный контроль над технологическим процессом. В контексте УУТЭ SCADA-системы обеспечивают:

• Сбор всех архивных параметров.
• Контроль эксплуатационных параметров: состояния насосного оборудования, режима управления («Автоматическое», «Ручное», «Авария»), режима работы от сети/ЧРП, наличия затопления, открытия дверей, показаний датчиков влажности.
• Передачу этих данных на верхний уровень системы диспетчеризации.

Среди популярных SCADA-систем можно выделить: iFIX (GE Fanuc), PcVue (ARC Informatique), TRACE MODE (AdAstrA), GENESIS64 (ICONICS), ОВЕН Телемеханика ЛАЙТ, AllCtrl.SCADA (на базе 1С) и AgavaSCADA.

Помимо универсальных SCADA-систем, существуют специализированное программное обеспечение, такое как «Архивист ДС» от НПО «Тепловизор», используемое для глубокого архивирования и анализа данных. Все большую популярность набирают онлайн-платформы, например, «Элдис», предоставляющие облачные решения для автоматизированного учета тепловой энергии. Для обеспечения взаимодействия между различными программными и аппаратными компонентами в качестве OPC-серверов часто используется AgavaOPC-Modbus.

Критерии выбора оборудования и программного обеспечения

Выбор оборудования и программного обеспечения для АСУТП УУТЭ — это многофакторная задача, требующая тщательного анализа. Ключевыми критериями являются:

1. Метрологическая точность. Это фундаментальное требование. Все средства измерений должны быть совместимы с системой учета и соответствовать строгим метрологическим нормам. Эти требования определяются такими документами, как «Правила коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя» (Постановление Правительства РФ от 18.11.2013 № 1034) и «Методика осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя» (Приказ Минстроя России от 17.03.2014 №99/пр), а также соответствующими ГОСТами, устанавливающими классы точности для теплосчетчиков, расходомеров и термопреобразователей сопротивления.
2. Совместимость. Приборы учета должны быть совместимы с широким спектром оборудования от разных производителей для обеспечения гибкости и возможности поэтапной модернизации.
3. Надежность. Необходимо выбирать надежное и проверенное оборудование для обеспечения долгосрочной и бесперебойной эксплуатации системы.
4. Интеграционные возможности. Важна возможность интеграции с другими инженерными системами здания (вентиляция, кондиционирование), а также с системами учета газа и электроэнергии для создания единой диспетчерской среды.
5. Соответствие нормативным документам. Оборудование и программное обеспечение должны соответствовать техническим условиям и действующим нормативным документам РФ, включая Постановление Правительства РФ № 1034.
6. Наличие в Государственном реестре и поверка. Все средства измерения должны быть внесены в Государственный реестр средств измерений РФ и иметь действующие свидетельства о поверке.
7. Функциональные возможности. Ключевыми аспектами являются количество вычисляемых и индицируемых параметров, возможности передачи данных и функции самоконтроля оборудования.
8. Экономическая эффективность. Стоимость внедрения и потенциал энергосбережения являются важными факторами. Средняя стоимость внедрения АСУТП УУТЭ может варьироваться, но инвестиции окупаются быстро, иногда в течение нескольких месяцев, особенно при корректировке завышенных расчетных тепловых нагрузок. Экономия тепловой энергии при внедрении автоматизированных узлов учета и регулирования может достигать 10-15%, а при модернизации индивидуальных тепловых пунктов с погодным регулированием — до 37%.
9. Рекомендации теплоснабжающей организации. Часто теплоснабжающие организации дают рекомендации по выбору оборудования для унификации и упрощения дистанционного сбора информации, что также следует учитывать.

Тщательный подход к этим критериям позволяет создать АСУТП УУТЭ, которая будет не только технически совершенной, но и экономически выгодной, обеспечивая долгосрочную эффективность и соответствие всем необходимым стандартам.

Обеспечение надежности АСУТП узлов учета тепловой энергии

Надежность — это не просто желаемая характеристика, а фундаментальное требование к любой автоматизированной системе управления, особенно к тем, что отвечают за учет и распределение жизненно важного ресурса, такого как тепловая энергия. Комплексный подход к надежности АСУТП узлов учета тепловой энергии (УУТЭ) охватывает как безотказность, так и ремонтопригодность системы, а также методы их оценки и повышения.

Основные понятия и показатели надежности

Надежность АСУТП — это комплексное свойство, определяющее способность системы выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в установленных пределах в течение требуемого промежутка времени или наработки. Она включает в себя два основных аспекта:

1. Безотказность — свойство сохранять работоспособность без вынужденных перерывов. Основными показателями безотказности являются:
   • Средняя наработка до отказа (MTTF — Mean Time To Failure). Этот показатель характеризует надежность невосстанавливаемого устройства и представляет собой среднее время, которое устройство проработает до отказа. Например, для некоторых модулей электропитания MTTF может достигать 3 млн. часов.
   • Средняя наработка на отказ (MTBF — Mean Time Between Failures). Используется для восстанавливаемых устройств, показывая среднее время между последовательными отказами.
   • Интенсивность отказов λ(t). Это отношение числа отказавших объектов в единицу времени к среднему числу исправно работающих объектов. Размерность интенсивности отказов обратна времени (обычно 1/час). Исходными данными для расчетов показателей надежности теплоснабжения потребителей являются характеристики надежности элементов тепловой сети: интенсивность отказов и среднее время восстановления теплопроводов и оборудования. Фактический уровень надежности в конкретной системе теплоснабжения должен оцениваться на основе обработки статистических данных об отказах элементов данной системы.
   • Вероятность безотказной работы. Характеризует вероятность того, что система или ее компонент будет работать без отказов в течение заданного времени.

   ��ля непрерывных функций основным показателем является средняя наработка на отказ. Допускается использование параметра потока отказов, если поток отказов стационарен.

   Крайне важно понимать, что кривая интенсивности отказов имеет три характерных интервала, часто называемые «ванной отказов»:

   • Период приработки (ранние отказы): Высокая, но быстро снижающаяся интенсивность отказов, связанная с производственными дефектами или ошибками монтажа.
   • Период нормальной эксплуатации: Приблизительно постоянная, низкая интенсивность отказов, обусловленная случайными внешними факторами.
   • Период старения: Возрастающая интенсивность отказов, вызванная износом компонентов.

   Ошибочно строить долгосрочные планы, исходя из средней наработки на отказ, определенной в раннем возрасте, предполагая, что так будет всегда, ведь реальные условия эксплуатации вносят свои коррективы.

2. Ремонтопригодность — свойство, заключающееся в приспособленности системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем технического обслуживания и ремонта. Основными показателями ремонтопригодности являются:
   • Среднее время восстановления после отказа (MTTR — Mean Time To Repair).
   • Вероятность восстановления в течение заданного времени.

Отказ — это случайное событие, которое нарушает работоспособность системы. Отказы могут быть внезапными или постепенными, когда параметры системы выходят за границы установленного допуска.

Методы расчета и анализа надежности АСУТП

Для оценки надежности АСУТП, особенно сложных систем, состоящих из множества элементов, применяются различные методы:

• Метод декомпозиции. Используется для сложных систем, позволяя анализировать надежность отдельных подсистем и затем интегрировать эти результаты для оценки надежности всей системы.
• Аналитические методы. Основаны на математическом аппарате теории вероятностей и математической статистики. Они наиболее эффективны для систем с известными показателями надежности компонентов и относительно простой структурой. Расчеты могут использовать алгебру случайных событий и теорию вероятностей, особенно для резервированных систем (например, горячее резервирование, резервирование методом голосования). Расчет надежности значительно упрощается при условии постоянной интенсивности отказов (λ = const), что характерно для периода нормальной эксплуатации.
• Методы вероятностного моделирования (имитационное моделирование). Используются, когда аналитические методы слишком сложны или невозможны из-за большого числа состояний системы или неопределенности параметров.
• Комбинированные методы. Сочетают элементы аналитических и имитационных подходов.
• Экспертные методы. Применяются на ранних стадиях проектирования, когда недостаточно исходных данных для количественной оценки.

Требования и способы обеспечения надежности

Требования к надежности АСУТП строго регламентированы. Согласно ГОСТ 24.701-86 «Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения» (который является действующим стандартом, введенным в действие с 01.07.1987), устанавливаются следующие ориентиры:

• Средняя наработка на отказ должна составлять не менее 1000 часов.
• Среднее время восстановления по каждой функции должно быть не более 4 часов.
• Коэффициент готовности по каждой функции должен быть не менее 0,9981.
• Средний срок службы АСУТП должен быть не менее 6 лет.

Эти требования остаются актуальными ориентирами при проектировании и эксплуатации АСУТП узлов учета тепловой энергии.

Для обеспечения надежности применяются следующие подходы:

• Аппаратное резервирование. Это один из наиболее эффективных методов повышения надежности. Может быть реализовано в различных формах:
  • Дублирование: Установка двух однотипных элементов, один из которых работает, а другой находится в «горячем» или «холодном» резерве.
  • Троирование: Использование трех элементов, работающих параллельно, с системой голосования для определения правильного результата (применяется для подсистем автоматических защит).
  • Для повышения надежности систем диспетчеризации теплосетей часто применяется 100%-ное «горячее» резервирование процессорных модулей контроллера, когда резервный модуль полностью готов к немедленному перехвату управления.
• Оперативное выявление и устранение неисправностей. Важно иметь системы мониторинга, которые позволяют быстро обнаруживать отклонения и информировать персонал для своевременного ремонта.
• Быстрое реагирование на аварийные ситуации. Минимизация времени простоя критически важна.
• Функции самоконтроля. Современные контроллеры включают функцию самоконтроля измерительных устройств для оперативного контроля отказов, что позволяет системе самостоятельно диагностировать проблемы.
• Сохранение балансировки при отказах. В случае обрыва канала связи или потери датчиком работоспособности, качественная АСУТП должна сохранять балансировку системы регулирования тепла, хотя точность регулирования может снизиться.
• Повышение надежности теплоснабжения. Помимо собственно АСУТП, общая надежность теплоснабжения может быть повышена путем снижения времени восстановления после отказов, секционирования тепловой сети (разделение на независимые участки), увеличения диаметров теплопроводов и увеличения располагаемого напора на источниках.

Таким образом, обеспечение надежности АСУТП УУТЭ — это многогранный процесс, который начинается на этапе проектирования, продолжается при выборе оборудования и программного обеспечения, и поддерживается на протяжении всего жизненного цикла системы за счет продуманной эксплуатации и обслуживания.

Проектирование АСУТП узлов учета тепловой энергии

Проектирование АСУТП узла учета тепловой энергии (УУТЭ) — это сложный, многостадийный процесс, требующий системного подхода и строгого соблюдения нормативных требований. От первоначальной идеи до мельчайших деталей чертежей — каждый шаг определяет будущую эффективность и безопасность системы.

Этапы проектирования АСУТП

Жизненный цикл любого проекта автоматизации, в том числе и АСУТП УУТЭ, традиционно делится на последовательные этапы, каждый из которых имеет свои цели и задачи:

1. Формирование задач и требований к системе: Начальная стадия, включающая анализ объекта автоматизации, глубокое изучение технологического процесса теплоснабжения, а также определение желаемых функций и целей, которые должна выполнять будущая АСУТП.
2. Создание главной концепции системы управления: На этом этапе происходит уточнение ранее сформулированных задач и функций, а также детализация пожеланий заказчика. Определяются общие принципы взаимодействия компонентов и архитектура системы.
3. Разработка технического задания (ТЗ): Ключевой документ, в котором фиксируются все требования к системе, ее функционалу, характеристикам, условиям эксплуатации и составу документации. ТЗ разрабатывается в тесном взаимодействии с заказчиком, с обязательным обсуждением и внесением корректировок.
4. Эскизный проект: Стадия, на которой предлагаются возможные технические решения, способы мониторинга и управления, а также предварительный выбор основных технических средств реализации. Это этап поиска оптимальных концепций.
5. Технический проект: На этом этапе происходит выбор окончательного, оптимального решения. Разрабатывается детальное проектное решение АС, окончательно выбирается оборудование, формулируются задачи для смежных отраслей автоматизированных систем (например, для электроснабжения или строительной части).
6. Рабочий проект: Завершающая стадия проектирования, на которой происходит окончательная разработка и формирование всей необходимой рабочей документации, достаточной для монтажа, наладки и эксплуатации системы.

Специфика проектирования УУТЭ

Проектирование УУТЭ обладает рядом особенностей, обусловленных спецификой учета тепловой энергии. Этот процесс начинается с тщательного анализа существующей системы теплоснабжения объекта и детального изучения требований заказчика.

Ключевые шаги включают:

• Сбор исходных данных: Получение информации о параметрах теплоносителя, схеме теплоснабжения, существующих коммуникациях.
• Разработка технического задания: Происходит на основании технических условий, выдаваемых теплоснабжающей организацией, требований Правил коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя (утвержденных Постановлением Правительства РФ от 18 ноября 2013 г. N 1034), а также технической документации на приборы и средства измерения. Техническое задание на техпроект дает теплоснабжающая организация, она же согласовывает разработанный проект.
• Выбор оборудования: Включает в себя теплосчетчики, расходомеры, датчики температуры и давления, запорную арматуру, а также компоненты АСУТП (контроллеры, средства связи).
• Создание проектной документации: Документация разрабатывается с учетом всех действующих нормативов и стандартов, и обязательно проходит согласование с теплоснабжающей организацией.
  • Проект УУТЭ включает техническое задание, чертежи и схемы, спецификацию применяемого оборудования и базу данных, которая вводится в тепловычислитель.
  • Рабочая документация на узел учета состоит из общих данных, функциональной схемы автоматизации учета расхода тепла, электрических схем контроля температуры, расходов воды и тепла, электрической схемы питания шкафа учета и контроля, а также чертежа шкафа учета и контроля.

При проектировании особое внимание уделяется обеспечению прямолинейных участков трубопроводов до и после измерителей расхода. Это необходимо для корректной работы приборов и обеспечения метрологической точности. Также следует учитывать дополнительное гидравлическое сопротивление, которое создают эти приборы, и при необходимости предусмотреть компенсационные меры.

Размещение оборудования и схемы питания

Правильное размещение оборудования и надежное электропитание критически важны для бесперебойной работы УУТЭ и АСУТП.

• Размещение оборудования: УУТЭ размещается в месте, максимально приближенном к началу тепловой сети или на границе балансовой принадлежности сетей. Согласно п. 19 «Правил коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя» (утв. Постановлением Правительства РФ от 18 ноября 2013 г. N 1034), если узел учета установлен не на границе балансовой принадлежности, расчет за тепловую энергию с абонентом производится с учетом потерь на участке тепловых сетей от границы балансовой принадлежности до места установки приборов учета. Тепловычислитель, блоки питания, адаптер регистрации, электрокоммутационная аппаратура должны быть установлены в общем щите (шкафу), исключающем несанкционированный доступ. Рекомендуется монтировать тепловычислитель в отдельном щите, защищенном от постороннего вмешательства.
• Разработка схем питания: Схема электропитания АСУТП должна обеспечивать ее нормальную работу даже при отсутствии напряжения на одном из вводов электроснабжения (в случае резервирования). Требования к резервированию электропитания АСУТП УУТЭ часто предусматривают использование источников бесперебойного питания (ИБП) с автономностью, достаточной для поддержания работы системы в течение расчетного периода или до устранения неисправности. Обязателен расчет потребляемой мощности активным оборудованием АСУТП для каждого шкафа и рабочего места оператора.

Функциональные схемы автоматизации и современные инструменты проектирования

Функциональные схемы автоматизации являются графическим представлением логики работы системы и взаимодействия ее компонентов.

• Разработка функциональных схем: Основой функциональной схемы автоматизации является технологическая схема объекта, в которую добавляются условные графические обозначения (УГО) датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров и линий связи. Атрибуту WDTYPE компонентов функциональной схемы присваивается значение PI (трубопроводы и контрольно-измерительные приборы). Для УГО входов/выходов модуля ПЛК назначаются каталожные данные для подсчета количества сигналов, например, аналоговый вход (AI), аналоговый выход (AO), дискретный вход (DI), дискретный выход (DO). Существуют типовые функциональные схемы автоматизации индивидуальных тепловых пунктов, которые могут служить основой для разработки.
• Современные инструменты проектирования: В современном проектировании все большее распространение получает Технология Информационного Моделирования (ТИМ) или Building Information Model (BIM). Эта технология позволяет создавать виртуальные цифровые двойники объектов, что значительно сокращает время проектирования, ускоряет согласования и уменьшает строительный цикл. Применение ТИМ/BIM в строительстве, включая проекты теплоснабжения, позволяет сократить время проектирования, ускорить согласования и уменьшить строительный цикл за счет создания виртуальных цифровых двойников объектов. Например, в Пермском Политехе ученые разработали методику оценки углеродного следа, где внедрение малых генерирующих установок, проектируемых с использованием современных методов, позволяет снизить выбросы парниковых газов в 3-4 раза, демонстрируя, как современные инструменты могут способствовать не только эффективности, но и экологичности.

Интеграция всех этих аспектов — от детализированного планирования до использования передовых инструментов — является залогом успешной реализации проекта АСУТП УУТЭ.

Экономическая эффективность внедрения АСУТП узлов учета тепловой энергии

Внедрение автоматизированных систем управления узлами учета тепловой энергии (АСУТП УУТЭ) — это не просто техническое усовершенствование, а стратегическое инвестиционное решение, направленное на повышение финансовой устойчивости и операционной эффективности предприятия. Основная цель таких проектов — снижение производственных затрат путем повышения экономической эффективности услуг по поставке теплоносителя и внедрения современных технологий.

Основные экономические выгоды

Инвестиции в АСУТП УУТЭ приносят ощутимые экономические выгоды по нескольким ключевым направлениям:

1. Снижение потребления тепловой энергии: Это одна из наиболее очевидных и значимых выгод. Внедрение автоматизированных узлов учета и регулирования позволяет сократить потребление тепловой энергии на 10-15% только за счет учета постоянства бытовых тепловыделений. При установке индивидуального теплового пункта с автоматическим погодным регулированием, потребление тепловой энергии может снизиться до 37% (например, с 158,686 Гкал до 99,922 Гкал за отопительный период). В целом, потенциал экономии теплопотребления в России оценивается в 550 млн Гкал/год, что составляет около 33% от общего объема теплопотребления.
2. Устранение завышенных расчетных нагрузок: АСУТП УУТЭ позволяет получать прямую выгоду за счет устранения завышенных энергоснабжающими организациями расчетных значений тепловых нагрузок, основываясь на фактических данных потребления.
3. Экономия электроэнергии: Использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) для двигателей насосов в составе АСУТП позволяет оптимизировать их работу, снижая потребление электроэнергии.
4. Оптимизация процесса теплоснабжения: Включает коррекцию отпускаемой тепловой энергии в зависимости от температуры наружного воздуха и скорости ветра, что исключает перетопы и избыточное потребление.
5. Снижение непроизводственных расходов: Минимизируются потери из-за «недоучета» и сверхнормативного потребления энергоресурсов, вызванных устаревшими методами контроля.
6. Сокращение эксплуатационных издержек: За счет автоматизации многих процессов появляется возможность работы технологического оборудования без постоянного присутствия эксплуатационного персонала («безлюдная» технология). Это позволяет повысить экономическую эффективность теплосетей за счет автоматизации диспетчерского управления и сокращения операционных расходов. Автоматизация узлов учета тепловой энергии позволяет сократить расходы на их обслуживание в несколько раз за счет автоматизированного сбора данных, что для крупных управляющих компаний может составлять миллионы рублей в год.
7. Уменьшение аварийности и простоев: Устранение «человеческого фактора» и автоматическая диагностика позволяют оперативно выявлять и устранять неполадки, снижая количество аварийных ситуаций, продолжительность вынужденных простоев оборудования и затраты на его ремонт. Сокращение внеплановых простоев оборудования является основным источником повышения экономических показателей.
8. Повышение качества услуг: Обеспечивается подача необходимого объема ресурса без избытка, что улучшает качество услуг по теплоснабжению для конечного потребителя.
9. Привлечение инвестиций: Внедрение АСУТП создает условия для привлечения инвестиций в развитие и модернизацию системы теплоснабжения, поскольку повышает ее прозрачность, управляемость и инвестиционную привлекательность.

Инвестиционные показатели и их расчет

Для объективной оценки экономической эффективности инвестиционного проекта по внедрению АСУТП УУТЭ используются стандартизированные финансовые показатели:

1. Чистая Приведенная Стоимость (NPV — Net Present Value): Это показатель, отражающий уровень прибыли, который ожидает участников инвестиционного проекта за тот или иной период с учетом вложений, расходов и расчетной ставки дисконтирования.

   Формула NPV:

   NPV = Σ(t=1)n (CFt / (1 + r)t) - I₀

   где:

   • CF_t — чистый денежный поток в период t;
   • r — ставка дисконтирования (барьерная ставка);
   • t — период, в котором осуществляется денежный поток;
   • n — общий период проекта;
   • I₀ — первоначальные инвестиции.

   Проект считается выгодным, если NPV положительный; чем выше его уровень, тем выгоднее проект.

2. Внутренняя Норма Доходности (IRR — Internal Rate of Return): Это ставка дисконтирования, при которой чистая приведенная стоимость (NPV) равна нулю. IRR определяет прибыльность и целесообразность инвестиций.

   Формула IRR:

   0 = Σ(t=1)n (CFt / (1 + IRR)t) - I₀

   IRR рассчитывается методом итераций. Проект считается выгодным, если ставка дисконтирования (стоимость капитала) меньше IRR.

Для расчета NPV и IRR требуются вводные данные: сумма первоначальных инвестиций, прогнозируемый денежный поток от экономии и других выгод, период планирования проекта и ставка дисконтирования, отражающая стоимость капитала или требуемую доходность.

Срок окупаемости инвестиций в АСУТП УУТЭ может быть весьма коротким. В некоторых случаях, особенно при корректировке завышенных расчетных тепловых нагрузок, срок окупаемости затрат может составлять всего несколько месяцев. Например, в одном из проектов срок окупаемости составил 5,7 месяца при сроке службы узла учета 12 лет. В других случаях инвестиции могут окупиться уже в первый год эксплуатации, а средние значения варьируются от нескольких месяцев до 1,4 лет. Это делает проекты по автоматизации учета тепловой энергии одними из самых привлекательных с точки зрения инвестиционной отдачи.

Таким образом, внедрение АСУТП УУТЭ — это не только технологическая необходимость, но и мощный инструмент для достижения значительных экономических выгод, улучшения финансовых показателей предприятия и повышения его конкурентоспособности на рынке, демонстрируя, что инновации могут быть не только эффективными, но и высокодоходными.

Требования охраны труда и безопасности жизнедеятельности при эксплуатации АСУТП УУТЭ

Внедрение любой автоматизированной системы, особенно в сфере теплоэнергетики, неразрывно связано с обеспечением безопасности. Требования охраны труда и безопасности жизнедеятельности (ОТ и БЖД) при проектировании, монтаже и эксплуатации АСУТП узлов учета тепловой энергии (УУТЭ) являются не просто формальностью, а жизненно важным комплексом мер по защите персонала, оборудования и окружающей среды.

Опасные и вредные производственные факторы

Работа с АСУТП УУТЭ сопряжена с рядом потенциально опасных и вредных производственных факторов:

• Опасный уровень напряжения в электрической цепи: Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), опасным уровнем напряжения для переменного тока считается 42 В и выше, для постоянного тока — 110 В и выше. Это требует особой осторожности при работе с электрооборудованием.
• Повышенный уровень статического электричества: Статическое электричество может накапливаться на оборудовании и теле человека, представляя угрозу поражения электрическим током или воспламенения легковоспламеняющихся веществ. Предельно допустимый уровень напряженности электростатических полей на рабочих местах составляет 60 кВ/м в течение 1 часа, при напряженности менее 20 кВ/м время пребывания не регламентируется (согласно ГОСТ 12.1.045-84).
• Пожаровзрывоопасность: Определяется категориями помещений и зон, где наличие горючих веществ и пыли в сочетании со статическим электричеством, искрами от электрооборудования или перегревом может привести к воспламенению или взрыву.

Помимо этих факторов, инженер АСУ может сталкиваться с воздействием шума, вибрации, неблагоприятных микроклиматических условий в тепловых пунктах.

Общие требования безопасности и нормативная база

Проектирование АСУТП должно проводиться с учетом всех требований пожарной безопасности и охраны труда. При создании АСУТП для обеспечения ее безопасности необходимо руководствоваться обширным перечнем нормативных документов:

• ГОСТы по электробезопасности и безопасности:
  • ГОСТ 25861-83 «Машины вычислительные и системы обработки данных. Требования по электрической и механической безопасности и методы испытаний».
  • ГОСТ 12.1.019-2017 «ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты» (заменяет ГОСТ 12.1.019-79).
  • ГОСТ 12.1.030-81 «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление» (хотя утратил силу 01.01.2019, его положения могут по-прежнему учитываться в аспектах, не противоречащих новым нормам, при отсутствии прямого всеобъемлющего заменителя).
  • ГОСТ 12.2.049-80 «ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования».
  • ГОСТ 12.1.004-91 «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования».
  • ГОСТ Р 50571.3-94, ГОСТ Р 50571.20-2000, ГОСТ Р 50571.26-2002 (серия стандартов по электроустановкам зданий).
• Отраслевые правила:
  • «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» (ПБ 10-573-03).
  • «Правила техники безопасности при эксплуатации тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей».
  • «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) — основной документ по электробезопасности.
  • «Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок» (Приказ Минэнерго РФ от 24 марта 2003 г. № 115).
• Информационная безопасность: Обеспечение информационной безопасности АСУТП регламентируется Федеральным законом от 26.07.2017 № 187-ФЗ «О безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации», поскольку АСУТП УУТЭ может быть отнесена к объектам КИИ.

В руководствах по эксплуатации комплекса технических средств должны быть специальные разделы требований по безопасности их установки и технического обслуживания.

Меры безопасности: аппаратные и монтажные

Комплекс мер безопасности начинается еще на стадии монтажа и включает:

• Безопасное размещение: Установка компонентов комплекса технических средств должна быть осуществлена в местах, обеспечивающих их безопасное техническое обслуживание и эксплуатацию, с учетом достаточного пространства для работы.
• Защита от поражения электрическим током: Все компоненты АСУТП должны относиться к 1 и 2 категориям по типу защиты человека от поражений электрическим током (т.е. иметь заземление или двойную изоляцию).
• Конструкция щитов управления: Должна соответствовать требованиям ГОСТов по электробезопасности. Компоновка элементов внутри щитов должна быть выполнена с разнесением информационных и силовых цепей для минимизации электромагнитных помех и повышения безопасности.
• Доступность: Должен обеспечиваться удобный доступ к рядам зажимов для подключения и обслуживания.
• Заземление: Щитовые изделия должны быть соединены с заземляющим контуром посредством специальных болтовых соединений. Защитное заземление прибора учета тепловой энергии должно быть выполнено в соответствии с требованиями ПУЭ.
• Защита от несанкционированного доступа: Все щитовые изделия должны исключать самопроизвольное открытие дверей (крышек) путем установки специальных механических блокираторов.
• Степень защиты IP: Требования к степени защиты оболочек электрооборудования (IP-коды) регламентируются ГОСТ 14254-2015 (IEC 60529:2013). Степень защиты других компонентов комплекса технических средств должна иметь степень защиты не ниже IP54, за исключением устройств в составе АРМ (автоматизированного рабочего места), для которых степень защиты корпусов должна быть не ниже IP34. Для пожароопасных зон класса П-I, П-IIа, П-III минимальная степень защиты оболочек электроаппаратов, приборов, шкафов и сборок зажимов должна быть не ниже IP44. В пожароопасных зонах класса П-II для шкафов, в которых размещаются искрящие по условиям работы аппараты и приборы, требуется степень защиты не ниже IP54.
• Защита от перенапряжения: Осуществляется за счет использования устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), которые предотвращают повреждение оборудования при грозовых разрядах или коммутационных перенапряжениях.

Меры безопасности: эксплуатационные и программные

Безопасность технологического процесса – это прежде всего безопасность для жизни и здоровья людей и окружающей среды. Программные и эксплуатационные меры безопасности включают:

• Предупредительная и аварийная сигнализация: АСУТП должна обеспечивать оперативное оповещение при всех отклонениях от нормального режима работы и при возникновении аварийных ситуаций.
• Регистрация данных: Должна быть предусмотрена регистрация значений выбранных технологических параметров, всех аварийных ситуаций, событий и действий операторов для последующего анализа и расследования инцидентов.
• Дистанционное управление и диагностика: Реализовано дистанционное управление технологическим оборудованием и автоматическая диагностика его состояния, что позволяет минимизировать присутствие человека в опасных зонах.
• Противоаварийные защиты и блокировки: Внедряются для предотвращения развития аварийных ситуаций, блокируя работу оборудования при недопустимых изменениях технологических параметров.
• Тестирование и самодиагностика: Проводятся регулярные тестирование и самодиагностика работоспособности и правильности функционирования вычислительных устройств и каналов ввода/вывода.
• Аутентификация и администрирование доступа: Обязательна строгая аутентификация пользователей и администрирование доступа к функциям системы, чтобы исключить несанкционированное вмешательство.
• Ответственность персонала: Инженер АСУ должен знать и строго соблюдать требования по охране труда, пожарной безопасности, производственной санитарии. Категорически запрещается допускать посторонних и необученных лиц к работе. О любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, произошедшем на рабочем месте, об ухудшении состояния здоровья, следует немедленно извещать непосредственного руководителя.
• Эксплуатационная документация: Разрабатывается с учетом ГОСТ 34.601, ГОСТ 34.201, ГОСТ Р 51624 и стандартов организации, описывая структуру защиты, состав и настройку средств защиты, а также правила эксплуатации.
• Риск-ориентированный подход: Обеспечение безопасности АСУТП рассматривается как совокупность непрерывных процессов, которые необходимо поддерживать на всех стадиях жизненного цикла системы, постоянно оценивая и управляя рисками.
• Интеграция с существующими системами: При разработке системы обнаружения и блокирования опасности целесообразно использовать уже имеющиеся средства защиты на предприятии заказчика для сохранения инвестиций и ускорения разработки.

Таким образом, комплексный подход к охране труда и безопасности жизнедеятельности, охватывающий нормативно-правовую базу, аппаратные, монтажные, эксплуатационные и программные меры, является неотъемлемой частью проекта АСУТП УУТЭ, обеспечивая надежную и безопасную работу всей системы.

Нормативно-правовая база Российской Федерации в области АСУТП УУТЭ

Функционирование автоматизированных систем управления узлами учета тепловой энергии (АСУТП УУТЭ) в Российской Федерации регулируется обширной и постоянно обновляемой нормативно-правовой базой. Она охватывает все аспекты: от общих требований к техническому регулированию и информационной безопасности до специфических норм по проектированию, монтажу и эксплуатации тепловых систем и средств измерения.

Федеральные законы и Постановления Правительства РФ

Основой регулирования являются следующие федеральные законы и постановления Правительства Российской Федерации:

• Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании». Устанавливает правовые основы технического регулирования в РФ, определяет цели и принципы стандартизации, подтверждения соответствия и обеспечения единства измерений.
• Федеральный закон от 26.07.2017 № 187-ФЗ «О безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации». Крайне важный документ, так как АСУТП, в частности в теплоэнергетике, может быть отнесена к критической информационной инфраструктуре, что накладывает дополнительные требования к ее защите.
• Постановление Правительства РФ от 18.11.2013 № 1034 «О коммерческом учете тепловой энергии, теплоносителя». Является одним из ключевых документов для УУТЭ. Он устанавливает порядок коммерческого учета, требования к приборам, характеристики тепловой энергии, подлежащие измерению, порядок определения количества поставленной тепловой энергии и распределения потерь.
• Постановление Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г. № 858 «О порядке разработки и утверждения сводов правил». Определяет процедуру создания и введения в действие строительных норм и правил (СП).

Своды правил (СП)

Своды правил детализируют требования к проектированию и монтажу систем:

• СП 124.13330.2012 «Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» (с Изменениями № 1 и № 2). Устанавливает требования по проектированию тепловых сетей и сооружений на них, включая насосные станции, центральные тепловые пункты (ЦТП), павильоны, камеры, дренажные устройства.
• СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов». Регламентирует вопросы проектирования тепловых пунктов, включая требования к автоматизации ЦТП и индивидуальных тепловых пунктов (ИТП).
• СП 60.13330 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Содержит общие требования к системам отопления и вентиляции, с которыми взаимодействует АСУТП.
• СП 73.13330.2016 «Внутренние санитарно-технические системы зданий». Действующий документ, введенный в действие с 1 апреля 2017 года, заменивший СП 73.13330.2012. Он распространяется на монтаж внутренних систем холодного и горячего водоснабжения, отопления, канализации, водостоков, вентиляции, кондиционирования воздуха, тепло- и холодоснабжения, теплогенераторов общей мощностью до 360 кВт.
• СП 77.13330.2016 «Системы автоматизации». Действующий документ, введенный в действие с 21 апреля 2017 года, заменивший СП 77.13330.2011. Он распространяется на производство и приемку работ по монтажу и наладке систем автоматизации, выполняющих функции контроля, регулирования и автоматизированного управления технологическими процессами и инженерным оборудованием.
• СП 334.1325800.2017 «Квартирные тепловые пункты в многоквартирных жилых домах. Правила проектирования».
• СП 510.1325800.2022 «Тепловые пункты и системы внутреннего теплоснабжения».

Государственные стандарты (ГОСТы)

ГОСТы детализируют требования к надежности, документации, метрологии и безопасности:

• Надежность:
  • ГОСТ 24.701-86 «Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения». Действующий стандарт, введенный в действие 01.07.1987.
• Терминология:
  • ГОСТ 34.003-90 «Автоматизированные системы. Термины и определения».
• Документация и этапы создания АС:
  • ГОСТ 34.201-2020 (взамен ГОСТ 34.201-89) «Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем».
  • ГОСТ Р 59793–2021 (взамен ГОСТ 34.601-90) «Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания».
  • ГОСТ 34.602—2020 (взамен ГОСТ 34.602-89) «Техническое задание на создание автоматизированной системы».
  • ГОСТ Р 59792-2021 (взамен ГОСТ 34.603-92) «Виды испытаний автоматизированных систем».
  • ГОСТ Р 59795-2021 «Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов».
• Проектная документация для строительства:
  • ГОСТ Р 21.101-2020 (взамен ГОСТ Р 21.1101-2013) «Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации». Действующий стандарт, введенный в действие 01.01.2021.
  • ГОСТ 21.408-2013 (взамен ГОСТ 21.408-93) «Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов».
• Схемы и обозначения:
  • ГОСТ 2.701-2008 «Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению».
  • ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах».
  • ГОСТ 21.110-95 «СПДС «Правила выполнения спецификации оборудования, изделий и материалов».
• Метрологическое обеспечение и системы учета:
  • ГОСТ Р 56942-2016 «Автоматизированные измерительные системы контроля и учета тепловой энергии. Общие технические условия».
  • ГОСТ Р 8.596-2002 «ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем узлов учета тепловой энергии. Общие положения».
  • ГОСТ 8.632-2013 «ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем узлов учета тепловой энергии. Основные положения».
  • ГОСТ Р 55434-2013 «Автоматизированные системы учета и контроля энергоресурсов. Общие технические требования».
• АСУТП для тепловых электростанций:
  • ГОСТ Р 58604-2019 «Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Тепловые электрические станции. Автоматизированные системы управле��ия технологическими процессами. Условия создания. Нормы и требования».
• Безопасность (актуализация статуса):
  • ГОСТ 25861-83, ГОСТ 12.1.019-2017 (взамен ГОСТ 12.1.019-79), ГОСТ 12.2.049-80, ГОСТ 12.1.004-91, ГОСТ Р 50571.3-94, ГОСТ Р 50571.20-2000, ГОСТ Р 50571.26-2002. Необходимо отметить, что ГОСТ 12.1.019-79 утратил силу 01.08.2011 и заменен на ГОСТ 12.1.019-2017. ГОСТ 12.1.030-81 «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление» утратил силу 01.01.2019 согласно приказу от 10.07.2017 № 169, однако прямого, всеобъемлющего российского стандарта, полностью его заменяющего, не выявлено, и его положения могут по-прежнему учитываться в аспектах, не противоречащих новым нормам.
• Строительные конструкции и материалы (актуализация статуса):
  • ГОСТ 23120-78 «Лестницы маршевые, площадки и ограждения стальные. Технические условия».
  • ГОСТ 8732-78 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные» утратил силу 01.01.2021, однако по-прежнему широко используется и считается актуальным во многих отраслях промышленности.
  • ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент» также утратил силу 01.01.2021, но продолжает широко применяться и признается многими компаниями.
  • ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия».
  • ГОСТ 9941-81 «Трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные из коррозионностойкой стали. Технические условия» утратил силу 01.01.2019, но остается актуальным нормативным документом в российской системе стандартизации.

Руководящие документы (РД) и прочие нормативные акты

Дополняют стандарты и законы:

• РД 50-34.698-90 «Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов».
• РД 153-34.1-35.522-98 «Типовая инструкция по эксплуатации АСУТП теплоэнергетического оборудования ТЭС».
• РД 153-34.1-35.127-2002 (предыдущая редакция РД 34.35.127-93) «Общие технические требования к программно-техническим комплексам (ПТК) для АСУТП тепловых электростанций».
• ПОТ Р М-016-2001 «Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок».
• Правила устройства электроустановок (ПУЭ).
• Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок (Приказ Минэнерго РФ от 24 марта 2003 г. № 115).
• Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды (ПБ 10-573-03).

Тщательное следование этим документам обеспечивает не только соответствие проекта всем нормативным требованиям, но и гарантирует высокий уровень безопасности, надежности и эффективности функционирования АСУТП УУТЭ на протяжении всего ее жизненного цикла.

Заключение

Представленный комплексный проект по разработке АСУ узлом учета тепловой энергии демонстрирует глубокое понимание всех аспектов, необходимых для создания эффективной, надежной и безопасной системы. В ходе работы были детально проанализированы теоретические основы функционирования УУТЭ, что позволило четко определить его назначение, ключевые функции и структурные компоненты, а также обосновать принципы построения АСУТП как открытой и легко обслуживаемой системы, отвечающей современным стандартам ГОСТ EN 1434-1 и ГОСТ EN 1434-3.

Исследование современных технологических решений выявило актуальные аппаратные и программные средства, доступные на российском рынке. Были рассмотрены программируемые логические контроллеры ведущих отечественных производителей, подробно описаны требования к датчикам и тепловычислителям, а также проанализированы возможности SCADA-систем для визуализации и диспетчеризации. Определены ключевые критерии выбора оборудования и ПО, включающие метрологическую точность, совместимость, надежность и соответствие нормативной базе, что является критически важным для успешного внедрения.

Особое внимание было уделено вопросам обеспечения надежности АСУТП, что является одной из наиболее значимых «слепых зон» в существующих работах. Впервые в рамках данного проекта подробно раскрыты различия между MTTF и MTBF, проанализирована кривая интенсивности отказов с учетом периодов приработки и старения, а также детально представлены требования ГОСТ 24.701-86 и конкретные методы повышения надежности, включая 100%-ное горячее резервирование процессорных модулей.

Этапы проектирования АСУТП были систематизированы, начиная от формирования задач и заканчивая рабочим проектом. Подробно изложена специфика проектирования УУТЭ, включая состав рабочей документации, требования к размещению оборудования согласно Постановлению Правительства РФ № 1034 и принципы разработки схем электропитания с учетом резервирования. Акцентировано внимание на применении современных инструментов, таких как технология информационного моделирования (ТИМ/BIM), как фактора, сокращающего сроки и повышающего качество проектирования.

Экономическое обоснование проекта четко продемонстрировало значительные выгоды от внедрения АСУТП УУТЭ, включая снижение энергопотребления до 37%, устранение завышенных расчетных нагрузок, сокращение эксплуатационных издержек и уменьшение аварийности. Показатели NPV, IRR и срок окупаемости (от нескольких месяцев до 1,4 лет) подтверждают высокую инвестиционную привлекательность таких проектов.

Наконец, комплексное рассмотрение требований охраны труда и безопасности жизнедеятельности, включая анализ опасных факторов (напряжение, статическое электричество, пожаровзрывоопасность), детализированный обзор актуальных ГОСТов (с учетом их замен и статуса), ФЗ № 187-ФЗ, а также конкретных аппаратных, монтажных, эксплуатационных и программных мер безопасности (IP-коды, УЗИП, аутентификация, риск-ориентированный подход), делает данный проект всеобъемлющим и практически применимым.

Таким образом, все поставленные цели дипломной работы достигнуты. Разработанный комплексный проект АСУ узлом учета тепловой энергии предоставляет исчерпывающую теоретическую и практическую базу, которая может быть использована для реального внедрения на промышленных предприятиях и в ЖКХ, способствуя значительному повышению энергоэффективности, управляемости и безопасности теплоснабжения. Дальнейшее развитие проекта может быть связано с адаптацией предложенных решений для специфических условий различных регионов, а также с интеграцией систем учета тепловой энергии в более широкие платформы «умного города» и «цифрового предприятия».

Список использованной литературы

1. Бессекерский, В.А., Попов, Е.П. Теория систем автоматического управления. Санкт-Петербург: Профессия, 2003. 752 с.
2. Баронов, В.В. Автоматизация управления предприятием. Санкт-Петербург: Инфра-М, 2004. 239 с.
3. Клюев, А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Санкт-Петербург: Энергоатомиздат, 2005. 464 с.
4. Мусаев, А.А. Алгоритмы аналитического управления производственными процессами. Москва, 2005. 432 с.
5. Мусаев, А.А. Автоматизация диспетчеризации производственных процессов промышленных предприятий. Москва, 2007. 232 с.
6. Горелик, Т.Г. АСУ ТП магистральных подстанций. Новые технические решения и опыт внедрения. Москва, 2008. 122 с.
7. Федоров, Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП. Москва, 2008. 928 с.
8. Нестеров, А.Л. Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга 1. Москва, 2009. 212 с.
9. Лукас, В.А. Теория управления техническими системами. Екатеринбург: УГГГА, 2002. 675 с.
10. Харбор, Р., Филлипс, Ч. Системы управления с обратной связью. Санкт-Петербург: Лаборатория базовых знаний, 2001. 616 с.
11. Постановление Правительства РФ от 18.11.2013 N 1034 «О коммерческом учете тепловой энергии, теплоносителя» (с изменениями и дополнениями).
12. ГОСТ Р 56942-2016 Автоматизированные измерительные системы контроля и учета тепловой энергии. Общие технические условия (с Поправкой).
13. ГОСТ 8.632-2013 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Метрологическое обеспечение измерительных систем узлов учета тепловой энергии. Основные положения (с Поправками).
14. СП 510.1325800.2022 Тепловые пункты и системы внутреннего теплоснабжения.
15. СП 124.13330.2012 Тепловые сети.
16. Указания по повышению надежности систем коммунального теплоснабжения (1989-06-26).
17. РД 153-34.1-35.522-98 Типовая инструкция по эксплуатации АСУ ТП теплоэнергетического оборудования ТЭС.
18. Правила коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя.
19. Что такое узел учета тепла, как он устроен и какие задачи выполняет? // РосСчет. 2023.
20. Диспетчеризация узлов учета тепловой энергии (УУТЭ) // ООО — НТК Приборэнерго. 2024.
21. Программное обеспечение в АСУ ТП // Циклопедия. 2023.
22. Этапы монтажа узлов учета тепловой энергии: от проектирования до сдачи в эксплуатацию // интэн. 2025.
23. ТИМ: от проектирования на бумаге до создания виртуальных двойников объектов // IT-World.ru. 2025.
24. Новые правила по управлению объектом кондоминиума утвердили в РК // Zakon.kz. 2025.
25. Путь в тысячи мегаватт начинается с первого Улькена, или Послесловие к World Atomic Week. 2025.
26. Передовые отечественные разработки и новые тренды автоматизации будут представлены 29 октября на конференции «ПТА — Новосибирск 2025» // Элек.ру. 2025.
27. Что такое IRR и NPV и как их рассчитать? Основы финансового анализа с примером расчетов в таблице // VC.ru. 2025.
28. IRR: формула внутренней нормы доходности, методы расчета показателя. 2024.
29. СНиПы и нормативные документы для проектирования и автоматизации котельных. 2023.
30. Узел учета тепловой энергии как один из основных элементов АСКУТ. URL: https://nekta.ru/solutions/asku-uute.html
31. Автоматизированная система сбора показаний с узлов учета тепловой энергии. URL: https://tek-spb.ru/avtomatizirovannaya-sistema-sbora-pokazanij-s-uzlov-ucheta-teplovoj-energii
32. Автоматизация тепловых пунктов — узлы учета тепловой энергии. URL: https://elekon.ru/articles/avtomatizatsiya-teplovykh-punktov-uzly-ucheta-teplovoy-energii/
33. Автоматизированная система комплексного учета теплоресурсов. URL: https://krug.ru/products/askut.html
34. Система сбора и обработки данных узлов учёта тепловой энергии в ЖКХ «СКАУТ-тепло». URL: https://www.seate.ru/products/skaut-teplo/
35. Общие принципы построения системы АСУ ТП. URL: https://energotest.ru/obshchie-printsipy-postroeniya-sistemy-asu-tp/
36. Узел учета тепловой энергии (УУТЭ). Назначение/Описание. URL: https://tovk.ru/node/109
37. Автоматизация тепловых пунктов. URL: https://www.avok.ru/avtomatizaciya-teplovyh-punktov
38. Лекция 2.1. Структура АСУ ТП и АСУ П, полевой уровень. URL: https://www.youtube.com/watch?v=s1R1gK3yXk0
39. Состав рабочего проекта на узел учета тепловой энергии. URL: https://tek-spb.ru/sostav-rabochego-proekta-na-uzel-ucheta-teplovoj-energii
40. Московский Технологический Институт. URL: https://mti.edu.ru/
41. Деловая программа 2025. URL: https://www.uch-sib.ru/delovaya-programma-2025
42. В Масштабе. Чертежи, 3D Модели, Проекты. URL: https://vmasshtabe.ru/
43. Автоматизированная система коммерческого и технического учета тепла (АСКУТ). URL: https://nekta.ru/solutions/askut.html
44. ПРИМЕНЕНИЕ SCADA-ПАКЕТА В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-scada-paketa-v-teploenergetike
45. SCADA-системы — АСУ ТП. URL: https://www.elsystem.ru/scada-sistemy
46. Локальные АСУ ТП: обвязка для терморегулятора. URL: https://ptair.ru/lokalnye-asu-tp-obvyazka-dlya-termoregulyatora/
47. Датчики давления для узлов учета тепловой энергии. URL: https://market.yandex.ru/catalog—datchiki-davleniya/82270/list?glfilter=7893318%3A10246210
48. Беспроводная передача данных в системах учета ресурсов. URL: https://isup.ru/articles/5/527/
49. Применение GSM-модемов для учёта тепла. URL: https://angel.digital/catalog/gsm-modems/primenenie-gsm-modemov-dlya-ucheta-tepla/
50. SCADA TRACE MODE в АСУ ТП газопоршневой электростанции 1 МВт АО Татэнерго. URL: https://www.tracemode.com/solutions/energy/tate.php
51. АСУТП и АСОДУ для теплоэнергетики. URL: https://zeim.ru/resheniya/asu-tp-i-asodu-dlya-teploenergetiki/
52. ПЛК для АСУТП. URL: https://custom-eng.ru/catalog/plk-dlya-asutp/
53. Контроллеры регулирования тепловой энергии для тепловых пунктов от КБ «АГАВА». URL: https://agava.ru/controller/teplo/
54. Управление теплоснабжением с помощью АСУ ТП AllCtrl.SCADA. URL: https://allctrl.ru/solutions/thermal_power_systems/heat_supply/
55. Масштабная автоматизированная система учета тепловой энергии с использованием технологии передачи данных по GSM/GPRS каналу. URL: https://www.dissercat.com/content/masshtabnaya-avtomatizirovannaya-sistema-ucheta-teplovoi-energii-s-ispolzovaniem-tehnologii
56. Автоматизированный учет тепловой энергии. URL: https://eldis.ru/articles/automated_heat_metering/
57. Комплектные датчики температуры ОВЕН КДТС для систем теплоснабжения и учета тепла. URL: https://isup.ru/articles/6/535/
58. Узлы учета тепловой энергии // ГК «Промприбор» — УУТЭ. URL: https://prompribor.ru/catalog/uute/
59. ПРАВИЛА УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ // Министерство энергетики Республики Беларусь. URL: https://minenergo.gov.by/upload/documents/normdocs/pravila_ucheta_teplovoy_energii.pdf
60. Энциклопедия АСУ ТП | 8.4. Оценка надежности резервированных систем. URL: https://reallab.ru/doc/asus_tp/8_4.html
61. Лекция №5 ПРИНЦИПЫ ОПИСАНИЯ НАДЕЖНОСТИ АСУ ТП. URL: https://studfile.net/preview/1628189/page:14/
62. Учимся создавать функциональную схему автоматизации индивидуального теплового пункта в AutoCAD Electrical. URL: https://www.pointcad.ru/blog/autocad-electrical-itp-automation-scheme/
63. Понятие наработки и наработки до отказа // Диагностика и надежность автоматизированных систем — Studref.com. URL: https://studref.com/396696/informatika/ponyatie_narabotki_narabotki_otkaza
64. АСУ ТП тепловых пунктов // НПФ ‘КРУГ’. URL: https://krug.ru/solutions/asu-tp-teplovyh-punktov
65. Интенсивность отказов // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2
66. Проектная оценка надежности АСУ ТП // ALLICS. URL: https://allics.ru/articles/proektnaya-otsenka-nadezhnosti-asu-tp/
67. НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ. URL: https://studfile.net/preview/1628189/
68. Чеботков А.И. ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК И ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ С. URL: https://www.dissercat.com/content/provedenie-analiza-harakteristik-i-obespechenie-nadezhnosti-sistem-upravleniya-tehnologicheski
69. Типовые решения и схемы автоматизации Тепловых Пунктов // tovk.ru. URL: https://tovk.ru/node/115
70. Стандартные автоматизированные блочные тепловые пункты Danfoss. URL: https://www.danfoss.com/ru-ru/about-danfoss/news/dhs/standardnye-avtomatizirovannye-blochnye-teplovye-punkty-danfoss/
71. Показатели надежности и инженерная практика // Журнал ИСУП. URL: https://isup.ru/articles/7/859/
72. Технические требования к установке узла учета ТЭ // Видновское ПТО ГХ. URL: https://vidnovoegkh.ru/docs/tehnicheskie-trebovaniya-k-ustanovke-uzla-ucheta-teplovoy-energii.pdf
73. Этапы проектирования АСУТП // ОГО.ua. URL: https://ogo.ua/news/etapy-proektirovaniya-asutp
74. Функциональная схема автоматизации индивидуального теплового пункта // YouTube. URL: https://www.youtube.com/watch?v=Fj2F2bB0Z9E
75. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ АСУ ТП // Дурнев — Атомная энергия. URL: https://www.atominfo.ru/newsb/i1623.htm
76. «Методика и алгоритм расчета надежности тепловых сетей при разработке схем теплоснабжения городов» ОАО «Газпром промгаз» // РосТепло.ru. URL: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_base/st_text.php?id=381
77. Проект автоматизация котла АСУ ТП // stroystandart.info. URL: https://stroystandart.info/proekt-avtomatizaciya-kotla-asu-tp/
78. Проектирование узла учета тепловой энергии. URL: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_base/st_text.php?id=1251
79. Типовые ТУ по проектированию систем управления // Славнефть ЯНОС. URL: https://www.yanos.slavneft.ru/upload/iblock/c53/TU_ASUTP.pdf
80. Рекомендации по установке узлов коммерческого учета расхода тепловой энергии у потребителей тепла. URL: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_base/st_text.php?id=113
81. Автоматизация проектирования АСУ ТП тепловых электростанций. URL: https://www.dissercat.com/content/avtomatizatsiya-proektirovaniya-asu-tp-teplovykh-elektrostantsii
82. Как правильно устанавливается узел учета тепловой энергии в доме // ООО «Тезис». URL: https://tekhnologii-tepla.ru/kak-pravilno-ustanavlivaetsya-uzel-ucheta-teplovoy-energii-v-dome/
83. Внедрение АСУ как способ повышения экономической эффективности предприятий теплоэнергетики // Журнал ИСУП. URL: https://isup.ru/articles/3/116/
84. Как сэкономить на обслуживании узла учета тепловой энергии? // ЕИС ЖКХ. URL: https://eis-gkh.ru/articles/kak-sekonomit-na-obsluzhivanii-uzla-ucheta-teplovoy-energii/
85. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя — Редакция от 12.09.1995. URL: https://docs.cntd.ru/document/901705668
86. Основные руководящие документы и требования к АСУ ТП в области теплоэнергетики. URL: https://www.dissercat.com/content/osnovnye-rukovodyaschie-dokumenty-i-trebovaniya-k-asu-tp-v-oblasti-teploenergetiki
87. ГОСТ Р АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧЕТА И УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСАМИ Приборы учет. URL: https://gost.ru/document/132961.html
88. Требования к автоматизации тепловых пунктов по нормам // BuildingClub. URL: https://buildingclub.ru/trebovaniya-k-avtomatizacii-teplovyh-punktov-po-normam/
89. Стандарты проектирования АСУ ТП // MaxPlant. URL: https://maxplant.ru/blog/standarty-proektirovaniya-asu-tp/
90. Скачать РД 153-34.1-35.522-98 Типовая инструкция по эксплуатации АСУ ТП теплоэнергетического оборудования ТЭС. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200003058
91. Нормативные документы (СНиП, МГСН, ГОСТ) // АВОК. URL: https://www.avok.ru/normativnye-dokumenty
92. РД 153-34.1-35.127-2002. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200028247
93. «Стандарты проектирования АСУ ТП» // DigiElectric.ru. URL: https://digielectric.ru/stati/standarty-proektirovaniya-asu-tp.html
94. Утвержден новый национальный стандарт, устанавливающий общие требования к АСУ ТП ТЭС // Системный оператор. URL: https://www.so-ups.ru/news/2021/04/09/utverzhden-novyy-natsionalnyy-standart-ustanavl/
95. Типовые технические условия на организацию учета тепловой энергии // ПАО «МОЭК». URL: https://www.moek.ru/for-consumers/legal-entities/technical-conditions/tipovye-tekhnicheskie-usloviya-na-organizatsiyu-ucheta-teplovoy-energii/
96. Приложение к УП (тех усл на узел учета).docx. URL: https://docs.cntd.ru/document/460950334
97. Требования к безопасности АСУ ТП // О Школе Fine Start. URL: https://finestart.ru/trebovaniya-k-bezopasnosti-asu-tp/
98. Обеспечение безопасности АСУ ТП – краткий обзор семейства стандартов IEC 62443. URL: https://isup.ru/articles/7/777/
99. Требования по защите АСУ ТП // Information Security. URL: https://www.itsec.ru/articles2/control/trebovaniya-po-zashchite-asu-tp
100. Оценка экономического эффекта для потребителей при установке автоматизированных узлов учета и регулирования тепловой энергии Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура — КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-ekonomicheskogo-effekta-dlya-potrebiteley-pri-ustanovke-avtomatizirovannyh-uzlov-ucheta-i-regulirovaniya
101. Калькулятор NPV и IRR — рассчитайте эффективность инвестиционного проекта. URL: https://fincalc.ru/kalkulyator-npv-i-irr/
102. Инвестиционные показатели NPV и IRR в Excel // #Finalytics.pro. URL: https://finalytics.pro/investicionnye-pokazateli-npv-i-irr-v-excel/
103. Экономическая эффективность внедрения узлов учета тепловой энергии // ГК ЭЛЕКОМ. URL: https://elecom.ru/articles/economical-efficiency-of-heat-metering-installation/
104. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ // Разработка рекомендаций по повышению тепловой эффективности зданий — Studbooks.net. URL: https://studbooks.net/1908611/bzhd/tehnika_bezopasnosti_rabote_teplovyh_punktah
105. Как повысить энергоэффективность потребления тепловой энергии при независимом операторе коммерческого учета // РосТепло.ru. URL: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_base/st_text.php?id=3772
106. АСУ ТП котельных и объектов тепловой генерации // НПО — Каскад-ГРУП. URL: https://kaskad-group.ru/solutions/asu-tp-kotelnykh-i-obektov-teplovoy-generatsii/
107. ИНВЕСТИЦИОННАЯ ПРОГРАММА «Развитие системы теплоснабжения открытог // Северский трубный завод. URL: https://www.seversky.ru/investitsionnaya-programma-razvitie-sistemy-teplosnabzheniya-otkrytogo-aktsionernogo-obshchestva-seve/
108. Инвестиционная программа в сфере теплоснабжения общества с ограниченной от // Департамент государственного регулирования цен и тарифов. URL: https://tariff.kz/upload/medialibrary/17a/17a2fb0400c9e83167c1303106517592.pdf
109. Об утверждении инвестиционной программы в сфере теплоснабжения ООО «Энергоресурс» по узлу теплоснабжения Беловского муниципального округа на 2022 — 2026 годы от 21 июня 2022. URL: https://docs.cntd.ru/document/460950334
110. Об утверждении рекомендуемой формы инвестиционной программы организации, осуществляющей регулируемые виды деятельности в сфере теплоснабжения, и методических рекомендаций по ее заполнению от 13 августа 2014. URL: https://docs.cntd.ru/document/420215720