По дороге с ОВЕН: автоматизация инженерных систем тоннеля «Восточный выезд» в Уфе
«Восточный выезд» — один из крупнейших транспортных проектов Республики Башкортостан, соединивший Уфу с федеральной трассой М-5 «Урал». В состав транспортного комплекса входит автодорожный тоннель, оснащенный системами вентиляции, электроснабжения, водоотведения, противопожарной защиты и диспетчеризации. Для автоматизации инженерных систем тоннеля использованы десятки программируемых контроллеров ПЛК210, модулей ввода-вывода, датчиков ОВЕН и программное обеспечение MasterSCADA 4D. Проект был реализован для ООО «Башкирская концессионная компания».
Об особенностях реализации проекта и наиболее сложных задачах рассказали Азат Исламов, технический директор «ОВЕН-Уфа» и Кирилл Боев, ведущий инженер по автоматизации ООО «Атаконс Инжиниринг».
А.И.: Для автоматизации тоннеля мы использовали контроллеры ОВЕН ПЛК210-02.CS и ПЛК210-04.CS, модули ввода МВ210-101, МВ210-202, МВ210-204, модули вывода МУ210-402 и блоки питания БП240К и БП120К. Также в системе установлены датчики серии ДТС3ххх, реле перепада давления РД30-ДД и преобразователи давления ПД100И-111. На этом оборудовании построены системы управления вентиляцией, электроснабжением, насосными станциями, очистными сооружениями, отоплением и кондиционированием. Ведется круглосуточный мониторинг всех параметров, включая загазованность тоннеля. Отдельно организованы прием сигналов пожарной автоматики и передача данных в систему диспетчеризации.
К.Б.: Наиболее сложной частью проекта стала автоматизация струйной вентиляции. Она предназначена для контроля и управления воздушным потоком в транспортной зоне и автоматического регулирования расхода воздуха в зависимости от интенсивности движения и количества выделяемых транспортными средствами выхлопных газов.
Для управления вентиляторами установлены четыре основных шкафа ЩУСВ – по два на каждое направление, в каждом из них находится управляющий контроллер с модулями ввода-вывода. Еще десять шкафов размещены непосредственно у вентиляторов. В них установлены модули ввода-вывода, которые собирают информацию о состоянии электродвигателей вентиляторов, в том числе о температуре подшипников, обмоток и вибрации. Таким образом, только эта система включает 14 шкафов, четыре ПЛК и модули ввода-вывода.
Вентиляция тоннеля работает в двух основных режимах: транспортном и пожарном. В обычном транспортном режиме струйная вентиляция обеспечивает проветривание тоннеля. Ее работа зависит от концентрации вредных веществ в воздухе, прежде всего оксида углерода (CO) и диоксида азота (NO₂). Для их контроля установлены газоанализаторы. Также контролируются прозрачность воздуха и направление естественного воздушного потока.
При превышении допустимых концентраций автоматика включает струйные вентиляторы. Они создают направленный воздушный поток, обеспечивая удаление загрязненного воздуха через порталы тоннеля. При этом вентиляторы запускаются не все одновременно, а последовательно, в зависимости от показаний датчиков и направления движения воздуха. Сначала включается одна группа, если концентрация продолжает повышаться — следующая. При улучшении качества воздуха установки отключаются в обратной последовательности.
Всего в северном и южном транспортных отсеках предусмотрено по пять установок струйной вентиляции, каждая из которых состоит из двух вентиляторов. Направление воздушного потока и последовательность включения установок определяются действующими условиями.
Основная сложность возникла при разработке пожарных алгоритмов. Здесь алгоритм зависит уже не только от состояния воздуха, но и от места возгорания. В зависимости от зоны срабатывания пожарной сигнализации и направления воздушного потока включаются разные вентиляторы, которые могут работать как в сторону западного, так и восточного портала. Для некоторых сценариев предусмотрены задержки запуска вентиляторов, чтобы транспорт успел покинуть опасный участок.
Одновременно с этим должны работать системы противопожарной защиты, включая подпор воздуха в эвакуационных сбойках. Поэтому необходимо было разработать алгоритмы, которые учитывают зону возгорания, выбирают соответствующие вентиляционные установки и обеспечивают их согласованную работу с пожарной автоматикой. Это оказалось наиболее сложной инженерной задачей проекта.
Для мониторинга газовоздушной среды тоннеля предусмотрена отдельная подсистема. В ее составе 18 шкафов ЩАТБ с 18 контроллерами ПЛК210 и модулями ввода-вывода. Они обеспечивают сбор показаний датчиков концентрации CO и NO₂ по тоннелю. Эта информация используется системой управления струйной вентиляцией и передается на диспетчерский уровень.
Для измерения температуры в воздуховодах использованы специализированные датчики температуры для систем вентиляции, отопления и кондиционирования (ОВК/HVAC) ДТС3042. Для измерения температуры окружающего воздуха установлены настенные датчики ДТС3125. Контроль перепада давления воздуха в системе осуществляют реле РД30-ДД.
Помимо вентиляции, оборудование ОВЕН применяется в системе контроля электроснабжения. Здесь установлены три шкафа ЩУЭ, каждый с ПЛК и модулями ввода-вывода. Они получают сигналы от оборудования трансформаторных подстанций, вводно-распределительных устройств и других элементов системы электроснабжения.
Контроллеры отслеживают состояние автоматических выключателей и коммутационной аппаратуры. Система также предусматривает контроль электрических параметров распределительных устройств, регистрацию отклонений и передачу аварийных сообщений диспетчеру. Для части оборудования предусмотрено дистанционное управление коммутационными аппаратами и устройствами АВР.
Еще одна подсистема, которой управляет ПЛК – насосное оборудование. Для него предусмотрен шкаф ЩУНС с контроллером ПЛК210 и модулями ввода-вывода. Насосная станция обеспечивает перекачку воды, поступающей в систему водоотведения тоннеля, в том числе при мойке и тушении пожара.
В автоматическом режиме контроллер управляет насосами по сигналам датчиков уровня и обеспечивает их ротацию с учетом наработки моточасов. Также предусмотрено управление электроприводными задвижками: в случае аварийного падения давления на одном трубопроводе система переключает подачу воды на другой. Контроль давления в системе обеспечивает преобразователь ПД100И-111.
Информация о состоянии насосов, задвижек и аварийных ситуациях передается на диспетчерский уровень. Помимо автоматического, предусмотрены местный и дистанционный режимы управления.
Для вентиляции и отопления вспомогательных помещений предусмотрены четыре шкафа ЩУВК с четырьмя контроллерами и модулями ввода-вывода. В частности, это оборудование используется для автоматизации вентиляции каптажных (водосборных) камер, где необходимо поддерживать требуемую температуру и обеспечивать периодический воздухообмен.
Контроллеры управляют приточными и вытяжными вентиляторами по заданному алгоритму. В проекте предусмотрено периодическое проветривание: один час работы через семь часов. При этом приточные и вытяжные вентиляторы включаются согласованно.
Для контроля температуры в каптажных камерах используются датчики, в том числе производства ОВЕН. Отопление помещений обеспечивают электрические конвекторы со встроенными термостатами. Если температура опускается ниже +5 °C, на диспетчерский пункт передается сигнал о неисправности отопления.
Отдельно организован мониторинг сигналов пожарной автоматики. Для этого используются шкафы ЩИУ, через которые информация о состоянии соответствующих систем поступает в комплекс автоматизации. Сама пожарная система работает отдельно, но ее сигналы учитываются при выполнении алгоритмов управления инженерным оборудованием. При поступлении сигнала «Пожар» вентиляционные установки отключаются.
Для объединения информации от инженерных подсистем предусмотрен шкаф ЩУТБ с одним контроллером. Его задача – преобразование данных из используемых протоколов в MQTT для дальнейшей передачи на серверный уровень.
Стабильное питание оборудования в системе обеспечивают промышленные блоки питания для ответственных применений БП240К и БП120К.
А.И.: Все инженерные системы тоннеля передают данные в центральный диспетчерский пункт, который находится в здании пункта взимания платы (ПВП). Туда поступает информация не только от систем автоматизации тоннеля, но и от других объектов дорожной инфраструктуры, включая шлагбаумы, камеры видеонаблюдения и систему оплаты проезда.
Серверное оборудование размещено в помещении АСС (аварийно-спасательная станция). Сюда по волоконно-оптическим линиям связи поступают данные от инженерных подсистем. Для диспетчеризации используется MasterSCADA 4D, которая обеспечивает мониторинг состояния оборудования, архивирование параметров и формирование отчетов. Диспетчеры могут отслеживать работу оборудования, получать информацию об отклонениях и контролировать выполнение управляющих алгоритмов. При выборе программного обеспечения учитывались его российское происхождение и надежность.
В помещении операторов ПВП установлены два автоматизированных рабочих места. Еще одно, резервное, размещено в АСС и может использоваться при нарушении связи с основным диспетчерским пунктом. Серверы MasterSCADA и архивов также резервированы.
При выборе оборудования ОВЕН для проекта важными факторами стали доступная стоимость, наличие приборов на складе и сроки изготовления. Этот проект показал, что российское оборудование можно успешно применять и на сложных инфраструктурных объектах, где требуется согласованная работа множества инженерных систем. При этом важны не только технические возможности приборов, но и удобство работы с производителем: доступность оборудования, оперативное решение возникающих вопросов и поддержка на этапе пусконаладки. Все это позволяет сосредоточиться на главном — реализации инженерных решений, даже если задача требует нестандартного подхода.
