Базовый комплекс ИГС "CityCom-ГидроГраф" содержит всю функциональность, необходимую для графического представления и описания сетей водоснабжения (водоотведения) на масштабном или условно-масштабном плане местности, включая базу данных паспортизации водопроводных и канализационных сетей и инструментарий для ввода и корректировки данных. В состав базового комплекса включены также все необходимые виды тематических раскрасок, графических выделений, справочных и отчетных документов, формируемых на основании информации, содержащейся в базе данных паспортизации.
Паспортизация водопроводных (канализационных) сетей
В Базовый комплекс входят процедуры технологического ввода, позволяющие корректно заполнить базу данных характеристик узлов и участков водопроводной (канализационной) сети. Среди этих характеристик есть как необходимые для проведения гидравлического расчета и решения иных расчетно-аналитических задач, так и чисто справочные - материал колодца, балансовая принадлежность, телефон абонента и т.д.
В рамках каждого информационного проекта имеется собственная классификация типов узлов, состоящая не менее чем из 4 позиций (источники, потребители, колодцы, насосные станции). Количество типов узлов не ограничено, в среднем оно составляет 8-12. Участки водопроводной (канализационной) сети, соединяющие смежные узлы, также могут быть классифицированы, например: магистральные водоводы, квартальные и внутридворовые сети.
Для узлов и участков каждого из классифицируемых типов имеется свой набор паспортных характеристик, согласуемых с заказчиком на этапе разработки Технического задания. Паспорт узла или участка может содержать несколько десятков параметров.
Практически все необходимые справочники и технологические классификаторы (материалы труб и камер, виды прокладки, типы арматуры и агрегатов и т.п.) также согласуются с заказчиком и поставляются в составе инструментария, что значительно упрощает и формализует ввод паспортов. Исключение составляют такие параметры, значения которых не могут быть выбраны из классифицированного ряда (договорные нагрузки и лимиты, длины, геодезические отметки и т.п.) и должны заноситься непосредственным заданием в соответствующие поля экранных форм.
Помимо семантической информации об объектах водопроводной (канализационной) сети, паспортизация подразумевает и возможность создания графических детализированных схем узлов и участков, содержащих информацию о коммутации трубопроводов внутри узлов, запорной арматуре, привязкам к местности, наличии и расположении технологического оборудования (гидрантов, сальников, компенсаторов и т.п.). Для этой цели служит специализированный графический редактор с набором всех необходимых примитивов. Особенность этого графического редактора состоит в том, что при создании изображения внутренней схемы водопроводного (канализационного) узла он автоматически создает и включает в модель сети топологическую структуру связности второго (вложенного) уровня. Кроме того, имеется возможность одновременной паспортизации технологического оборудования, изображенного на этих схемах.
Имеется возможность включения в паспорта объектов произвольных документов, формат которых поддерживается операционной системой и установленными приложениями, например: фотоизображение объекта, видеофрагмент связанного с объектом события, договор с абонентом и т.п.
Подсистема "Гидравлика" (только водопровод)
Подсистема включает в себя полный набор функциональных компонент и соответствующие им информационные структуры базы данных, необходимых для гидравлического расчета водопроводных сетей и моделирования режимов водоснабжения.
Размерность моделируемых сетей водоснабжения, степень их закольцованности, а также количество источников, работающих на общую сеть - не ограничены.
Расчет гидравлического режима водопроводной сети
Это классический расчет потокораспределения в однотрубных сетях с терминальными узлами - источниками и портебителями. Как правило, по узлам-потребителям (абонентам) задаются нагрузки (лимиты), по источникам - напоры, по насосным станциям 2-го подъема - расходно-напорные характеристики агрегатов, а также геометрия и уровни резервуаров чистой воды и уставки регуляторов в регулирующих узлах водопроводной сети. В отдельных случаях возможно задание давлений на потребителях вместо расходов, и расход по источнику вместо напора (хотя это вряд ли целесообразно). Результатом гидравлического расчета является полное потокораспределение в водопроводной сети и давления во всех ее точках.
Насосные группы на станциях второго подъема описываются полной моделью, включающей расходно-напорную характеристику группы насосных агрегатов. Расходно-напорная характеристика может быть получена двумя способами:
- заданием параметров граничных пар "расход-напор", описывающих рабочую зону;
- заданием паспортных характеристик установленных насосных агрегатов (выбор из справочника насосов) и комбинацией их включения.
Гидравлические сопротивления участков трубопроводов водопроводной сети определяются их длиной, внутренним диаметром, материалом, суммой местных сопротивлений, коэффициентом шероховатости, степенью зарастания.
Инструментарий подсистемы включает в себя табличные и графические средства анализа режима водоснабжения, полученного в результате гидравлического расчета, включая пьезометрические графики.
Гидравлический расчет является инструментом имитационного моделирования водопроводных сетей. С его помощью возможен ответ на вопрос, что произойдет с гидравлическим режимом при тех или иных штатных или аварийных воздействиях на сеть, а также при различных условиях водопотребления в силу суточной или нерегулярной неравномерности.
О ситуационном моделировании с помощью инструментария гидравлического расчета водопроводной сети можно говорить только в случае, когда гидравлическая модель откалибрована. Калибровка модели - процесс идентификации и тонкой настройки наборов исходных данных таким образом, чтобы обеспечить максимальное приближение результатов гидравлического расчета к данным натурных измерений ("посадка" пьезометра на измерения). Калибровочный инструментарий включен в подсистему гидравлических расчетов и вкратце описан ниже, методика калибровки зависит от множества обстоятельств конкретной предприятия, эксплуатирующего водопроводную сеть.
Моделирование переключений
Это именно тот инструмент, который, главным образом, позволяет говорить о "гидравлической модели" водопроводной сети. Суть заключается в автоматическом отслеживании системой состояния запорно-регулирующей арматуры и насосных агрегатов в базе данных описания сети водоснабжения. Любое переключение на схеме водопровода влечет за собой автоматическое выполнение гидравлического расчета, и, таким образом, в любой момент времени пользователь видит тот гидравлический режим, который соответствует текущему состоянию всей совокупности запорно-регулирующей арматуры и насосных агрегатов на схеме водопроводной сети.
Переключения могут быть как одиночными, так и групповыми, для любой выбранной (отмеченной) совокупности переключаемых элементов.
Задвижки типа "дроссель", помимо двух крайних состояний (открыта/закрыта), могут иметь промежуточное состояние "прижата", определяемое в процентах открытия клапана, либо в числе оборотов штока. При этом состоянии задвижка моделируется своим гидравлическим сопротивлением, рассчитанным по характеристике клапана.
Для насосных агрегатов и их групп в модели доступны несколько видов переключений:
- включение/выключение;
- дросселирование;
- изменение частоты вращения привода;
При любом переключении н/а на насосной станции автоматически пересчитывается суммарная расходно-напорная характеристика всей совокупности работающих насосов.
Для регуляторов давления и расхода переключением является изменение уставки.
Для потребителей переключением является любое из следующих действий:
- включение/отключение нагрузки водопотребления;
- ограничение нагрузки водопотребления (в %% от паспортной, в т.ч. и более 100%);
- изменение вида нагрузки водопотребления из списка, имеющегося в паспорте (проектная/фактическая...)
Предусмотрена генерация специальных отчетов об отключенных/включенных абонентах и участках водопроводной сети, состояние которых изменилось в результате последнего произведенного единичного или группового переключения. Эти отчеты могут, по желанию пользователя, содержать любую информацию об этих объектах, содержащуюся в базе данных.
Режим гидравлического моделирования позволяет оперативно получать ответы на вопросы типа "Что будет, если...?" Это дает возможность избежать ошибочных действий при регулировании режима и переключениях на реальной водопроводной сети, могущих повлечь неприятные и даже фатальные последствия. Кроме того, гидравлическое моделирование позволяет производить расчет перспективных режимов, а также оценить резервы пропускной способности водопроводных сетей, производительности источников, насосных станций 2-го подъема и резервуаров чистой воды при формировании и выдаче технических условий на подключение новых потребителей.
Модельные базы
Подсистема гидравлических расчетов позволяет моделировать произвольные режимы, в том числе аварийные и перспективные, на пиковый, средний или минимальный водоразбор. Само по себе гидравлическое моделирование предполагает внесение в модель каких-то изменений с целью воспроизведения режимных последствий этих изменений. Очевидно, что такие изменения искажают реальные данные, описывающие эксплуатируемую водопроводную сеть в ее текущем состоянии, что категорически недопустимо.
Подсистема гидравлических расчетов содержит специальный инструментарий, позволяющий для целей моделирования создавать и администрировать специальные "модельные" базы - наборы данных, клонируемых из основной (контрольной) базы данных описания водопроводной сети, на которых можно производить любые манипуляции без риска исказить или повредить контрольную базу.
Кроме свободы манипуляций, этот механизм также обеспечивает возможность осуществления сравнительного анализа различных режимов работы водопроводной сети, реализованных в модельных базах, между собой. В частности, великолепным аналитическим инструментом является сравнительный пьезометрический график, на котором наглядно видно изменение гидравлического режима, произошедшее в результате тех или иных манипуляций, или изменения режима в разрезе различных часов суток и дней недели.
Пьезометрические графики
Это важный аналитический инструмент специалиста по гидравлическим расчетам водопроводных сетей. Пьезометр представляет собой графический документ, на котором изображена линия давления в трубопроводах водопроводной сети, а также профиль рельефа местности вдоль определенного пути, соединяющего между собой два произвольных узла водопроводной сети по неразрывному потоку воды. На пьезометрическом графике наглядно представлены все основные характеристики гидравлического режима по узлам и участкам водопровода вдоль выбранного пути: манометрические и полные давления, полные и удельные потери напора на участках водопроводной сети, расходы воды, перепады, создаваемые на насосных станциях и источниках, избыточные напоры и т.д.
Построению собственно пьезометрического графика предшествует выбор искомого пути. Для этой цели на схеме водопроводной сети отмечаются не менее двух узлов, через которые должен пройти выбранный путь. Как правило, в силу сильной закольцованности сетей водоснабжения, существует более одного пути, соединяющего заданные точки. В этом случае для однозначного определения результата можно указать промежуточные точки, либо изменить критерий поиска пути (это может быть минимизация количества участков, минимизация гидравлического сопротивления либо минимизация суммарной длины). Путь строится программой автоматически с учетом состояния запорной арматуры в узлах коммутации (колодцах), найденный путь "подсвечивается" на экране цветом выделения.
После выбора требуемого пути одним кликом мыши строится пьезометрический график. Состав отображаемой на нем информации, легенда и масштаб представления легко настраиваются пользователем в удобном для него виде. Среди прочих настроек, имеется возможность выделить на графике нарушения гидравлического режима, критерии нарушений задаются пользователем. График может быть при необходимости распечатан либо экспортирован в другие приложения через буфер обмена Windows.
На одном координатном поле могут быть одновременно построены сравнительные графики гидравлических режимов, построенные по модельным базам. Типы и цвета линий и точек графика легко настраиваются так, чтобы графики различных гидравлических режимов на одном поле были различимы между собой.
В случае наличия связи ИГС "ГидроГраф" с АСУ ТП на пьезометрическом графике возможно, помимо расчетных линий давлений, показать реальные узловые давления, измереряемые непосредственно на водопроводной сети датчиками. Это позволяет сопоставить режим, полученный в результате гидравлического расчета, с данными фактических замеров, и сильно упрощает процесс калибровки расчетной гидравлической модели.
Пьезометрический график является незаменимым инструментом при калибровке гидравлической модели водопроводной сети, поскольку графическая интерпретация гидравлического режима позволяет одновременно качественно и количественно оценить поправки, которые необходимо внести в расчетную модель, чтобы она наиболее адекватно повторяла "гидравлическое поведение" реальной водопроводной сети в эксплуатации.
Анализ режимов насосных станций
Это графический инструмент, позволяющий оценить гидравлический режим нагруженности водопроводной насосной станции второго подъема. На графике представлена рассчитанная расходно-напорная характеристика всей совокупности работающих насосных агрегатов, а также графики потребляемой мощности и КПД насосной станции. На расходно-напорно характеристике отмечаются крайние точки рабочей зоны, а также изображается текущее положение рабочей точки (подача насосной станции и создаваемый ею напор). Этот график позволяет наглядно оценить текущий режим загрузки насосной станции с точки зрения величины запаса или "перегруженности" по производительности, КПД и экономичности. Так, если рабочая точка лежит вблизи левой границы рабочей зоны, это свидетельствует о значительной избыточности включенных насосных агрегатов; если же она "прижата" к правому краю рабочей зоны, это означает необходимость включения в работу дополнительных насосных агрегатов в группе.
Как отмечалось выше, совокупная расходно-напорная характеристика рассчитывается на основе паспортных характеристик реальных насосных агрегатов, установленных на станциях второго подъема, либо характеристик, полученных идентификацией по натурным испытаниям, либо теоретических характеристик, заданных "по двум точкам".
В комплекте иснтрументария подсистемы гидравлических расчетов поставляется обширная база данных по нескольким сотням видов насосов, используемых в водоснабжении. Если у конкретного пользователя встречаются насосные агрегаты, отсутствующие в базе данных "CityCom-ГидроГраф", мы в течение нескольких часов централизованно заносим такие агрегаты в справочник, с тем, чтобы с этого момента и в дальнейшем их характеристики были доступны и другим многочисленным пользователям технологии "CityCom".
Групповые изменения характеристик нагрузок абонентов водопроводной сети по заданным критериям
В подсистеме гидравлических расчетов имеется специальный инструмент для осуществления массовых изменений характеристик нагрузок потребителей с целью моделирования - таким образом, чтобы при этом не менять паспортные значения нагрузок абонентов водопроводной сети.
Этот инструмент позволяет применить общее правило изменения характеристик нагрузки одновременно для некоторой совокупности потребителей, определяемой заданным критерием отбора, в частности:
- по всей базе данных;
- по одной из связных компонент водопроводной сети (зоне водоснабжения);
- по некоторой графической области, заданной произвольным многоугольником;
- по типу объектов водоснабжения (жилье, административные здания, промышленность и т.д);
- по признаку ведомственной подчиненности;
- по признаку административного деления; и т.п.
Критерии отбора могут быть любыми, единственное существенное требование: соответствующая информация, на основании которой строится критериальный отбор, должна в явном виде присутствовать в базе данных описания абонентов водопроводных сетей.
Для потребителей, отобранных по заданному критерию, можно выполнить любое из следующих изменений характеристик нагрузки:
- включение/отключение нагрузки водопотребления;
- ограничение нагрузки водопотребления (в %% от паспортной, в т.ч. и более 100%);
- изменение способа задания нагрузки водопотребления из списка, имеющегося в паспорте (проектная/фактическая/...)
После проведения серии изменений характеристик нагрузок автоматически производится гидравлический расчет, результаты которого сразу же доступны для визуализации на схеме и анализа.
Поскольку при изменении характеристик нагрузки водопотребления паспорта абонентов не меняются, очень просто вернуться к исходному состоянию модели, определяемому паспортными значениями нагрузок.
Групповые изменения характеристик участков сети по заданным критериям
Данный инструмент применим для различных целей и задач гидравлического моделирования, однако его основное предназначение - калибровка расчетной гидравлической модели водопроводной сети. Реальная водопроводная сеть всегда имеет физические характеристики, отличающиеся от проектных, в силу происходящих во времени изменений - коррозии и выпадения отложений, отражающихся на изменении эквивалентной шероховатости и уменьшении внутреннего диаметра вследствие зарастания. Очевидно, что эти изменения влияют на гидравлические сопротивления участков трубопроводов, и в масштабах сети в целом это приводит к весьма значительным расхождениям результатов гидравлического расчета по "проектным" значениям с реальным гидравлическим режимом, наблюдаемым в сети. С другой стороны, измерить действительные значения шероховатостей и внутренних диаметров участков эксплуатируемой водопроводной сети не представляется возможным, поскольку это потребовало бы массового вскрытия трубопроводов, что вряд ли реализуемо. Поэтому эти значения можно лишь косвенным образом оценить на основании сравнения реального (наблюдаемого) гидравлического режима с результатами расчетов на гидравлической модели, и внести в расчетную модель соответствующие поправки. В этом, в первом приближении, и состоит процесс калибровки.
Инструмент групповых операций позволяет выполнить изменение характеристик для подмножества участков водопроводной сети, определяемомого заданным критерием отбора, в частности:
- по всей базе данных;
- по одной из связных компонент водопроводной сети (зоне водоснабжения);
- по некоторой графической области, заданной произвольным многоугольником;
- вдоль выбранного пути;
При этом на любой из вышеперечисленный "пространственный" критерий может быть наложена суперпозиция критериев отбора по классифицирующим признакам:
- по виду сетей водоснабжения (магистральные, квартальные, внутридворовые);
- по участкам водопровода определенного условного диаметра;
- по участкам определенного способа прокладки, и т.п.
Критерии отбора могут быть произвольными при соблюдении основного требования: информация, на основании которой строится отбор, должна в явном виде присутствовать в паспортных описаниях участков водопроводной сети.
Для участков водопроводной сети, отобранных по определенной совокупности критериев, можно произвести любую из следующих операций:
- изменение эквивалентной шероховатости;
- изменение степени зарастания трубопровода;
- изменение способа расчета сопротивления.
После проведения серии изменений характеристик участков трубопроводов водопроводной сети автоматически производится гидравлический расчет, результаты которого сразу же доступны для визуализации на схеме и анализа.
Поскольку при изменении характеристик участков водопроводной сети их паспорта не модифицируются, в любой момент можно вернуться к исходному состоянию модели, определяемому паспортными значениями характеристик участков.
Табличные и графические аналитические инструменты
Наряду с самым востребованным инструментом, - пьезометрическими графиками, - подсистема гидравлических расчетов снабжена большим количеством удобных средств анализа. В частности, следующие:
Набор раскрасок, графических выделений и аналитических документов ничем не органичен, кроме потребностей пользователя и соблюдения общего принципа: группировать, фильтровать и анализировать можно только те даные, которые в явном виде присутствуют в базе данных проекта, либо вычислимы из последних.
Подсистема "Локализация аварий" (только водопровод)
Одна из наиболее востребованных подсистем для водопроводных сетей, предназначенная для формирования и выдачи рекомендаций по локализации аварийных участков. Высокая потребность в этом инструменте объясняется сильной закольцованностью водопроводных сетей и нетривиальным алгоритмом поиска решения в условиях, когда не вся ближайшая секционирующая арматура доступна для переключений.
При указании на схеме водопроводной сети одного или нескольких аварийных участков программа автоматически находит перечень ближайшей доступной запорной арматуры, которую необходимо закрыть для их локализации. Участок считается локализованным, если он не соединяется потоком воды с узлами водопроводной сети, заданными как источники. Запорная арматура, помеченная как неисправная или недоступная, исключается алгоритмом из перечня арматуры для выработки рекомендаций по локализации аварии.
В результате отработки запроса на локализацию аварийных участков результирующая локализованная область (часть сети, отключенная от водоснабжения) на схеме перекрашивается цветом выделения, что позволяет срузу визуально оценить размер отключаемого фрагмента водопроводной сети.
Как результат выполнения локализации, пользователь может получить разнообразные отчеты по локализованной области: перечень отключаемых потребителей водопроводной сети, список отключенных колодцев, содержащих гидранты, общую длину и объем отключаемой сети водоснабжения, а также ряд других справочных сведений.
Подсистема "Профиль"
Этот инструмент предназначен для автоматического построения продольного профиля трассы трубопроводов вдоль выбранного пути. На графическом документе изображается профиль земной поверности, линия глубины заложения трубопроводов, геометрические размеры колодцев, другая необходимая справочная информация.
Построению профиля предшествует выбор искомого пути. Для этой цели на схеме сети отмечаются не менее двух узлов, через которые должен пройти выбранный путь. Как правило, для водопроводных сетей, в силу сильной закольцованности, существует более одного пути, соединяющего заданные точки. В этом случае для однозначного определения результата можно указать промежуточные точки, либо изменить критерий поиска пути (это может быть минимизация количества участков, минимизация гидравлического сопротивления либо минимизация суммарной длины). Путь строится программой автоматически, найденный путь "подсвечивается" на экране цветом выделения. В отличие от пьезометрического графика, путь для построения продольного профиля находится программой без учета состояния запорной арматуры в узлах коммутации (колодцах).
После выбора требуемого пути одним кликом мыши строится продольный профиль. Состав отображаемой на нем информации, легенда и масштаб представления легко настраиваются пользователем в удобном для него виде.
Подсистема "Зоны канализования" (только водоотведение)
Подсистема позволяет на основании топологической модели сети водоотведения определить дерево стоков (зону канализования) для произвольного узла сети. Эта задача имеет практическое применение при возникновении засоров. Для указываемой на схеме сети точки засора автоматически формируется соответствующая данной точке зона канализования, которая "подсвечивается" графически. Для найденной таким образом зоны могут быть сформированы любые необходимые аналитические отчеты.
Подсистема "Повреждения"
Данный инструмент предназначен для ведения и обработки архива повреждаемости водопроводных и канализационных сетей.
Каждая запись электронного журнала повреждений связана с конкретным участком или узлом сети, изображенным на схеме. При формировании новой записи поврежденый участок (узел) может быть найден и выбран на графическом представлении сети, либо в диалоге - по адресу или иному поисковому критерию. Паспортные данные поврежденного участка (узла) автоматически попадают в журнал повреждений.
По каждому повреждению в журнал заносится набор данных, описывающих как характер самого повреждения, так и сведения о моментах обнаружения и ликвидации. Подсистема автоматически отслеживает состояние записей о повреждениях. Виды повреждений, аварий и неисправностей классифицированы, что, с одной стороны, значительно упрощает ввод, а с другой стороны - дает возможность статистической обработки журнала с выдачей разнообразных отчетов о повреждаемости водопроводных и канализационных сетей.
Повреждения могут быть изображены в графическом виде на схеме сетей специальными условными обозначениями, что обеспечивает визуальную оценку их территориальной распределенности и выявление зон концентрации.
Прямая связь журнала повреждений с базой данных информационного описания сетей водоснабжения (водоотведения) позволяет не только сформировать отчет о повреждаемости оборудования за любой период, но и легко решать "обратную" задачу: например, для определенного участка получить справку о том, когда и какие на нем имели место аварии, повреждения или неисправности.
Подсистема "Переключения" (только водопровод)
Эта подсистема предназначена для эксплуатации в диспетчерской службе и позволяет вести электронный журнал переключений на сети.
В отличие от "модельного" режима переключений, реализованного в рамках подсистемы гидравлических расчетов водопроводных сетей, здесь все переключения ведутся на контрольной диспетчерской базе, при этом для каждого переключения фиксируется штамп времени и ФИО диспетчера, его осуществившего. В системе ведется список лиц, допущенных к производству переключений (как правило, это сотрудники диспетчерской службы водоснабжающего предприятия), и осуществляется их аутентификация. Таким образом, контрольная диспетчерская модель водопроводной сети в любой момент времени отражает реальное состояние всех динамических элементов (задвижек, насосных станций, источников, регуляторов), а в информационной системе зарегистрированы все изменения во времени состояний переключаемых объектов. Во всем остальном осуществление переключений не отличается от "модельного": автоматически производится гидравлический расчет, выдаются отчеты об отключениях и т.д.
Подсистема "Заявки"
Данная подсистема - один из основных элементов "диспетчерской" функциональности ИГС "CityCom-ГидроГраф", одновременно являющийся наиболее естественным средством перманентной актуализации информационной модели водопроводной (канализационной) сети.
Одной из основных функций диспетчерской службы является контроль за выполнением плановых и аварийных ремонтно-восстановительных работ на основе журнала (карточек) заявок. В подсистеме "Заявки" реализована технология компьютерного ведения журналов заявок, обеспечивающая следующие основные возможности:
Как видно из перечня функций, подсистема "Повреждения" входит сюда лишь как одна из составных частей, поскольку через механизм диспетчерских заявок проводятся не только работы, связанные с авариями и повреждениями, но и плановые ремонтно-восстановительные и профилактические мероприятия.
Каждая заявка имеет жизненный цикл, включающий несколько этапов от "принятия" до "закрытия" и передачи в архив. На различных эксплуатирующих предприятиях сами этапы жизненного цикла заявок, а также алгоритм обработки заявки на каждом из них могут отличаться, и это адекватно отражается на функционировании подсистемы.
Практически все события, в результате которых могут измениться существенные данные в паспортах объектов (длины и диаметры трубопроводов, вид прокладки, материал трубопровода, схемы и структуры колодцев и т.п.), непременно находят свое отражение в диспетчерских журналах заявок. По этой причине подсистема "Заявки" де-факто становится инструментом постоянной актуализации информационного описания сетей, что является дополнительным серьезным аргументом в пользу внедрения этой подсистемы наряду с Базовым комплексом ИГС "CityCom-ГидроГраф".
Подсистема "АСУ ТП" (только водопровод)
Если в эксплуатирующем предприятии существует и функционирует система автоматизированного сбора телеизмерений с удаленных датчиков, установленных в узлах водопроводной сети и диктующих точках, то получаемые по каналам телеметрии данные можно с заданным интервалом периодичности отображать на графическом представлении водопроводных сетей, а также в отчетных и аналитических документах в среде ИГС "CityCom-ГидроГраф".
Помимо очевидного удобства оперативного мониторинга параметров гидравлического режима, сопряжение ИГС "CityCom-ГидроГраф" со средствами АСУ ТП и SCADA дает чрезвычайно удобный и эффективный инструмент для калибровки расчетной гидравлической модели водопроводной сети, без которой невозможно получить адекватный ответ на вопрос "Что будет, если...?"
Подсистема "Абоненты" (как правило, водопровод)
Зачастую абонентские отделы и службы присоединения имеют свои локальные информационные системы, предназначеные для учета договоров, нагрузок (лимитов), ведения взаиморасчетов и т.п. В рамках этих систем так или иначе описываются те же самые объекты, которые в ИГС "CityCom-ГидроГраф" фигурируют в качестве узлов-потребителей гидравлической модели системы водоснабжения. Дублирование одних и тех же данных в двух различных информационных средах удваивает трудозатраты по ведению и актуализации баз данных. К тому же вероятность рассинхронизации информации в несвязанных между собой системах близка к 100%.
В рамках ИГС "CityCom-ГидроГраф" возможно создание специального механизма автоматизированного регламентного обмена "абонентской" информацией с обособленными информационными системами, эксплуатируемыми в соответствущих службах предприятия. Этот механизм позволяет по согласованному регламенту обновлять нагрузочные и описательные характеристики потребителей системы водоснабжения в информационной модели "CityCom-ГидроГраф" по данным служб, ответственных за их достоверность. Тем самым снижаются трудозатраты на актуализацию данных и практически исключается их рассогласованность.
Подсистема "AnWater" (только водопровод)
Полное название данной подсистемы: "Анализ технико-экономических показателей режимов работы системы водоснабжения". Назначение - внедрение "безбумажной" технологии работы диспетчерской службы и обеспечение экономичных режимов источников и насосных станций 2-го подъема.
Информационной основой подсистемы являются ведущиеся в диспетчерских службах электронные журналы параметров режима во временном разрезе.
Диспетчерскому персоналу необходимо вести многочисленные журналы, содержащие часовые и суточные значения расходов воды, уровней воды в резервуарах, давлений, расходов электроэнергии, моменты переключения насосного оборудования и запорной арматуры, параметры качества воды и.т.п. При компьютерном ведении журналов все указанные данные хранятся в стандартной реляционной базе данных, что позволяет создать и полезно использовать многолетний архив измеряемых данных.
При наличии автоматизированной системы сбора данных (АСУ ТП, SCADA) часть измеряемых параметров поступает в базу данных автоматически. С этой целью подсистема "AnWater" снабжена различными интерфейсными средствами для переноса информации из телеметрической системы в базу данных. Кроме того, реализованы удобные для пользователя технологии ручного ввода данных, при этом обеспечивается контроль вводимых данных на основе робастных статистик.
Подсистема позволяет вести журнал прогноза погоды и журнал фактических метеорологических наблюдений (температура наружного воздуха, скорость ветра, осадки).
Таким образом, подсистема "AnWater" обеспечивает возможность ведения многолетнего архива параметров, описывающих режимы работы системы водоснабжения в целом.
По исходным первичным измеряемым данным могут быть получены практически произвольные расчетные данные. Например, по часовым данным автоматически рассчитываются суточные, среднесуточные за месяц и за год, суммарные расходы воды и электроэнергии по городу и зонам, запасы воды и т.п.
Подсистема позволяет осуществлять оптимальное, с точки зрения расхода электроэнергии, управление группами насосных агрегатов на станциях 2-го подъема и регулирующих узлах с учетом доступных способов управления (переключения, дросселирование, частотное регулирование). На основе хранящихся в архиве моментов изменений состояния насосов и давлений на входе и выходе насосной станции по характеристикам насосных агрегатов рассчитываются почасовая подача воды и суточный расход электроэнергии.
Расчетно-аналитический компонент подсистемы позволяет получить разнообразные, настраиваемые по требованию пользователя, документы и отчеты (в частности - суточный рапорт диспетчера), содержащие как исходные данные, так и рассчитанные параметры за промежуток времени (час, сутки, месяц, год). При этом автоматически рассчитываются подачи воды по источникам, насосным станциям и городу в целом, а также многочисленные технико-экономические показатели.
Предоставляется возможность получения несколько десятков видов различных графиков, показывающих характер изменения по временным интервалам (часы, сутки, месяцы, годы) технологических параметров, хранящихся в архиве. При этом на одном поле графика могут сопоставляться как различные параметры на одном интервале времени, так и один параметр на различных интервалах времени.
На основе многолетних архивов, хранящихся в базе данных подсистемы, возможно осуществление прогнозов водопотребления. Рассчитываются сбалансированные прогнозы водопотребления города на различных интервалах времени (год, месяц, сутки, час). Особое внимание уделяется расчету прогнозов на так называемые нерегулярные дни (31 декабря, Пасха, праздники и т.п.), по которым реализован специальный алгоритм их учета, значительно повышающий достоверность прогноза в целом.
Прогнозы водопотребления могут быть использованы как для выявления дней и часов максимального (минимального) водопотребления, так и для выработки энергосберегающей технологии оперативного управления режимами насосных станций. Это особенно актуально в случаях, когда подача воды осуществляется с предварительным накоплением в городских резервуарах (регулирующих узлах).
Это единственная подсистема, которая может быть поставлена отдельно и независимо от Базового комплекса ИГС "CityCom-ГидроГраф". В случае обособленной поставки в качестве графического представления системы водоснабжения используется условная мнемосхема, на которой отображены лишь те объекты, по которым ведется учет технико-экономических показателей.
Подробнее: ИГС "CityCom"
Паспортизация водопроводных (канализационных) сетей
В Базовый комплекс входят процедуры технологического ввода, позволяющие корректно заполнить базу данных характеристик узлов и участков водопроводной (канализационной) сети. Среди этих характеристик есть как необходимые для проведения гидравлического расчета и решения иных расчетно-аналитических задач, так и чисто справочные - материал колодца, балансовая принадлежность, телефон абонента и т.д.
В рамках каждого информационного проекта имеется собственная классификация типов узлов, состоящая не менее чем из 4 позиций (источники, потребители, колодцы, насосные станции). Количество типов узлов не ограничено, в среднем оно составляет 8-12. Участки водопроводной (канализационной) сети, соединяющие смежные узлы, также могут быть классифицированы, например: магистральные водоводы, квартальные и внутридворовые сети.
Для узлов и участков каждого из классифицируемых типов имеется свой набор паспортных характеристик, согласуемых с заказчиком на этапе разработки Технического задания. Паспорт узла или участка может содержать несколько десятков параметров.
Практически все необходимые справочники и технологические классификаторы (материалы труб и камер, виды прокладки, типы арматуры и агрегатов и т.п.) также согласуются с заказчиком и поставляются в составе инструментария, что значительно упрощает и формализует ввод паспортов. Исключение составляют такие параметры, значения которых не могут быть выбраны из классифицированного ряда (договорные нагрузки и лимиты, длины, геодезические отметки и т.п.) и должны заноситься непосредственным заданием в соответствующие поля экранных форм.
Помимо семантической информации об объектах водопроводной (канализационной) сети, паспортизация подразумевает и возможность создания графических детализированных схем узлов и участков, содержащих информацию о коммутации трубопроводов внутри узлов, запорной арматуре, привязкам к местности, наличии и расположении технологического оборудования (гидрантов, сальников, компенсаторов и т.п.). Для этой цели служит специализированный графический редактор с набором всех необходимых примитивов. Особенность этого графического редактора состоит в том, что при создании изображения внутренней схемы водопроводного (канализационного) узла он автоматически создает и включает в модель сети топологическую структуру связности второго (вложенного) уровня. Кроме того, имеется возможность одновременной паспортизации технологического оборудования, изображенного на этих схемах.
Имеется возможность включения в паспорта объектов произвольных документов, формат которых поддерживается операционной системой и установленными приложениями, например: фотоизображение объекта, видеофрагмент связанного с объектом события, договор с абонентом и т.п.
Подсистема "Гидравлика" (только водопровод)
Подсистема включает в себя полный набор функциональных компонент и соответствующие им информационные структуры базы данных, необходимых для гидравлического расчета водопроводных сетей и моделирования режимов водоснабжения.
Размерность моделируемых сетей водоснабжения, степень их закольцованности, а также количество источников, работающих на общую сеть - не ограничены.
Расчет гидравлического режима водопроводной сети
Это классический расчет потокораспределения в однотрубных сетях с терминальными узлами - источниками и портебителями. Как правило, по узлам-потребителям (абонентам) задаются нагрузки (лимиты), по источникам - напоры, по насосным станциям 2-го подъема - расходно-напорные характеристики агрегатов, а также геометрия и уровни резервуаров чистой воды и уставки регуляторов в регулирующих узлах водопроводной сети. В отдельных случаях возможно задание давлений на потребителях вместо расходов, и расход по источнику вместо напора (хотя это вряд ли целесообразно). Результатом гидравлического расчета является полное потокораспределение в водопроводной сети и давления во всех ее точках.
Насосные группы на станциях второго подъема описываются полной моделью, включающей расходно-напорную характеристику группы насосных агрегатов. Расходно-напорная характеристика может быть получена двумя способами:
- заданием параметров граничных пар "расход-напор", описывающих рабочую зону;
- заданием паспортных характеристик установленных насосных агрегатов (выбор из справочника насосов) и комбинацией их включения.
Гидравлические сопротивления участков трубопроводов водопроводной сети определяются их длиной, внутренним диаметром, материалом, суммой местных сопротивлений, коэффициентом шероховатости, степенью зарастания.
Инструментарий подсистемы включает в себя табличные и графические средства анализа режима водоснабжения, полученного в результате гидравлического расчета, включая пьезометрические графики.
Гидравлический расчет является инструментом имитационного моделирования водопроводных сетей. С его помощью возможен ответ на вопрос, что произойдет с гидравлическим режимом при тех или иных штатных или аварийных воздействиях на сеть, а также при различных условиях водопотребления в силу суточной или нерегулярной неравномерности.
О ситуационном моделировании с помощью инструментария гидравлического расчета водопроводной сети можно говорить только в случае, когда гидравлическая модель откалибрована. Калибровка модели - процесс идентификации и тонкой настройки наборов исходных данных таким образом, чтобы обеспечить максимальное приближение результатов гидравлического расчета к данным натурных измерений ("посадка" пьезометра на измерения). Калибровочный инструментарий включен в подсистему гидравлических расчетов и вкратце описан ниже, методика калибровки зависит от множества обстоятельств конкретной предприятия, эксплуатирующего водопроводную сеть.
Моделирование переключений
Это именно тот инструмент, который, главным образом, позволяет говорить о "гидравлической модели" водопроводной сети. Суть заключается в автоматическом отслеживании системой состояния запорно-регулирующей арматуры и насосных агрегатов в базе данных описания сети водоснабжения. Любое переключение на схеме водопровода влечет за собой автоматическое выполнение гидравлического расчета, и, таким образом, в любой момент времени пользователь видит тот гидравлический режим, который соответствует текущему состоянию всей совокупности запорно-регулирующей арматуры и насосных агрегатов на схеме водопроводной сети.
Переключения могут быть как одиночными, так и групповыми, для любой выбранной (отмеченной) совокупности переключаемых элементов.
Задвижки типа "дроссель", помимо двух крайних состояний (открыта/закрыта), могут иметь промежуточное состояние "прижата", определяемое в процентах открытия клапана, либо в числе оборотов штока. При этом состоянии задвижка моделируется своим гидравлическим сопротивлением, рассчитанным по характеристике клапана.
Для насосных агрегатов и их групп в модели доступны несколько видов переключений:
- включение/выключение;
- дросселирование;
- изменение частоты вращения привода;
При любом переключении н/а на насосной станции автоматически пересчитывается суммарная расходно-напорная характеристика всей совокупности работающих насосов.
Для регуляторов давления и расхода переключением является изменение уставки.
Для потребителей переключением является любое из следующих действий:
- включение/отключение нагрузки водопотребления;
- ограничение нагрузки водопотребления (в %% от паспортной, в т.ч. и более 100%);
- изменение вида нагрузки водопотребления из списка, имеющегося в паспорте (проектная/фактическая...)
Предусмотрена генерация специальных отчетов об отключенных/включенных абонентах и участках водопроводной сети, состояние которых изменилось в результате последнего произведенного единичного или группового переключения. Эти отчеты могут, по желанию пользователя, содержать любую информацию об этих объектах, содержащуюся в базе данных.
Режим гидравлического моделирования позволяет оперативно получать ответы на вопросы типа "Что будет, если...?" Это дает возможность избежать ошибочных действий при регулировании режима и переключениях на реальной водопроводной сети, могущих повлечь неприятные и даже фатальные последствия. Кроме того, гидравлическое моделирование позволяет производить расчет перспективных режимов, а также оценить резервы пропускной способности водопроводных сетей, производительности источников, насосных станций 2-го подъема и резервуаров чистой воды при формировании и выдаче технических условий на подключение новых потребителей.
Модельные базы
Подсистема гидравлических расчетов позволяет моделировать произвольные режимы, в том числе аварийные и перспективные, на пиковый, средний или минимальный водоразбор. Само по себе гидравлическое моделирование предполагает внесение в модель каких-то изменений с целью воспроизведения режимных последствий этих изменений. Очевидно, что такие изменения искажают реальные данные, описывающие эксплуатируемую водопроводную сеть в ее текущем состоянии, что категорически недопустимо.
Подсистема гидравлических расчетов содержит специальный инструментарий, позволяющий для целей моделирования создавать и администрировать специальные "модельные" базы - наборы данных, клонируемых из основной (контрольной) базы данных описания водопроводной сети, на которых можно производить любые манипуляции без риска исказить или повредить контрольную базу.
Кроме свободы манипуляций, этот механизм также обеспечивает возможность осуществления сравнительного анализа различных режимов работы водопроводной сети, реализованных в модельных базах, между собой. В частности, великолепным аналитическим инструментом является сравнительный пьезометрический график, на котором наглядно видно изменение гидравлического режима, произошедшее в результате тех или иных манипуляций, или изменения режима в разрезе различных часов суток и дней недели.
Пьезометрические графики
Это важный аналитический инструмент специалиста по гидравлическим расчетам водопроводных сетей. Пьезометр представляет собой графический документ, на котором изображена линия давления в трубопроводах водопроводной сети, а также профиль рельефа местности вдоль определенного пути, соединяющего между собой два произвольных узла водопроводной сети по неразрывному потоку воды. На пьезометрическом графике наглядно представлены все основные характеристики гидравлического режима по узлам и участкам водопровода вдоль выбранного пути: манометрические и полные давления, полные и удельные потери напора на участках водопроводной сети, расходы воды, перепады, создаваемые на насосных станциях и источниках, избыточные напоры и т.д.
Построению собственно пьезометрического графика предшествует выбор искомого пути. Для этой цели на схеме водопроводной сети отмечаются не менее двух узлов, через которые должен пройти выбранный путь. Как правило, в силу сильной закольцованности сетей водоснабжения, существует более одного пути, соединяющего заданные точки. В этом случае для однозначного определения результата можно указать промежуточные точки, либо изменить критерий поиска пути (это может быть минимизация количества участков, минимизация гидравлического сопротивления либо минимизация суммарной длины). Путь строится программой автоматически с учетом состояния запорной арматуры в узлах коммутации (колодцах), найденный путь "подсвечивается" на экране цветом выделения.
После выбора требуемого пути одним кликом мыши строится пьезометрический график. Состав отображаемой на нем информации, легенда и масштаб представления легко настраиваются пользователем в удобном для него виде. Среди прочих настроек, имеется возможность выделить на графике нарушения гидравлического режима, критерии нарушений задаются пользователем. График может быть при необходимости распечатан либо экспортирован в другие приложения через буфер обмена Windows.
На одном координатном поле могут быть одновременно построены сравнительные графики гидравлических режимов, построенные по модельным базам. Типы и цвета линий и точек графика легко настраиваются так, чтобы графики различных гидравлических режимов на одном поле были различимы между собой.
В случае наличия связи ИГС "ГидроГраф" с АСУ ТП на пьезометрическом графике возможно, помимо расчетных линий давлений, показать реальные узловые давления, измереряемые непосредственно на водопроводной сети датчиками. Это позволяет сопоставить режим, полученный в результате гидравлического расчета, с данными фактических замеров, и сильно упрощает процесс калибровки расчетной гидравлической модели.
Пьезометрический график является незаменимым инструментом при калибровке гидравлической модели водопроводной сети, поскольку графическая интерпретация гидравлического режима позволяет одновременно качественно и количественно оценить поправки, которые необходимо внести в расчетную модель, чтобы она наиболее адекватно повторяла "гидравлическое поведение" реальной водопроводной сети в эксплуатации.
Анализ режимов насосных станций
Это графический инструмент, позволяющий оценить гидравлический режим нагруженности водопроводной насосной станции второго подъема. На графике представлена рассчитанная расходно-напорная характеристика всей совокупности работающих насосных агрегатов, а также графики потребляемой мощности и КПД насосной станции. На расходно-напорно характеристике отмечаются крайние точки рабочей зоны, а также изображается текущее положение рабочей точки (подача насосной станции и создаваемый ею напор). Этот график позволяет наглядно оценить текущий режим загрузки насосной станции с точки зрения величины запаса или "перегруженности" по производительности, КПД и экономичности. Так, если рабочая точка лежит вблизи левой границы рабочей зоны, это свидетельствует о значительной избыточности включенных насосных агрегатов; если же она "прижата" к правому краю рабочей зоны, это означает необходимость включения в работу дополнительных насосных агрегатов в группе.
Как отмечалось выше, совокупная расходно-напорная характеристика рассчитывается на основе паспортных характеристик реальных насосных агрегатов, установленных на станциях второго подъема, либо характеристик, полученных идентификацией по натурным испытаниям, либо теоретических характеристик, заданных "по двум точкам".
В комплекте иснтрументария подсистемы гидравлических расчетов поставляется обширная база данных по нескольким сотням видов насосов, используемых в водоснабжении. Если у конкретного пользователя встречаются насосные агрегаты, отсутствующие в базе данных "CityCom-ГидроГраф", мы в течение нескольких часов централизованно заносим такие агрегаты в справочник, с тем, чтобы с этого момента и в дальнейшем их характеристики были доступны и другим многочисленным пользователям технологии "CityCom".
Групповые изменения характеристик нагрузок абонентов водопроводной сети по заданным критериям
В подсистеме гидравлических расчетов имеется специальный инструмент для осуществления массовых изменений характеристик нагрузок потребителей с целью моделирования - таким образом, чтобы при этом не менять паспортные значения нагрузок абонентов водопроводной сети.
Этот инструмент позволяет применить общее правило изменения характеристик нагрузки одновременно для некоторой совокупности потребителей, определяемой заданным критерием отбора, в частности:
- по всей базе данных;
- по одной из связных компонент водопроводной сети (зоне водоснабжения);
- по некоторой графической области, заданной произвольным многоугольником;
- по типу объектов водоснабжения (жилье, административные здания, промышленность и т.д);
- по признаку ведомственной подчиненности;
- по признаку административного деления; и т.п.
Критерии отбора могут быть любыми, единственное существенное требование: соответствующая информация, на основании которой строится критериальный отбор, должна в явном виде присутствовать в базе данных описания абонентов водопроводных сетей.
Для потребителей, отобранных по заданному критерию, можно выполнить любое из следующих изменений характеристик нагрузки:
- включение/отключение нагрузки водопотребления;
- ограничение нагрузки водопотребления (в %% от паспортной, в т.ч. и более 100%);
- изменение способа задания нагрузки водопотребления из списка, имеющегося в паспорте (проектная/фактическая/...)
После проведения серии изменений характеристик нагрузок автоматически производится гидравлический расчет, результаты которого сразу же доступны для визуализации на схеме и анализа.
Поскольку при изменении характеристик нагрузки водопотребления паспорта абонентов не меняются, очень просто вернуться к исходному состоянию модели, определяемому паспортными значениями нагрузок.
Групповые изменения характеристик участков сети по заданным критериям
Данный инструмент применим для различных целей и задач гидравлического моделирования, однако его основное предназначение - калибровка расчетной гидравлической модели водопроводной сети. Реальная водопроводная сеть всегда имеет физические характеристики, отличающиеся от проектных, в силу происходящих во времени изменений - коррозии и выпадения отложений, отражающихся на изменении эквивалентной шероховатости и уменьшении внутреннего диаметра вследствие зарастания. Очевидно, что эти изменения влияют на гидравлические сопротивления участков трубопроводов, и в масштабах сети в целом это приводит к весьма значительным расхождениям результатов гидравлического расчета по "проектным" значениям с реальным гидравлическим режимом, наблюдаемым в сети. С другой стороны, измерить действительные значения шероховатостей и внутренних диаметров участков эксплуатируемой водопроводной сети не представляется возможным, поскольку это потребовало бы массового вскрытия трубопроводов, что вряд ли реализуемо. Поэтому эти значения можно лишь косвенным образом оценить на основании сравнения реального (наблюдаемого) гидравлического режима с результатами расчетов на гидравлической модели, и внести в расчетную модель соответствующие поправки. В этом, в первом приближении, и состоит процесс калибровки.
Инструмент групповых операций позволяет выполнить изменение характеристик для подмножества участков водопроводной сети, определяемомого заданным критерием отбора, в частности:
- по всей базе данных;
- по одной из связных компонент водопроводной сети (зоне водоснабжения);
- по некоторой графической области, заданной произвольным многоугольником;
- вдоль выбранного пути;
При этом на любой из вышеперечисленный "пространственный" критерий может быть наложена суперпозиция критериев отбора по классифицирующим признакам:
- по виду сетей водоснабжения (магистральные, квартальные, внутридворовые);
- по участкам водопровода определенного условного диаметра;
- по участкам определенного способа прокладки, и т.п.
Критерии отбора могут быть произвольными при соблюдении основного требования: информация, на основании которой строится отбор, должна в явном виде присутствовать в паспортных описаниях участков водопроводной сети.
Для участков водопроводной сети, отобранных по определенной совокупности критериев, можно произвести любую из следующих операций:
- изменение эквивалентной шероховатости;
- изменение степени зарастания трубопровода;
- изменение способа расчета сопротивления.
После проведения серии изменений характеристик участков трубопроводов водопроводной сети автоматически производится гидравлический расчет, результаты которого сразу же доступны для визуализации на схеме и анализа.
Поскольку при изменении характеристик участков водопроводной сети их паспорта не модифицируются, в любой момент можно вернуться к исходному состоянию модели, определяемому паспортными значениями характеристик участков.
Табличные и графические аналитические инструменты
Наряду с самым востребованным инструментом, - пьезометрическими графиками, - подсистема гидравлических расчетов снабжена большим количеством удобных средств анализа. В частности, следующие:
- "гидравлическая" раскраска водопроводной сети: разными цветами выделяются включенные, отключенные и тупиковые участки сетей;
- специальные раскраски водопроводной сети по значениям различных характеристик гидравлического режима (по скорости, по зонам давлений, по удельным потерям напора на участках и т.п.);
- графические выделения (выделения цветом или иным способом узлов и/или участков водопроводной сети по некоторому критерию), например: потребители с низким напором на вводе, колодцы с "прижатыми" задвижками, участки с превышением заданной скорости потока, и т.п.
- расстановка значков-стрелок, указывающих направление движения воды по трубопроводам;
- подпись на схеме водопровода значений расходов по участкам и давлений в узлах сети;
- произвольные табличные аналитические документы, построенные на исходных данных и результатах гидравлического расчета водопроводной сети;
- гидравлические справки по отдельным узлам, участкам, источникам, насосным станциям и потребителям водопроводной сети;
- произвольные запросы и выборки из базы данных, содержащие любые описанные функции от параметров гидравлического режима.
Набор раскрасок, графических выделений и аналитических документов ничем не органичен, кроме потребностей пользователя и соблюдения общего принципа: группировать, фильтровать и анализировать можно только те даные, которые в явном виде присутствуют в базе данных проекта, либо вычислимы из последних.
Подсистема "Локализация аварий" (только водопровод)
Одна из наиболее востребованных подсистем для водопроводных сетей, предназначенная для формирования и выдачи рекомендаций по локализации аварийных участков. Высокая потребность в этом инструменте объясняется сильной закольцованностью водопроводных сетей и нетривиальным алгоритмом поиска решения в условиях, когда не вся ближайшая секционирующая арматура доступна для переключений.
При указании на схеме водопроводной сети одного или нескольких аварийных участков программа автоматически находит перечень ближайшей доступной запорной арматуры, которую необходимо закрыть для их локализации. Участок считается локализованным, если он не соединяется потоком воды с узлами водопроводной сети, заданными как источники. Запорная арматура, помеченная как неисправная или недоступная, исключается алгоритмом из перечня арматуры для выработки рекомендаций по локализации аварии.
В результате отработки запроса на локализацию аварийных участков результирующая локализованная область (часть сети, отключенная от водоснабжения) на схеме перекрашивается цветом выделения, что позволяет срузу визуально оценить размер отключаемого фрагмента водопроводной сети.
Как результат выполнения локализации, пользователь может получить разнообразные отчеты по локализованной области: перечень отключаемых потребителей водопроводной сети, список отключенных колодцев, содержащих гидранты, общую длину и объем отключаемой сети водоснабжения, а также ряд других справочных сведений.
Подсистема "Профиль"
Этот инструмент предназначен для автоматического построения продольного профиля трассы трубопроводов вдоль выбранного пути. На графическом документе изображается профиль земной поверности, линия глубины заложения трубопроводов, геометрические размеры колодцев, другая необходимая справочная информация.
Построению профиля предшествует выбор искомого пути. Для этой цели на схеме сети отмечаются не менее двух узлов, через которые должен пройти выбранный путь. Как правило, для водопроводных сетей, в силу сильной закольцованности, существует более одного пути, соединяющего заданные точки. В этом случае для однозначного определения результата можно указать промежуточные точки, либо изменить критерий поиска пути (это может быть минимизация количества участков, минимизация гидравлического сопротивления либо минимизация суммарной длины). Путь строится программой автоматически, найденный путь "подсвечивается" на экране цветом выделения. В отличие от пьезометрического графика, путь для построения продольного профиля находится программой без учета состояния запорной арматуры в узлах коммутации (колодцах).
После выбора требуемого пути одним кликом мыши строится продольный профиль. Состав отображаемой на нем информации, легенда и масштаб представления легко настраиваются пользователем в удобном для него виде.
Подсистема "Зоны канализования" (только водоотведение)
Подсистема позволяет на основании топологической модели сети водоотведения определить дерево стоков (зону канализования) для произвольного узла сети. Эта задача имеет практическое применение при возникновении засоров. Для указываемой на схеме сети точки засора автоматически формируется соответствующая данной точке зона канализования, которая "подсвечивается" графически. Для найденной таким образом зоны могут быть сформированы любые необходимые аналитические отчеты.
Подсистема "Повреждения"
Данный инструмент предназначен для ведения и обработки архива повреждаемости водопроводных и канализационных сетей.
Каждая запись электронного журнала повреждений связана с конкретным участком или узлом сети, изображенным на схеме. При формировании новой записи поврежденый участок (узел) может быть найден и выбран на графическом представлении сети, либо в диалоге - по адресу или иному поисковому критерию. Паспортные данные поврежденного участка (узла) автоматически попадают в журнал повреждений.
По каждому повреждению в журнал заносится набор данных, описывающих как характер самого повреждения, так и сведения о моментах обнаружения и ликвидации. Подсистема автоматически отслеживает состояние записей о повреждениях. Виды повреждений, аварий и неисправностей классифицированы, что, с одной стороны, значительно упрощает ввод, а с другой стороны - дает возможность статистической обработки журнала с выдачей разнообразных отчетов о повреждаемости водопроводных и канализационных сетей.
Повреждения могут быть изображены в графическом виде на схеме сетей специальными условными обозначениями, что обеспечивает визуальную оценку их территориальной распределенности и выявление зон концентрации.
Прямая связь журнала повреждений с базой данных информационного описания сетей водоснабжения (водоотведения) позволяет не только сформировать отчет о повреждаемости оборудования за любой период, но и легко решать "обратную" задачу: например, для определенного участка получить справку о том, когда и какие на нем имели место аварии, повреждения или неисправности.
Подсистема "Переключения" (только водопровод)
Эта подсистема предназначена для эксплуатации в диспетчерской службе и позволяет вести электронный журнал переключений на сети.
В отличие от "модельного" режима переключений, реализованного в рамках подсистемы гидравлических расчетов водопроводных сетей, здесь все переключения ведутся на контрольной диспетчерской базе, при этом для каждого переключения фиксируется штамп времени и ФИО диспетчера, его осуществившего. В системе ведется список лиц, допущенных к производству переключений (как правило, это сотрудники диспетчерской службы водоснабжающего предприятия), и осуществляется их аутентификация. Таким образом, контрольная диспетчерская модель водопроводной сети в любой момент времени отражает реальное состояние всех динамических элементов (задвижек, насосных станций, источников, регуляторов), а в информационной системе зарегистрированы все изменения во времени состояний переключаемых объектов. Во всем остальном осуществление переключений не отличается от "модельного": автоматически производится гидравлический расчет, выдаются отчеты об отключениях и т.д.
Подсистема "Заявки"
Данная подсистема - один из основных элементов "диспетчерской" функциональности ИГС "CityCom-ГидроГраф", одновременно являющийся наиболее естественным средством перманентной актуализации информационной модели водопроводной (канализационной) сети.
Одной из основных функций диспетчерской службы является контроль за выполнением плановых и аварийных ремонтно-восстановительных работ на основе журнала (карточек) заявок. В подсистеме "Заявки" реализована технология компьютерного ведения журналов заявок, обеспечивающая следующие основные возможности:
- значительное упрощение процедур контроля за работами по заявкам (выборка заявок по этапам их "жизненного цикла", просмотр всех заявок по заданному объекту и т.д.);
- быстрый поиск требуемой заявки с гибко настраиваемым критерием поиска;
- ведение архива дефектов на сетях водоснабжения (водоотведения) и выполняемых по заявкам работ на основе формализованного классификатора, с подведением итогов за временной интервал;
- возможность автоматического формирования разнообразных отчетов по заявкам;
- графическое отображение мест дефектов на схеме водопроводной (канализационной) сети;
- ведение журнала использования машин и механизмов;
- ведение журнала работы членов бригады по заявкам;
- быстрые переходы от журнала заявок к схеме сети и наоборот;
- а также другие функции, значительно облегчающие работу диспетчерской службы.
Как видно из перечня функций, подсистема "Повреждения" входит сюда лишь как одна из составных частей, поскольку через механизм диспетчерских заявок проводятся не только работы, связанные с авариями и повреждениями, но и плановые ремонтно-восстановительные и профилактические мероприятия.
Каждая заявка имеет жизненный цикл, включающий несколько этапов от "принятия" до "закрытия" и передачи в архив. На различных эксплуатирующих предприятиях сами этапы жизненного цикла заявок, а также алгоритм обработки заявки на каждом из них могут отличаться, и это адекватно отражается на функционировании подсистемы.
Практически все события, в результате которых могут измениться существенные данные в паспортах объектов (длины и диаметры трубопроводов, вид прокладки, материал трубопровода, схемы и структуры колодцев и т.п.), непременно находят свое отражение в диспетчерских журналах заявок. По этой причине подсистема "Заявки" де-факто становится инструментом постоянной актуализации информационного описания сетей, что является дополнительным серьезным аргументом в пользу внедрения этой подсистемы наряду с Базовым комплексом ИГС "CityCom-ГидроГраф".
Подсистема "АСУ ТП" (только водопровод)
Если в эксплуатирующем предприятии существует и функционирует система автоматизированного сбора телеизмерений с удаленных датчиков, установленных в узлах водопроводной сети и диктующих точках, то получаемые по каналам телеметрии данные можно с заданным интервалом периодичности отображать на графическом представлении водопроводных сетей, а также в отчетных и аналитических документах в среде ИГС "CityCom-ГидроГраф".
Помимо очевидного удобства оперативного мониторинга параметров гидравлического режима, сопряжение ИГС "CityCom-ГидроГраф" со средствами АСУ ТП и SCADA дает чрезвычайно удобный и эффективный инструмент для калибровки расчетной гидравлической модели водопроводной сети, без которой невозможно получить адекватный ответ на вопрос "Что будет, если...?"
Подсистема "Абоненты" (как правило, водопровод)
Зачастую абонентские отделы и службы присоединения имеют свои локальные информационные системы, предназначеные для учета договоров, нагрузок (лимитов), ведения взаиморасчетов и т.п. В рамках этих систем так или иначе описываются те же самые объекты, которые в ИГС "CityCom-ГидроГраф" фигурируют в качестве узлов-потребителей гидравлической модели системы водоснабжения. Дублирование одних и тех же данных в двух различных информационных средах удваивает трудозатраты по ведению и актуализации баз данных. К тому же вероятность рассинхронизации информации в несвязанных между собой системах близка к 100%.
В рамках ИГС "CityCom-ГидроГраф" возможно создание специального механизма автоматизированного регламентного обмена "абонентской" информацией с обособленными информационными системами, эксплуатируемыми в соответствущих службах предприятия. Этот механизм позволяет по согласованному регламенту обновлять нагрузочные и описательные характеристики потребителей системы водоснабжения в информационной модели "CityCom-ГидроГраф" по данным служб, ответственных за их достоверность. Тем самым снижаются трудозатраты на актуализацию данных и практически исключается их рассогласованность.
Подсистема "AnWater" (только водопровод)
Полное название данной подсистемы: "Анализ технико-экономических показателей режимов работы системы водоснабжения". Назначение - внедрение "безбумажной" технологии работы диспетчерской службы и обеспечение экономичных режимов источников и насосных станций 2-го подъема.
Информационной основой подсистемы являются ведущиеся в диспетчерских службах электронные журналы параметров режима во временном разрезе.
Диспетчерскому персоналу необходимо вести многочисленные журналы, содержащие часовые и суточные значения расходов воды, уровней воды в резервуарах, давлений, расходов электроэнергии, моменты переключения насосного оборудования и запорной арматуры, параметры качества воды и.т.п. При компьютерном ведении журналов все указанные данные хранятся в стандартной реляционной базе данных, что позволяет создать и полезно использовать многолетний архив измеряемых данных.
При наличии автоматизированной системы сбора данных (АСУ ТП, SCADA) часть измеряемых параметров поступает в базу данных автоматически. С этой целью подсистема "AnWater" снабжена различными интерфейсными средствами для переноса информации из телеметрической системы в базу данных. Кроме того, реализованы удобные для пользователя технологии ручного ввода данных, при этом обеспечивается контроль вводимых данных на основе робастных статистик.
Подсистема позволяет вести журнал прогноза погоды и журнал фактических метеорологических наблюдений (температура наружного воздуха, скорость ветра, осадки).
Таким образом, подсистема "AnWater" обеспечивает возможность ведения многолетнего архива параметров, описывающих режимы работы системы водоснабжения в целом.
По исходным первичным измеряемым данным могут быть получены практически произвольные расчетные данные. Например, по часовым данным автоматически рассчитываются суточные, среднесуточные за месяц и за год, суммарные расходы воды и электроэнергии по городу и зонам, запасы воды и т.п.
Подсистема позволяет осуществлять оптимальное, с точки зрения расхода электроэнергии, управление группами насосных агрегатов на станциях 2-го подъема и регулирующих узлах с учетом доступных способов управления (переключения, дросселирование, частотное регулирование). На основе хранящихся в архиве моментов изменений состояния насосов и давлений на входе и выходе насосной станции по характеристикам насосных агрегатов рассчитываются почасовая подача воды и суточный расход электроэнергии.
Расчетно-аналитический компонент подсистемы позволяет получить разнообразные, настраиваемые по требованию пользователя, документы и отчеты (в частности - суточный рапорт диспетчера), содержащие как исходные данные, так и рассчитанные параметры за промежуток времени (час, сутки, месяц, год). При этом автоматически рассчитываются подачи воды по источникам, насосным станциям и городу в целом, а также многочисленные технико-экономические показатели.
Предоставляется возможность получения несколько десятков видов различных графиков, показывающих характер изменения по временным интервалам (часы, сутки, месяцы, годы) технологических параметров, хранящихся в архиве. При этом на одном поле графика могут сопоставляться как различные параметры на одном интервале времени, так и один параметр на различных интервалах времени.
На основе многолетних архивов, хранящихся в базе данных подсистемы, возможно осуществление прогнозов водопотребления. Рассчитываются сбалансированные прогнозы водопотребления города на различных интервалах времени (год, месяц, сутки, час). Особое внимание уделяется расчету прогнозов на так называемые нерегулярные дни (31 декабря, Пасха, праздники и т.п.), по которым реализован специальный алгоритм их учета, значительно повышающий достоверность прогноза в целом.
Прогнозы водопотребления могут быть использованы как для выявления дней и часов максимального (минимального) водопотребления, так и для выработки энергосберегающей технологии оперативного управления режимами насосных станций. Это особенно актуально в случаях, когда подача воды осуществляется с предварительным накоплением в городских резервуарах (регулирующих узлах).
Это единственная подсистема, которая может быть поставлена отдельно и независимо от Базового комплекса ИГС "CityCom-ГидроГраф". В случае обособленной поставки в качестве графического представления системы водоснабжения используется условная мнемосхема, на которой отображены лишь те объекты, по которым ведется учет технико-экономических показателей.
Подробнее: ИГС "CityCom"