ТЕПЛОРЕГИСТРАТОР КАРАТ

ТЕПЛОРЕГИСТРАТОР КАРАТ
Паномарев Ю.И. главный инженер НПП «Уралтехнология»
Анисимов Д.Л. инженер НПП «Уралтехнология»
В настоящее время актуальной является задача коммерческого учета энергоресурсов. Для
ее решения научно-производственным предприятием «Уралтехнология» разработан и
производится теплорегистратор КАРАТ - универсальный вторичный прибор для учета
тепловой энергии у источника и потребителя в водяных системах отопления. Ниже
описываются основные принципы, положенные в основу функционирования прибора.
Принципы выполнения измерений
Теплорегистратор КАРАТ является вычислителем с программируемой пользователем
(персоналом проектно-монтажной организации) структурой каналов измерения и расчета
значений теплометрических параметров, благодаря чему достигается возможность
использования прибора на объектах с любой схемой подключения к теплосети.
Программирование (настройка) теплорегистратора для каждого конкретного случая его
применения осуществляется при помощи клавиатуры прибора в одном из режимов его работы;
при этом весь процесс программирования сводится к формированию и заполнению настроечных
таблиц КАРАТа путем выбора требуемых вариантов из числа предлагаемых им шаблонов.
Возможно также программирование прибора при помощи персонального компьютера с
соответствующим программным обеспечением.
Измерение теплорегистратором КАРАТ значений теплометрических параметров
производится
косвенным
методом
с
использованием
первичных
измерительных
преобразователей (ПИП), преобразующих физические характеристики теплоносителя в контуре
теплоснабжения (температуру, давление, расход) в эквивалентные электрические величины
(ток, сопротивление, частота). Для измерения данных величин теплорегистратор КАРАТ
оборудован шестью аналоговыми (Iп_1... Iп_6) и четырьмя цифровыми (FS_1... FS_4) входами.
К первым могут быть подключены ПИП с токовым выходом или преобразователи
сопротивления, ко вторым - ПИП с частотным или число импульсным выходом. Назначение
каждого из входов теплорегистратора задается при настройке прибора.
При конфигурировании каналов расчета теплометрических параметров вводятся также все
необходимые характеристики применяемых ПИП, благодаря чему обеспечивается
универсальность теплорегистратора в отношении их типов.
Измерение прибором тепловой энергии в составе комбинированных теплосчетчиков
производится в соответствии с методикой выполнения измерений (МВИ 4217-001-3227711198), разработанной при участии Уральского НИИ метрологии. В общем случае, реализуемая
прибором формула для расчета произведенной или отпущенной потребителю за время  = 1- 0
тепловой энергии имеет вид
1
Qi =[E1iЕ2i] d,
0
где Е1i = G1i(2i) (h1i(2i)-hХВ), G1i(2i)
взятый с соответствующим знаком
массовый расход теплоносителя в подающем G1i или обратном G2i трубопроводе i-ой пары
трубопроводов системы (i = 1, 2,... ), h1i(2i) значения энтальпии теплоносителя в подающем или
обратном трубопроводе i-ой пары соответственно, hхв - энтальпия холодной воды.
Данная формула имеет достаточно общий характер и позволяет реализовать схему расчета
тепловой энергии, соответствующую требованиям «Правил учета тепловой энергии и
теплоносителя» практически для любой конфигурации теплопункта, содержащего до 4-6
трубопроводов.
В частности, при двухтрубном подключении отпущенная тепловая энергия или тепловая
энергия, полученная потребителем в открытой системе теплоснабжения, вычисляется как
1
Qi =[G1(h1-hХВ)-G2(h2-hХВ)] d.
0
Входящее в данное соотношение значение энтальпии холодной воды hхв может быть
определено как по реально измеренной температуре холодной воды tХВ, так и по значению tХВ,
установленному в договоре между поставщиком и потребителем.
На практике часто принимают tХВ=0; предыдущая формула при этом сводится к
выражению
1
Qi =[G1h1-G2h2] d.
0
В случае закрытой системы теплоснабжения имеем
1
Qi =G1[h1-h2] d.
0
Вычисление интегралов осуществляется теплорегистратором методом прямоугольников
периодическим суммированием приращений тепловой энергии, рассчитываемых в рабочих
циклах длительностью по 2 с по измеренным значениям указанных при настройке прибора
температур, давлений и расходов теплоносителя. Выбор формулы, соответствующей
конкретному случаю применения, производится КАРАТом автоматически на основе анализа
заданной пользователем конфигурации каналов измерения и расчета теплометрических
параметров.
Погрешности измерений комбинированными теплосчетчиками на базе теплорегистраторов
КАРАТ соответствуют требованиям, указанным в «Правилах учета тепловой энергии и
теплоносителя», а именно:
- относительная погрешность измерения тепловой энергии - не более 5 % при разности
температур в подающем и обратном трубопроводах от 10 до 20 °С и не более 4 % при
разности температур более 20 °С;
- относительная погрешность измерения массы (объема) теплоносителя в
диапазоне расхода от 4 до 100 % - не более 2 %;
- абсолютная погрешность измерения температуры теплоносителя не превышает
значений, определяемых соотношением
t =  (0,6 + 0, 004| t |), °С;
- относительная погрешность измерения давления теплоносителя не превышает 2%.
Принципы регистрации данных
По результатам производимых измерений и вычислений теплорегистратор КАРАТ ведет
три архива: почасовой, посуточный и помесячный, в каждом из которых может регистрироваться
до 16 параметров и каждый из которых можно остановить, включить вновь или очистить
независимо от двух других. Глубина архивов составляет 96 часов для почасового, 62 суток для
посуточного и 12 отчетных месяцев - для помесячного. Состав архивов и формат представления
сохраняемых в них данных определяются пользователем (персоналом проектно-монтажной
организации) при программировании прибора. Теплорегистратор автоматически включает в
каждый архив дополнительный параметр - время корректной работы (наработку) в часах за
каждый архивный интервал времени (час, сутки, месяц). Запись в архив прекращается - а
соответственно и прекращает насчитываться наработка - если значения какого-либо из
параметров выходят за пределы определенных при настройке прибора диапазонов. При снятии
напряжения питания прибора данные в архивах сохраняются в течение не менее чем 1 000
часов.
В архивы в общем случае записываются интегральные (для энергий и расходов) и
усредненные (для температур и давлений) значения параметров. Однако, если какая-либо из
температур участвует далее в расчете какого-либо массового расхода, то вычисляются и
помещаются в архив ее так называемые средне-массовые значения, т, е. рассчитывается
температура массы теплоносителя, прошедшей в точке измерения за интервал архивирования.
Принципы взаимодействия с внешними устройствами посредством
информационного обмена
Теплорегистратор КАРАТ оборудован последовательным интерфейсом, позволяющим
осуществлять передачу данных по двух- или четырех проводным линиям связи на расстояния до
800 м без использования дополнительной каналообразующей аппаратуры, а также объединять
несколько приборов в моноканальную локальную сеть шинной топологии с целью совместного
использования ими какого-либо ресурса, например, сетевого принтера. В сети может находиться
до 14 устройств. Для сопряжения интерфейса КАРАТ с RS-232 выпускаются специальные
адаптеры. Что касается логического интерфейса, то разработанные НПП «Уралтехнология» в
соответствии с эталонной моделью ОSI (Open System Interconnection - взаимосвязь открытых
систем) ISO коммуникационные протоколы обеспечивают реализацию ряда принципов или
механизмов взаимодействия устройств сети, среди которых следует отметить принцип обмена
логическими объектами информации, механизм автонастройки и принцип работы с
абстрактным устройством вывода.
Принцип обмена логическими объектами информации
Данный принцип заключается в том, что теплорегистратор КАРАТ никогда не передает во
внешнее, сетевое окружение содержимого физических областей своей памяти. Вся хранимая им
информация, будь то массивы значений измеряемых теплометрических параметров или же
установки, введенные пользователем при программировании прибора, структурирована и
сгруппирована по определенным признакам в логические объекты, каждый из которых имеет
собственный уникальный идентификатор. Физически данные, составляющие один объект, могут
располагаться в различных областях памяти теплорегистратора, но для внешнего,
запрашивающего, устройства представляют собой единое логическое целое. Благодаря такой
организации
эффективно
реализуется
защита
содержимого
памяти
прибора
от
несанкционированных действий со стороны других абонентов сети. Кроме того, данный
принцип обеспечивает возможность применения механизма автонастройки.
Механизм автонастройки
Т. к. теплорегистратор КАРАТ является устройством, программируемым пользователем
(персоналом проектно-монтажной организации), то теоретически может не существовать двух
приборов с одинаковым набором измеряемых и регистрируемых параметров или, другими
словами, с одинаковым набором логических объектов информации, доступных для внешних
устройств. При объединении нескольких таких теплорегистраторов в единую сеть сбора и
обработки информации (вывод данных на диспетчерский компьютер) возникает необходимость
настройки (конфигурирования) программного обеспечения верхнего (диспетчерского) уровня на
каждый конкретный прибор, что, по понятным причинам, крайне неудобно. Однако, благодаря
применению механизма авто настройки, данная проблема решается весьма эффективно. Суть
автонастройки сводится к тому, что устройство. А последовательно посылает устройству Б
пустые или частично заполненные идентификаторы объектов информации, а Б в ответных
посылках заполняет в этих идентификаторах поля, помеченные устройством А как
интересующие его. Благодаря особой структуре идентификаторов, А может распознать состав
данных любого, совершенно не известного ему априори устройства Б. Существование
описанного механизма обеспечивает возможность построения, расширения или модернизации
систем сбора и обработки данных на базе теплорегистраторов КАРАТ без индивидуальной и
дополнительной доработки программного обеспечения верхнего уровня. Кроме того, на
автонастройке основан принцип работы с абстрактными устройствами вывода.
Принцип работы с абстрактными устройствами вывода
Теплорегистратор КАРАТ может выводить данные не только по запросам извне, но и «по
собственной инициативе» или по инициативе пользователя, оперирующего его клавиатурой.
При этом физическая сущность устройства вывода совершенно безразлична - это может быть и
контроллер печатающего устройства, и внешний расширитель памяти, и устройство съема
информации на магнитный носитель. Процесс вывода протекает следующим образом.
При программировании КАРАТа в одной из его настроечных таблиц определяется
количество каналов вывода и сетевые адреса соответствующих конечных устройств. Если в
дальнейшем необходимо вывести данные на одно из устройств, теплорегистратор передает в
сеть адресованный запрос, в котором указывает идентификатор объекта или группы объектов
информации, который или которые должны быть выведены. Адресованное устройство
запрашивает указанный объект или же, если указана группа, при помощи механизма
автонастройки выясняет ее состав и запрашивает последовательно все необходимые объекты.
Способ дальнейшей обработки данных определяется спецификой устройства вывода и не важен
для теплорегистратора.
В качестве примера опишем работу теплорегистратора КАРАТ с контроллером системного
принтера КСП-1 производства НПП «Уралтехнология».
Контроллер включается в моноканальную локальную сеть передачи данных
как самостоятельное устройство со своим адресом. В ту же сеть могут быть включены до 13
теплорегистраторов КАРАТ. Работа контроллера инициируется поступлением от одного из
КАРАТов запроса вывода данных (например, содержимого одного из архивов), выдача
которого, в свою очередь, инициируется пользователем, работающим с клавиатурой
теплорегистратора. Запуская процесс автонастройки, КСП-1 выясняет состав архива, форматы
данных, а также данные обратившегося к нему прибора (серийный номер и пр. ), производит все
необходимые запросы, формирует отчет и выводит его на печать. В ходе печати контроллер
передает КАРАТу сообщения о ходе процесса («печать страницы I», «печать страницы 2»,
«нет бумаги» и т. п. ), которые отображаются на индикаторном табло теплорегистратора. Во
время обслуживания одного прибора контроллер «занят» для всех остальных устройств сети.