Разработка и реализация пилотного проекта интеллектуальной энергосберегающей системы учета распределения и потребления энергоресурсов в зданиях и сооружениях на основе технологий беспроводных сенсорных сетей

Номер контракта: 14.740.11.0105
Период выполнения: 08.09.2010 — 15.11.2012
Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт программных систем им. А.К. Айламазяна Российской академии наук
Ключевые слова: сенсорная сеть, тепловой поток, мониторинг, обработка данных, корреляционный анализ

1. Цель исследования, разработки

Задача НИР — разработка и реализация пилотного проекта интеллектуальной энергосберегающей системы учета распределения и потребления энергоресурсов в зданиях и сооружениях на основе технологий беспроводных сенсорных сетей
Целью проекта является разработка, реализация и опытная эксплуатация на сегменте инфраструктуры ЖКХ системы учета распределения и потребления тепловой энергии, включающей сенсорную сеть и программное обеспечение для сбора и интеллектуальной обработки данных о параметрах системы теплоснабжения с целью решения следующих задач:

архивация и визуализация данных, а также протоколирование работы системы;

расчет тепловых потоков по данным датчиков температуры и давления;

мониторинг состояния тепловой сети в отдельных зданиях и сооружениях;

мониторинг теплопотерь и оценка аварийности теплотрасс;

повышение качества теплоснабжения путем оптимизации работ по расчету регулировки дроссельных шайб.

2. Основные результаты проекта

При выполнении НИР получены следующие результаты:

Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов по теме проекта.

Выбраны и обоснованы направления исследований и способы решения поставленных задач.

Выполнено сопоставление ожидаемых показателей новой продукции после внедрения результатов НИР с существующими показателями изделий-аналогов.

Разработана математическая модель расчета теплопотерь.

Разработана архитектура сенсорных узлов системы сбора данных.

Выполнен анализ технических условий опытного участка системы теплоснабжения г. Переславля-Залесского.

Разработаны и программно реализованы алгоритм расчета теплопотерь, алгоритм распознавания аварийных ситуаций и выработки рекомендаций по проведению ремонтных работ для предотвращения возможных аварийных ситуаций, алгоритмы и программа диспетчера системы теплоснабжения города, алгоритмы расчета регулировки дроссельных шайб.

Разработана документация для изготовления опытных образцов узлов сбора данных.

Разработана архитектура экспериментального участка сети мониторинга состояния системы теплоснабжения г. Переславля-Залесского.

Изготовлены опытные образцы узлов сбора и передачи данных о параметрах системы теплоснабжения.

Разработана Программа и методика испытаний опытных образцов узлов сбора и передачи данных, проведены испытания опытных образцов узлов сбора и передачи данных.

Выполнена оценка надежности сенсорных узлов системы сбора данных.

Проведена комплектация, испытания и опытная эксплуатация экспериментального участка системы теплоснабжения г. Переславля-Залесского.

Разработана программная документация на программу для ЭВМ «Интеллектуальная система теплоснабжения» в составе:

описание программы;

руководство оператора;

руководство программиста.

Проведено сопоставление результатов испытаний с результатами расчетов и математического моделирования.

Выполнены обобщение результатов предыдущих этапов работ и оценка полноты решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.

Выполнена оценка возможности создания конкурентоспособной продукции и услуг и разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР, включая предложения по коммерциализации.

Разработана программа внедрения результатов НИР в образовательный процесс.

Проведена технико-экономическая оценка полученных результатов.

Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96.

Подготовлены промежуточные и итоговый отчеты о НИР.

Основные характеристики созданной продукции:
Разработаны узлы сенсорной сети с внешними интерфейсами IEEE 802.11, IEEE 802.15.4, IEEE 802.3, обеспечивающие подключение датчиков температуры, датчиков давления, тепловычислителей с интерфейсом RS-485. Программное обеспечение системы мониторинга функционирует в среде ОС Linux, дистрибутив Debian GNU/Linux 5.0 или старше. Программная система реализована на языке Perl5, в реализации веб-интерфейсов администратора и оператора программы также используется язык JavaScript.
Новизна результатов НИР заключается в использовании современных разработок гетерогенных сенсорных сетей для построения системы по модульному принципу, а также в использовании методов математического моделирования для интеллектуального мониторинга состояния системы теплоснабжения. Узел сенсорной сети включает базовый модуль сенсорной сети и вспомогательные модули. Узлы сенсорной сети объединяются транспортным уровнем сенсорной сети, который реализуется как совокупность сетевых сегментов. На различных инженерно-технических объектах могут быть различные предпочтения или запреты по использованию тех или иных сетевых технологий. Поэтому предусмотрена разработка различных интерфейсных модулей, обеспечивающих создание отдельных сегментов транспортного уровня как на базе беспроводных, так и проводных сетевых технологий. Модульный принцип обеспечивает расширение возможностей и области применения технологической платформы, эффективность ее модернизации путем реализации новых модулей (расширение набора датчиков, поддержка новых сетевых технологий и т.п.).
По техническим характеристикам результаты НИР соответствуют мировому уровню разработок в области сенсорных сетей.

3. Назначение и область применения результатов проекта

Потенциальными потребителями результатов НИР могут быть любые предприятия и организации с развитой инженерно-технической инфраструктурой с имеющейся потребностью мониторинга и удаленного управления: предприятия химической и нефтехимической, пищевой, фармакологической, металлургической промышленности, предприятия связи, коммунальные, транспортные и энергораспределительные сети, предприятия тяжелого и ответственного машиностроения (ядерная энергетика, судостроение, авиастроение, силовые агрегаты) и др.
Пилотный проект интеллектуальной энергосберегающей системы учета распределения и потребления энергоресурсов в зданиях и сооружениях на основе технологий беспроводных сенсорных сетей реализуется для использования в системе ЖКХ.
Результаты НИР обеспечивают достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов.
Ожидаемые социально-экономические и др. эффекты от использования результатов НИР: снижение энергоёмкости рынка энергоресурсов, повышение качества жизни.
Возможные формы коммерциализации полученных результатов: организация производства продукции и/или оказание услуг, в том числе с образованием нового юридического лица.
Описание видов новой и усовершенствованной продукции (услуги), которые могут быть созданы: устройства сбора и передачи данных в сенсорных сетях.

4. Достижения молодых исследователей — участников Проекта (этапа проекта)

В проекте принимал участие молодой исследователь Ахременков Андрей Александрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник. При его непосредственном участии удалось получить следующие результаты: разработана математическая модель расчета теплопотерь, соответствующая мировому уровню в области системного анализа, что позволит использовать полученные результаты в системах мониторинга и оптимизации энергосистем и продолжить исследования в области оптимизационной термодинамики.

5. Опыт закрепления молодых исследователей — участников Проекта (этапа проекта) в области науки, образования и высоких технологий.

В течение 2010-2012 г.г., когда выполнялась НИР, из числа исполнителей проекта в аспирантуру ИПС им. А.К. Айламазяна РАН были зачислены 6 человек, 4 человека были приняты на работу в ИПС им. А.К. Айламазяна РАН после окончания аспирантуры или вуза. Основная проблема при закреплении молодых кадров — низкие стипендии аспирантов и оклады инженеров-исследователей.

6. Перспективы развития исследований

НОЦ ИПС им. А.К. Айламазяна РАН в проектах по 7-й рамочной Программе Евросоюза не участвует.
В рамках работы базовых кафедр НОЦ ИПС им. А.К. Айламазяна РАН студенты, аспиранты и молодые исследователи принимают активное участие в выполнении других проектов в области НИР:
«Математические модели и оценки предельных возможностей макросистем в классе необратимых процессов»;
«Исследование и разработка технологий, программных и аппаратных решений для сенсорных сетей»;
«Оптимизационные задачи для необратимых экономических макросистем с учетом взаимодействия с окружением».
Сотрудничество с НИЦЭВТ — одним из ведущих предприятий российской промышленности в области ИТ, может способствовать наибольшей отдаче для развития в России технологий в области исследования, а также для выхода российской продукции на региональные и глобальные рынки.

Назад в список проектов