Автоматизированные системы управления технологическими
процессами подачи и распределения воды. (Эгильский И. С.)

Содержание

Введение.
Глава 1. Принципы автоматизированного управления водоснабжением городов.
1.1. Основные понятия.
1.2. Виды АСУТП водоснабжения.

Глава 2. Основные элементы АСУТП водоснабжения.
2.1. Структура диспетчерского управления водоснабжением.
2.2. Организационное обеспечение АСУТП водоснабжения.
2.3. Функциональная структура АСУТП водоснабжения.

Глава 3. Информационные функции АСУТП.
3.1. Централизованный контроль и учет.
3.2. Диагностика протекания технологического процесса.
3.3. Обеспечение диспетчера информацией о работе объекта.

Глава 4. Оптимизация режимов работы системы ПРВ.
4.1. Принципы оптимального управления.
4.2. Классификация математических моделей, используемых в АСУТП водоснабжения.
4.3. Методы построения математических моделей.

Глава 5. Оптимальное управление насосными станциями.
5.1. Цели и критерии оптимизации.
5.2. Прогнозирование графика водопотребления.
5.3. Методы построения статистических моделей.
5.4. Алгоритмы расчета оптимальных режимов насосных станций.
5.5. Формирование графика работы насосных станций.

Глава 6. Расчеты гидравлических режимов водопроводных сетей.
6.1. Детерминированные модели потокораспределения.
6.2. Идентификация параметров детерминированной модели водопроводной сети.
6.3. Расчеты путей развития водопроводных сетей.

Глава 7. Моделирование аварийных режимов работы водопроводных сетей.
7.1. Цели и методы моделирования аварийных ситуаций.
7.2. Блок-схема алгоритма расчета.

Глава 8. Регулирование водопотоков.
8.1. Необходимость регулирования водопотоков.
8.2. Оперативное перераспределение водопотоков между жилыми и промышленными районами города.
8.3. Регулирование водопотоков в сетях с контррезервуаром.
8.4. Регулирование водопотоков в водопроводной сети.

Глава 9. АСУТП групповых систем водоснабжения.
9.1. Особенность управления групповыми системами водоснабжения.
9.2. Методы оптимального координированного управления водозаборами.
9.3. Управление сооружениями дальнего транспорта воды.

Глава 10. Организационно-технологические АСУ водоснабжением.
10.1. Интеграция АСОУ и АСУТП водоснабжения города.
10.2. Региональные АСУОТ водоснабжением.

Глава 11. Технические средства АСУТП
11.1. Состав технических средств.
11.2. Датчики.
11.3. Аппаратура регулирования скорости насосов.
11.4 Аппаратура сбора и обработки информации.

Глава 12. Оценка экономической эффективности АСУТП водоснабжения.
12.1. Общие положения.
12.2. Расчет экономической эффективности на стадии проектирования систем.
12.2.1. Расчет затрат на создание и внедрение АСУТП.
12.2.2. Определение эксплуатационных расходов АСУТП.
12.2.3. Оценка ожидаемой экономии от внедрения АСУТП водоснабжения.
12.2.4. Расчет обобщенных показателей экономической эффективности.
12.2.5. Оценка эффективности при частичном внедрении АСУТП водоснабжения.
12.2.6. Пример расчета ожидаемой экономической эффективности.
12.3. Оценка фактической экономии от внедрения АСУТП водоснабжения.
12.4. Оценка экономической эффективности АСУ на предпроектной стадии.

Глава 13. Организация проектирования и внедрения АСУТП водоснабжения.
13.1. Стадии и участники работ.
13.2. Предпроектные работы.
13.3. Пример технико-экономического обоснования создания АСУТП водоснабжения.
13.4. Особенности проектирования и внедрения АСУТП водоснабжения.
13.5. Анализ функционирования АСУТП водоснабжения.

Глава 14. Примеры АСУТП водоснабжения.
14.1. Общая оценка состояния внедрения систем.
14.2. АСУ водоснабжения Харькова.
14.3. АСУ водопровода Зеленограда.
14.4. АСУТП водопровода Каунаса.
14.5. АСУТП Троицкого группового водопровода.
14.6. АСУ водоснабжения Минска.
14.7. АСУТП водоснабжения Горького.
14.8. АСУТП водоснабжения. Челябинска.
14.9. Зарубежные системы управления водоснабжением и водоотведением.
Список литературы.

Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения

На обеспечение функционирования этих систем приходится значительная доля общих затрат на эксплуатацию зданий. В связи с этим сегодня широкое применение получает автоматизация систем водоснабжения и водоотведения, с помощью которой значительно повышается эффективность их работы, снижаются затраты и аварийность, обеспечивается бесперебойное функционирование коммуникаций.

Профессиональные услуги по автоматизации систем водоотведения и водоснабжения предлагает компания «Акрукс-Про». Мы имеем многолетний опыт работы в данной сфере и беремся за заказы даже самого высокого уровня сложности, обеспечивая оптимальный результат. Подтверждением этому может служить большое количество успешно реализованных проектов автоматизации для крупных объектов жилого, производственного, коммерческого, общественного назначения в Санкт-Петербурге, Ярославле и других городах.

Объекты автоматизации

Автоматизация инженерных сетей водоснабжения и водоотведения зданий и сооружений предусматривает автоматическое управление основными функциональными элементами систем. К числу таких элементов относятся:

• насосные станции, в том числе повысительные станции;
• трубопроводная запорная и регулирующая арматура;
• водоприемные сооружения;
• фильтровальные станции;
• очистные сооружения;
• насосные канализационные станции.

Обеспечив эффективное автоматическое управление этими узлами, удается поддерживать параметры всей системы на заданных значениях и полностью контролировать ее работу.

Основные компоненты системы автоматизации

В состав системы автоматизации водоснабжения и водоотведения входят следующие основные компоненты:

• датчики — устройства, обеспечивающие измерение и контроль рабочих параметров;
• измерительные преобразователи — устройства, которые преобразуют измеряемую величину в измерительный сигнал, удобный для последующей обработки данных;
• модули ввода данных — устройства, преобразующие сигналы от датчиков в цифровую форму с последующей передачей данных на контроллер;
• модули вывода данных — устройства, передающие данные от контроллера к исполнительным устройствам;
• контроллер — программируемое устройство управления. Осуществляет обработку поступающих данных, на основании чего формируются управляющие импульсы, которые направляются на исполнительные устройства;
• исполнительные устройства — устройства, которые оказывают непосредственное воздействие на процесс работы системы водоснабжения или водоотведения в соответствии с командами контроллера. К числу исполнительных устройств относятся электродвигатели, гидравлические и пневматические приводы, релейные установки и другое оборудование.

Цели автоматизации

Автоматизация систем водоотведения и водоснабжения позволяет значительно повысить эффективность их эксплуатации, обеспечивает надежную, бесперебойную и безопасную работу коммуникаций.

Установка системы автоматизации позволяет получить следующие ключевые преимущества:

• оптимизация технологического процесса получения и транспортировки воды. Это позволяет значительно сократить износ насосов и другого оборудования;
• повышение качества воды, подаваемой потребителям. Контроль температуры горячей воды в сетях ГВС, в том числе в зависимости от внешних условий и в соответствии с заданными графиками;
• обеспечение оперативного контроля за работой инженерных систем. Автоматика оперативно извещает о внештатных ситуациях, блокирует аварийные участки, что позволяет избежать серьезного ущерба и позволяет своевременно начать восстановительные работы;
• обеспечение оптимизированного расходования ресурсов.

Благодаря автоматизации систем водоснабжения и отведения удается значительно сократить расходы на их эксплуатацию и обслуживание. Общий объем экономии может превышать 30%.

Наше предложение

Выполнять работы по установке систем автоматизации должны только квалифицированные специалисты. Компания «Акрукс-Про» обеспечивает полный цикл работ, включающий проектирование, монтаж, пусконаладку и техническое обслуживание систем автоматизации. Мы применяем передовое оборудование и технологические решения. Благодаря этому наши заказчики получают максимальный полезный эффект от автоматизации инженерных систем.

Из каких элементов состоит система автоматизации водоснабжения

Обеспечение непрерывного водоснабжения осуществляется благодаря целому ряду сооружений и механизмов, например, водоприемников, насосных станций и фильтрационных, трубопроводов и т.д. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения позволяет координировать работу отдельных механизмов и сооружений.

Требования к автоматическим установкам водоснабжения

Автоматизация процесса применима к следующим системам водоснабжения:

• очистные сооружения;
• артезианские скважины;
• повысительные станции;
• фильтровальные станции;
• станции первого и второго уровня подъема.

Нужно учитывать, что процесс добычи, фильтрации и транспортировки воды связаны с различными химическими, биологическими и физическими реакциями.

Автоматизация водоснабжения осуществляется с учетом следующих требований:

• Интенсивность работы рабочих агрегатов постоянно должна изменяться с учетом потребностей системы.
• При выведении из строя одного оборудования все остальные участки должны работать в штатном режиме.
• Характеристики первичной воды нестабильны.
• Работа происходит непрерывно и в экономичном режиме.
• Рабочие агрегаты устанавливают в отдаленных точках, а управление ими осуществляется удаленно из рабочего центра.
• Жесткие требования к качеству воды, которая поставляется потребителю.

Для налаженной работы всей системы и каждого рабочего узла нужно правильно составить проект и укомплектовать все составляющие.

Устройство системы автоматизации

Для автоматизации процесса водоснабжения требуется следующее оборудование:

• контроллер;
• измерительные преобразователи;
• исполнительные механизмы;
• датчики для измерения расхода жидкости;
• блоки ввода и вывода данных.

Датчики необходимы, чтобы регулировать автоматические процессы и передавать сведения на рабочий узел в случае неполадок.

Блоки, они же модули, вывода и ввода преобразуют и передают информацию, полученную от датчиков, в контроллеры.

Для передачи информации с периферии в управляющий центр используется:

• спутниковая связь;
• радиоканалы;
• беспроводной интернет;
• коммутатор;
• мобильная связь.

Также неотъемлемая составляющая устройства – исполнительный механизм. Он нужен для получения сигнала от контроллера и преобразования его в действие. Схема исполнительного механизма автоматизированного водоснабжения в себя включает двигатель, реле, пневматический и гидравлический привод.

Проектирование систем автоматизации

Для примера можно рассмотреть схему автоматизации процесса водозабора и снабжения водой из скважин. Проектирование должно соответствовать следующим условиям:

• Весь процесс водоснабжения от получения до доставки автоматизирован.
• Из диспетчерской операторы должны иметь возможность удаленно изменить параметры насосов.
• Непрерывный мониторинг количества и качества добытого ресурса, на циферблатах отображается состояние оборудования.
• Все сведения архивируются в базах данных контроллера.

Автоматизация водоснабжения должна обеспечивать непрерывную и бесперебойную подачу воды ко всем потребителям, несмотря на времена года, погодные условия и т.д.

Этапы монтажа

Часто в сельской местности на этапе создания проекта отсутствует центральный водопровод. Либо имеется общий трубопровод, давление слабое, потребители часто страдают от отключения подачи воды или ее качество не соответствует санитарным нормам. Как правило, решение проблемы одно – поиск и бурение скважины, которая обеспечит постояльцев необходимым объемом питьевой воды. Этот процесс трудоемкий и финансово затратный. Этапы установки следующие:

1. Бурение и обустройство скважины.
2. Приобретение правильно подобранного насосного оборудования (насосная станция или насос).
3. Монтаж оборудования.
4. Установка и обустройство трубопровода.
5. Монтаж гидроаккумулятора.
6. Установка контроллеров.
7. Подключение к электричеству.

Скважину требуется обустроить кессоном. Это углубление в почве в форме прямоугольника или цилиндра. Как правило, глубина ямы составляет 2 метра, ее стены обкладывают железобетонными плитами, которые плотно соприкасаются друг с другом. Возвышаться над поверхностью земли кессон должен не более, чем на 200 мм. Также его оснащают хорошей гидроизоляцией.

Слаженное и правильное функционирование всех составляющих увеличивает надежность и эффективность автоматизированной системы водоснабжения, уменьшает расходы и оставляет конечные показатели водопроводной воды в норме.

АСУ «Водоканал»

Вступление

Назначение

АСУ «Водоканал», представленная в данном обзоре, предназначена для бесперебойного автоматического обеспечения населенных пунктов водой, в соответствии с заданным графиком потребления, за счет поддержание заданного уровня воды в резервуарах чистой воды (РЧВ), водонапорной башне (ВНБ), и давления в водоводах.

Основные функции

• повышение надежности работы оборудования за счет исключения устройств контактной коммутации и управление насосами за счет применения блоков бесконтактной коммутации насосов (плавный пуск «ППД», частотный преобразователь),
• охрана скважин,
• защита насосов, приводов задвижек, обратных клапанов от выхода из строя,
• измерение и контроль токов и напряжений, сопротивления изоляции погружных насосов и насосов второго и третьего подъема,
• диагностика состояния насоса скважины,
• организация учета потребленной электроэнергии насосами,
• сигнализация в ЦДП при неисправности силовых линий, нарушениях в работе компонентов системы,
• ведение архивов с заданной глубиной и предоставлением информации о контролируемых и измеряемых параметрах в удобной для анализа форме,
• экономия электроэнергии на водоснабжении,
• экономия эксплутационных затрат.

• насосные станции первого подъема,
• насосные станции второго подъема**,
• водонапорной башни (ВНБ),
• резервуары чистой воды (РЧВ),
• станции водоподготовки.

Примечание

В состав оборудования верхнего уровня (ЦДП) входят:

• ПЭВМ со встроенным модемом,
• радиостанция с источником питания,
• источник бесперебойного питания.

Программа ЦДП обеспечивает:

Оператор ЦДП имеет возможность задавать:

• тип датчиков уровня (аналоговый («Радон — У») или дискретный (электродный)), по которым обеспечивается управление насосами,
• значение показаний аналоговых датчиков (уровня воды, давления в водопроводе), по которым формируются команды управления насосами,
• допустимые значения контролирующих параметров в системе,
• режимы работы станции «Интелекон-ПН» (автоматический или ручной),
• в ручном режиме работы станции включение/выключение выбранного насоса.

Насосная станция первого подъема

Для обеспечения управлением насосной станцией первого подъема установлена
станция управления скважиной «Интелекон-ПН» в шкафном исполнении,
в состав оборудования которой входят:

• радиостанция с источником питания,
• устройство плавного пуска «ППД-1»,
• источник бесперебойного питания (UPS),
• автоматический выключатель трехфазный,
• автоматический выключатель однофазный,
• ультразвуковой преобразователь расхода воды «ПРК-1».

Станция «Интелекон-ПН» обеспечивает выполнение следующих задач.

• Плавный пуск и плавный останов двигателя насоса при помощи ППД-1 для исключения гидроударов и экономии ресурса двигателя насоса.
• Измерение и контроль сопротивления изоляции двигателя при неработающем двигателе. (Запуск двигателя при снижении сопротивлении изоляции ниже допустимого значения блокируется).
• Измерение и контроль фазных токов двигателя в процессе пуска и работы двигателя. (При выходе значений токов за допустимые пределы двигатель останавливается).
• Прием сигнала с датчика сухого хода.
• Прием сигналов со следующих датчиков и приборов, устанавливаемых на насосной станции:
  • датчика давления на выходе насосной станции,
  • датчика температуры в помещении,
  • датчика затопления,
  • датчика охранной сигнализации.
• Обмен информацией с верхним уровнем АСУ «Водоканал» (ЦДП) по радиоканалу*.

Органы ручного управления станции «Интелекон-ПН» обеспечивают перевод станции в автоматический, ручной, местный режимы**.

• В автоматическом режиме осуществляется вкл./выкл. двигателя по командам, формируемым по показаниям датчиков уровня в РЧВ или ВНБ.
• В ручном режиме вкл./выкл. двигателя происходит по командам оператора из ЦДП.
• В местном режиме вкл./выкл. двигателя производится кнопками управления, непосредственно установленными на двери шкафа. (При этом запуск или останов двигателя производится в «жестком» режиме только с помощью магнитных пускателей).

Ультразвуковой преобразователь расхода воды «ПРК-1» обеспечивает:

• учет расхода воды из скважины в процессе работы насоса.

Примечание

*Кроме радиосвязи в системе могут быть использованы выделенные телефонные линии связи, связь при помощи GPRS-модемов, или несколько видов связи одновременно.
**Органы индикации на шкафу управления:

• работа — зеленая лампа,
• сеть питания — зеленая лампа,
• авария — красная лампа.

Насосная станция второго подъема

Примечание

Водонапорная башня (ВНБ)

Состав оборудования

В помещении водонапорной башни (ВНБ) установлен шкаф управления. В состав которого входит следующее оборудование:

• два контроллера «Интелекон-ТМ»*,
• радиостанция с источником питания**,
• источник бесперебойного питания.

Контроллер «Интелекон-ТМ» № 1 обеспечивает:

• контроль состояния трех электродных датчиков уровня воды «ВЕРХ-1», «НИЗ-1», «Перелив» в ВНБ,
• измерение температуры в помещении,
• прием сигналов с датчика охраны, реле контроля фаз,
• измерение уровня воды в водонапорной башне (ВНБ) с использованием аналогового датчика «Радон-У».
• управление по радиоканалу вкл./выкл. насосов на насосной станции второго подъема.

Принцип работы

• По радиоканалу информация, содержащая аналоговое значение уровня воды в ВНБ, состояние электродных датчиков уровня и значения температуры, состояние электродных датчиков охраны и реле контроля фаз передаются на верхний уровень (ЦДП).
• По состоянию датчиков уровня воды в ВНБ в насосную станцию второго подъема и насосные станции первого подъема из открытого водоема передаются команды насосам. По состоянию электродных датчиков «НИЗ-1» и «НИЗ-2» включаются насосы на насосной станции второго подъема и насосной станции первого подъема из открытого водоема, а по состоянию датчиков «ВЕРХ-1» и «ВЕРХ-2» соответственно по радиоканалу передаются команды выключения соответствующих насосов.
• При этом расположение датчиков «НИЗ-1» и «ВЕРХ-1» выше датчиков «НИЗ-2» и «ВЕРХ-2», что обеспечивает включение насосов первого подъема только при условии, когда насосы второго подъема не обеспечивают подачу необходимого объема воды потребителями.

Примечание

АСУ водоснабжением и водоотведением предназначена для бесперебойного автоматического обеспечения населенных пунктов водой, в соответствии с заданным графиком потребления, за счет поддержание заданного уровня воды в резервуарах чистой воды (РЧВ), водонапорной башне (ВНБ), и давления в водоводах.
Основные отличия объектов водоснабжения и водоотведения заключаются в количестве насосных станций 1-го подъема, в наличии или отсутствии водонапорной башни (ВНБ) и резервуаров чистой воды (РЧВ), насосов 3-го подъема и т.д.
Например, в АСУ «Водоканал», которая эксплуатируется в г. Екатеринбурге, дополнительно включена служба водоотведения с организацией второго ЦДП. На персональном компьютере ЦДП этой службы имеется возможность управления технологическим процессом водоотведения, а также отображается, архивируется вся технологическая информация, получаемая с канализационно-насосных станций (КНС).