Автоматизированная система мониторинга и управления водозаборным узлом

Введение

Несмотря на высокие требования к водоканалам по непрерывности подачи воды в наши квартиры, уровень автоматизации на этих предприятиях весьма низок, а зачастую и вовсе никакой автоматизации там нет. Однако автоматизация на водоканалах необходима, и в первую очередь, для более эффективного управления технологическим процессом добычи и транспортировки воды, так как это позволяет снизить затраты энергии и более рационально распорядиться имеющимися ресурсами. Представленный ниже телемеханический комплекс (ТМК) «ИСТОК 1.0» обеспечивает оператору полный контроль над функционированием водозаборного узла (ВЗУ).

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ комплекса

Система мониторинга и управления построенная на базе ТМК «ИСТОК 1.0» ВЗУ обеспечивает:

  • полностью автоматизированное управление водозаборным узлом, включая насосную станцию и скважины, с центрального поста оператора в реальном масштабе времени;
  • управление двигателями основных и пожарных насосов (для основных — частотное регулирование, для пожарных — включение/отключение);
  • мониторинг двигателей насоса станции второго подъема по таким параметрам, как частота вращения, ток, потребляемая мощность;
  • мониторинг и учет выходных параметров насосной станции второго подъема: кумулятивного и мгновенного расхода и давления по обеим ниткам выхода в городскую сеть;
  • индикацию уровня воды в накопительном резервуаре насосной станции;
  • управление двигателями глубинных насосов в скважине (дистанционное включение/отключение);
  • мониторинг параметров скважин: токов глубинных насосов, давления, мгновенного и кумулятивного расходов воды из скважин, температуры воздуха в павильоне скважины, уровня воды в скважине;
  • тревожную сигнализацию в случаях несанкционированного проникновения на территорию ВЗУ, в павильоны скважин, а также снятия люков с резервуара.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА объекта

В качестве примера рассмотрим типовой ВЗУ, представленный на рис.1.

Вода из шести одинаково оборудованных скважин подается в резервуар, где накапливается, и затем через насосную станцию поступает в городскую сеть. Скважины находятся в отдельно стоящих павильонах, расположенных на удалении от 20 до 150 метров от резервуара. Из резервуара, служащего промежуточным накопителем и отстойником, вода поступает на насосную станцию второго подъема. Насосная станция имеет в своем составе шесть насосов, из которых три — хозяйственно-питьевые, и три — пожарные. Из насосной станции вода поступает в сеть городского водоснабжения.

Рис. 1 Структурная схема типовой ВЗУ

Условные обозначения: H — уровень воды в резервуаре; I — ток насоса станции; P — давление на выходе станции; Q — расход воды на выходе станции; V — скорость вращения вала двигателя насоса; L — уровень воды в скважине; p — давление воды в скважине; q — расход воды скважины; t ‑ температура воздуха

ОСНАЩЕНИЕ СКВАЖИН

Павильоны скважин оборудованы датчиками и узлами сбора данных и управления, смонтированными в электротехнических шкафах (рис. 2).

Измерение уровня воды в скважине осуществляется погружными уровнемерами, установленными на водоподъемных колоннах над глубинными насосами. Датчики используют принцип измерения давления столба жидкости и имеют выходной сигнал 4‑20 мА. Автоматическая компенсация возможных погрешностей, связанных с колебаниями атмосферного давления, обеспечивается использованием специального гидрометрического кабеля, имеющего внутри пустотелую трубку, связывающую внутреннюю полость датчика с внешней атмосферой. Измерение давления в трубопроводе, идущем от скважины, осуществляется датчиком давления. Датчик ввинчен в предварительно приваренный измерительный отвод. Выходной сигнал датчика — токовый 4‑20 мА. Ток насоса измеряется датчиком тока насоса, использующим эффект Холла. Выходным сигналом датчика является переменное напряжение частотой 50 Гц с амплитудой, пропорциональной измеряемому току. С помощью дополнительного модуля нормализации этот сигнал преобразуется в стандартный токовый 4‑20 мА. Расход воды из скважины измеряется индукционным расходомером.

Сигналы с датчиков тока, давления, уровня воды, а также температура воздуха в павильоне скважины поступают на ТМК «ИСТОК 1.0» производства ООО «Юг-Система». ТМК «ИСТОК 1.0» создан методом проектной компоновки на базе современных промышленных контроллеров класса SoftPLC представленных линейкой контроллеров и модулей фирмы ISP DAS серии I‑7000 и I‑800. Питание датчиков обеспечивается блоком питания.

Управление включением/отключением глубинного насоса, а также опрос датчиков охранной сигнализации осуществляется через модуль дискретного ввода-вывода ТМК «ИСТОК 1.0». Управление силовым контактором насоса выполняется промежуточными реле.

Рис. 2 Структурная схема оборудования скважины

В шкафах наиболее удаленных скважин дополнительно может быть установлен радиомодем или GSM модем, так же удаленные скважины могут быть объединены с помощью интерфейса RS‑485. Связь с центральным постом оператора обеспечивается либо по радио с помощью радиомодема или GSM модема, либо по сети RS-485.

ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЩИТОВОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

В электрощитовом зале насосной станции (рис. 3) второго подъема установлен шкаф с оборудованием, отвечающим за управление частотными регуляторами, измерение расхода и давления воды на выходе насосной станции, измерение уровня воды в резервуаре, а также за включение/отключение и измерение токов пожарных насосов.

Для частотного управления двигателями хозяйственно-питьевых насосов может быть применено три регулятора. Регуляторы имеют интерфейс RS_232. Пуск/останов пожарных насосов обеспечивается при помощи ТМК «ИСТОК 1.0» и промежуточных реле. На этот же комплекс поступают сигналы охранной сигнализации ворот ВЗУ и люков резервуара.

В качестве датчика уровня воды в накопительном резервуаре используется уровнемер с выходным сигналом 4‑20 мА.

Давление на каждом из двух выходов насосной станции измеряется датчиками давления с выходным сигналом 4‑20 мА.

Отпуск воды в городскую сеть холодного водоснабжения измеряется двумя расходомерами с диаметром условного прохода 400 мм.

Ток каждого из трех пожарных насосов измеряется датчиками тока насоса с модулями нормализации.

Выходные сигналы с датчиков уровня, давления и тока поступают на ТМК «ИСТОК 1.0».

Рис. 3 Структурная схема оборудования насосной станции

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПОСТ ОПЕРАТОРА

Центральный пост оператора — комплекс технических средств, находящийся в операторской комнате. Он включает в себя шкаф с оборудованием для сбора информации с насосных станций, скважин и ПЭВМ.

В шкафу смонтирован ТМК «ИСТОК 1.0», радиомодем или GSM модем для передачи информации в центральную диспетчерскую водоканала, для сбора информации с подчиненных объектов (насосная станция и скважины) может быть использован интерфейс RS-485 или тот же радиомодем.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Программное обеспечение (ПО) управляющего компьютера представляет собой оперативный управляющий информационный комплекс (ОУИК), который работает под управлением операционной системы Windows.

Программное обеспечение имеет три основных режима работы: «Технологическая схема», «Скважины», «Насосная станция». Переход между режимами осуществляется клавишами на консоли управления.

В режиме «Технологическая схема» на экране отображается укрупненная технологическая схема водозаборного узла. На экране показаны величины расхода воды из скважин, токи насосов скважин, уровень воды в резервуаре, обороты и токи хозяйственно-питьевых и пожарных насосов, значения расхода и давления на выходах насосной станции. Цвета пиктограмм насосов изменяются в зависимости от режима работы: прозрачный — насос остановлен, синий — насос запущен, красный — перегрузка по току.

В режиме «Скважины» на экране для каждой скважины в табличной или графической форме отображаются величины мгновенного и кумулятивного расхода воды, тока насоса, давления в трубопроводе, уровня воды в скважине, температуры воды в павильоне скважины и состояние датчиков охранной сигнализации. На этом же экране отображены состояния датчиков охраны ворот ВЗУ и двух люков резервуара. В режиме «Скважины» также производится управление пуском/остановом насосов и включение/отключение охранной сигнализации на скважинах.

В режиме «Насосная станция» на экране отображаются текущие обороты, токи и мощности силовых агрегатов станции, их суммарная мощность, а также значения давления и расхода воды, поступающей в город. Также в этом режиме производится управление насосными агрегатами через табло управления, где можно запустить, остановить двигатель, а также установить его текущие обороты. Сбор данных от технологического оборудования производится в реальном масштабе времени с частотой не менее одного раза в секунду, что обеспечивает в каждый момент времени отображение текущих значений параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Внедрение системы ТМК «ИСТОК 1.0» на водозаборном узле обеспечивает значительное увеличение эффективности мониторинга и управления основными режимами ВЗУ. За счет объединения данных в единую картину мониторинга на экране у диспетчера повышается оперативность регулирования параметров подачи воды в городскую сеть. За счет использования частотного регулирования электродвигателей насосов достигается:

  • снижение нагрузки на электрическую сеть благодаря отсутствию пусковых токов двигателя;
  • плавность регулирования давления по сравнению со ступенчатым его изменением при включении/выключении дополнительных насосов;
  • устранение гидравлических ударов, изнашивающих трубопроводы, клапаны и насосы.

Все эти меры приводят к уменьшению энергозатрат и увеличивают срок службы оборудования. С помощью ТМК «ИСТОК 1.0» может быть налажен учет поднятой и поданной потребителю воды и мониторинг состояния уровня подземных вод в водозаборных скважинах.

При создании и внедрении АСУ ТП наше предприятие ООО «Юг-Система», совместно с организациями-партнерами, предоставляет следующие услуги:

  • проектирование;
  • поставка оборудования и программного обеспечения системы;
  • технологическое программирование;
  • шеф-монтаж;
  • пуско-наладка;
  • сдача в эксплуатацию;
  • обучение персонала.

Все оборудование, производимое предприятием, имеет гарантию и обеспечивается гарантийным и послегарантийным сервисным обслуживанием.