Из каких элементов состоит система автоматизации водоснабжения

Удаленное управление внутренней и внешней безопасностью

Наряду с обеспечением долговечности установок, промышленные операторы также должны гарантировать надежность водоснабжения, повышение безопасности на производственных площадках и адаптацию каждого процесса к новым нормам и правилам. Операторам требуется обеспечить получение данных о состоянии сети и любых рисках в режиме реального времени, поэтому возникает необходимость внедрения интеллектуальных решений для удаленного управления предприятием водоснабжения.

Наряду с опытом в сфере удаленного управления объектами Schneider Electric предлагает широкий спектр решений в области видеонаблюдения, систем обнаружения вторжения и контроля доступа для обеспечения безопасности производственной площадки, которые, несомненно, не менее важны, чем решения по управлению инфраструктурой для водоснабжения. Стандартное видеонаблюдение не дает полной картины. Поэтому компания разработала оригинальный подход, при котором решения по обеспечению безопасности интегрированы непосредственно в управление предприятием посредством системы EcoStruxure. Таким образом, оператор имеет доступ к информации в реальном времени (например, несанкционированное вторжение или повреждение оборудования) и может принимать незамедлительные меры по устранению внештатных ситуаций. Так, оператор имеет возможность отключить насосную станцию, если она больше не функционирует или представляет потенциальную опасность.

Водоснабжение и водоотведение являются ключевым сегментом рынка для компании Schneider Electric не только в России, но и в мире. Среди клиентов компании — большинство крупнейших предприятий ВХК России и других стран, а также крупнейшие компании-операторы, например Suez Degr?mont и Veolia. Система энергоменеджмента предприятия EcoStruxure является модульной, и, в зависимости от специфики предприятия, в ней могут быть задействованы ее различные компоненты.

Еще один проект, который можно привести в качестве примера, — Чепельские очистные сооружения в Будапеште. Участие в данном проекте Schneider Electric и применение комплексной системы энергоменеджмента EcoStruxure позволило сократить затраты только на проектирование инженерных систем на 15%, а применение энергоэффективных решений — снизить расходы на электроэнергию до 30%. Данные сооружения производительностью 350 тыс. м3/сут. были построены в рамках программы сокращения выбросов в реку Дунай. После реализации данной программы уровень очистки городских стоков вырос с 54 до 95%.

В рамках реализации данного проекта была спроектирована и установлена система электроснабжения высокого (10 кВ) и низкого напряжения, состоящая из:

• 19 трансформаторов от 1,25 до 2 MВA;
• 39 ячеек McSet, 15 ячеек SM6;
• 14 конденсаторных установок;
• 119 ячеек Okken;
• 90 iMCC (ProfiBus), 800 двигателей и 128 частотных преобразователей.

Также была спроектирована и поставлена комплексная АСУ ТП, состоящая из 13 контроллеровTSX Premium и двух резервных серверов SCADA Vijeo Citect и шести клиентов. В качестве сервера хранения архивной информации применено програм­мное обеспечение Vijeo Historian.

Стоит отметить, что примененное решение по АСУ ТП позволило полностью автоматизировать данное производство.

Автоматизация горячего водоснабжения

Как было упомянуто, горячее водоснабжение может быть централизованным и местным.

В местных системах горячего водоснабжения подогрев воды осуществляют локально, в газовых водонагревателях или колонках, с учетом того, что каждый нагреватель имеет собственную систему автоматики, разрабатывать интегрированную систему автоматизации нет смысла, достаточно обеспечить хорошую теплоизоляцию трубопроводов и вывести (при необходимости) данные о работе установки на пульт управления зданием.

Иногда целесообразно осуществлять управление электрическим котлом, в зависимости от присутствия людей в здании (показания датчиков движения или СКУД).

В системах централизованного отопления или водоснабжения, автоматизации подлежит все технологическое оборудование: циркуляционные насосы, клапаны и вентили трубопроводов, оборудование теплообменников и радиаторов, подогреватели и т.п. Проект автоматизации ГВС разрабатывается совместно с проектом автоматизации ИТП.

Основная цель автоматизации систем ГВС – поддержание в системе заданного давления и температуры, кроме того автоматизация систем горячего водоснабжения выполняет следующие задачи:

• Повышения надежности теплоснабжения и горячего водоснабжения потребителей;
• Уменьшение зависимости от «человеческого фактора», возможность эксплуатации без постоянного присутствия оперативного персонала
• Оптимизации отпуска и потребления тепла, снижения коммунальных расходов;
• Снижения затрат электрической энергии в насосных установках;
• Увеличения ресурса работы и облегчение эксплуатации технологического оборудования;
• Контроля состояния технологического оборудования и технологических параметров;
• Оперативной передачи предупредительной и аварийной информации на диспетчерский пункт.

Регулировка

Как настраивается автоматизированное водоснабжение частного дома, и в каких случаях нужна настройка оборудования?

Начнем со второго вопроса.

Регулировка позволяет:

• Увеличить давление отключения насоса и, тем самым, максимальный напор в водопроводе;
• Поднять давление включения, уменьшив дельту напора. Постоянные изменения давления в широком диапазоне неудобны, если вы, к примеру, моете посуду под тонкой струей воды;
• Уменьшить давление отключения и, вслед за ним, частоту включений насоса. Именно количество запусков определяет ресурс прибора: стартовые токи и значительные механические нагрузки в момент включения значительно сокращают срок службы любого оборудования;
• Изменить давление накачки гидроаккумулятора (давление в воздушном отсеке при пустом водопроводе), тем самым уменьшив или увеличив его вместимость;

Полезная емкость мембранного гидроаккумулятора в зависимости от давления накачки и настроек автоматики

Отрегулировать постоянное давление в водопроводе или на его отдельном участке (скажем, перед стиральной и посудомоечной машинами) с помощью редуктора.

Перейдем к способам настройки.

Реле

Если электронные реле настраиваются через панель управления, то в случае электромеханического устройства нам потребуется вскрыть его корпус.

Под крышкой вы увидите две пружины с гайками разного размера.

На фото — реле давления со снятой крышкой

Большая отвечает за давление выключения (вращение по часовой стрелке увеличивает его, против — уменьшает). Маленькая гайка при затягивании увеличивает дельту давлений между точками выключения и включения.

Настройка реле

Гидроаккумулятор

Для регулировки давления накачки нам понадобится найти на корпусе мембранного бачка ниппель. Обычно он скрывается под металлическим или пластиковым колпаком. Устройство и размер ниппеля ничем не отличаются от автомобильного или велосипедного золотника.

Ниппель в воздушном отсеке гидроаккумулятора насосной станции

Чтобы стравить воздух из мембранного бака, достаточно нажать отверткой или любым другим подходящим по размеру предметом на короткий стержень в центре ниппеля. Накачать его можно насосом или компрессором (желательно — с встроенным манометром).

Накачка мембранного бачка автомобильным компрессором

Редуктор

Регулировочный винт обычно скрывается под пластиковой крышкой на одном из торцов редуктора давления. Регулировка выполняется широкой плоской отверткой: поворот по часовой стрелке увеличивает напор воды во внутреннем водопроводе.

Винт для настройки редуктора

Архитектура и выполняемые функции

Система строится с использованием программно-логических контроллеров и в общем случае имеет трёхуровневую структуру:

• супервизорный (верхний) уровень – центральный диспетчерский пункт (ЦДП)
• диспетчерский уровень подсистем водоканала
• уровень локальных АСУ ТП, АСКУЭ и АСКУВ (нижний уровень).

На супервизорном уровне реализуются:

• контроль за оборудованием всех объектов водоканала и показателями их работы
• архивирование и документирование всей необходимой информации
• координация действий по совместной работе подсистем и ведение оптимальной безаварийной работы всей системы городского водохозяйства
• учёт суммарной потребляемой электроэнергии по всем контролируемым объектам.

На диспетчерском уровне реализуются:

• контроль за оборудованием локальных АСУ ТП конкретной подсистемы и показателями их работы
• архивирование и документирование всей необходимой информации
• координация действий по слаженной работе локальных АСУ ТП конкретной подсистемы и ведение их оптимальной безаварийной работы
• учёт суммарной потребляемой электроэнергии по всем контролируемым объектам подсистемы
• расчёт статистически обобщенных данных по всем контролируемым объектам подсистемы
• дистанционное управление оборудованием.

На уровне локальных АСУ ТП реализуются:

• программно-логическое управление насосными агрегатами и запорной арматурой, в том числе частотными приводами
• блокировки и противоаварийные защиты
• учёт потребляемой электроэнергии
• алгоритмы равномерного использования агрегатов по заданной наработке
• контроль качества воды
• учёт воды, отпускаемой потребителям.

АСКУЭ, как специфическая часть уровня АСУ ТП, выполняет следующие функции:

• Коммерческий учёт потребляемой электроэнергии (активной и реактивной составляющей электроэнергии) и режимных параметров электрической сети по всем контролируемым объектам.
• Учёт потребляемых теплоресурсов на собственные нужды.

Функция АСКУВ – коммерческий учёт отпускаемых потребителям воды по всем контролируемым объектам.

Подсистема визуализации, которая может быть составляющей любого из вышеперечисленных уровней, обеспечивает отображение технологической информации на экране операторской станции в виде:

• мнемосхем с различной детализацией информации
• обобщенных кадров аварийных состояний
• графиков изменения контролируемых параметров
• протокола событий о состоянии технологических объектов
• отчетов и ведомостей.

Система диспетчеризации водоканала

Список источников

1. Журба М.Г. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений / М.Г. Журба, Л.И. Соколов, Ж.М. Говорова — 2–е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство АСВ, 2003. — 288 с.
2. Петренко В.И. Водоснабжение и канализация / В.И. Петренко — М.: Высшая школа, 1992. — 415 с.
3. Абрамов Н.Н. Расчёт водопроводных сетей: Учеб. пособие для вузов / Н.Н. Абрамов, М. М. Поспелова, М.А. Сомов — 4–е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1983. — 278 с.
4. Зуев К.И. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения : учеб. пособие / К.И. Зуев ; Владим. гос. ун—т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. — Владимир : Изд–во ВлГУ, 2016. – 224 с.
5. Бесекерский В.А. Теория автоматического регулирования и управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов — М.: Наука, 1972. — 768 с.
6. Филипс, Ч.Л. Системы управления с обратной связью /Ч.Л. Филлипс, Р.Д. Харбор; Пер.с англ.Б.И.Копылова. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. — 616 с.
7. Рульнов А.А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения / А.А. Рульнов, К.Ю. Евстафьев — М.: Инфра, 2010. — 208 с.
8. Лукас В.А. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов / В.А. Лукас — 2–е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1990. — 416 с.
9. Олссон Г. Цифровые системы автоматизации и управления / О. Густав, П. Джангуидо. — 3–е изд., перераб. и доп. — СПб. : Невский Диалект, 2001. — 557 с.
10. Дорф Р. Современные системы управления / Р.Дорф, Р. Бишоп; Пер. с англ. Б.И. Копылов. — М: Лаборатория базовых знаний, 2004. — 832 с.
11. Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; под ред. А.С. Клюева. — 2–е изд., перераб. и доп. — М. : Энергоатомиздат, 1990. — 464 с.
12. Бабиков М.А. Элементы и устройства автоматики: Уч. пособие для вузов / М.А. Бабиков, А. В. Косинский — М.: Высш. шк., 1975. — 464 с.
13. Солодовников В.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования / В.В. Солодовников, В.Н. Плотников, А.В Яковлев. — М.: Машиностроение, 1985. — 536 с.
14. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования / В. Ю. Христофорович ; Ю. Х. Вермишев. — М. : Радио и связь, 1988. — 278 с.
15. Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Г.К. Гудвин. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. — 911 с.
16. Воронов А.А. Теория автоматического управления / А.А. Воронов — М.: Высшая школа, 1986. — 367 с.
17. Куо Ф. Протоколы и методы управления в сетях передачи данных / пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1985. — 480 с.

Экономическая эффективность комплексной автоматизации водоканала

• Экономия электроэнергии за счет работы оборудования в оптимальном режиме (непрерывный контроль) – до 15-20%
• Экономия гидроресурсов – до 10% за счет:
  • отладки гидравлического режима водоснабжения в зависимости от разбора, времени суток и времени года
  • уменьшения последствий аварий за счет своевременного обнаружения утечек и локализация прорывов
• Сведение к минимуму небалансов
• Сокращение аварийных ситуаций за счет контроля над техническим состоянием оборудования и, как следствие, – увеличение надежности работы объектов
• Увеличение межремонтных сроков за счет эксплуатации всего оборудования в оптимальных режимах
• Уменьшение эксплуатационных затрат (уменьшение количества эксплуатационного персонала, минимизация затрат на собственные нужды)
• Снижение затрат на ФОТ (фонд оплаты труда).

Принцип действия и разновидности

При пользовании водопроводом изменяется уровень жидкости в источнике, скорость потока и давление. Кроме того, вода может просто пропасть. На все эти параметры реагирует автоматическая система.

Принцип действия.

На производители могут устанавливать некоторые элементы автоматики, их требуется дополнить отдельными узлами и гидроаккумулятором. Совершенные модели оборудованы модульным блоком, объединяющим все приборы.

Такие поверхностные аппараты, как насосные станции, имеют модульную комплектацию. Все элементы настроены и установлены на общем каркасе. Это удобный вариант — не приходится сооружать цепочку из приборов автоматического управления.

Особенности подключения гидроаккумулятора к скважине

В статье не однажды упоминался гидроаккумулятор (он же гидробак, мембранный бак). В целом назначение данного элемента системы водоснабжения понятно, но роль его настолько важна, что вопрос требует более детального рассмотрения. Принцип работы бака выглядит следующим образом:

• вода поступает в мембрану, свободный газ сжимается, увеличивая давление на растянутую резину;
• бак наполнился – реле отключает насос;
• после открытия крана давление падает, реле вновь включает насос и доводит показатель давления до необходимой величины.

Описанная выше работа мембранного бака прямо указывает, что основным видом автоматики для скважинного насоса с гидроаккумулятором является реле контроля давления. Тандем мембранного бака и реле в значительной степени увеличивает срок эксплуатации насоса, так как обеспечивается защита от гидроудара при запуске насоса, а также сокращается частота включений – небольшое количество воды подается из бака.

При подключении гидроаккумулятора к скважине большое значение имеет установка обратного клапана. Основная его функция – не дать воде обратно уйти в скважину. Монтируется клапан на насос в месте его соединения с трубой подачи. Способ крепления – резьбовой. Резьба нарезается на крышку насоса. Монтаж системы имеет жесткую последовательность: вначале устанавливается клапан, затем подключается гидроаккумулятор.

Установка обратного клапана при подключении гидроаккумулятора к скважине имеет ключевую роль

1 Основное предназначение СУН

Оборудование, которое используется для отопления или охлаждения, водоснабжения, отведения воды, а так же тепловые насосы, испытывают потребность в оснащении автоматизированными и современными насосными системами. Они могут применяться для бытового и промышленного оборудования. Система управления насосами позволяет добиться получения экономической выгоды от ее внедрения, высокой надежности и эффективности при выполнении различных работ насосным оборудованием.

Управление удаленным скважинным насосом

Чтобы проводить регулировку нескольких насосов, которые в купе формируют группу, используют специальные системы. Такие системы называются станциями. Описываемые СУН, позволяют получить сложенную и безотказную работу, при помощи которых управляя оборудованием насосов, предназначенного для различных областей применения, можно выполнять управление насосом и контролировать основные параметры различных установок по их давлению.

1.1 Основные элементы конструкции СУН, их преимущества и основные функции

Элементы конструкции, которые влияют на управление работой насосом, входят в состав систем управления насосами.

К эти элементам относятся:

• реле контроля давления;
• несколько реле, которые регулируют запуск и всю работу насосного оборудования;
• преобразователь частоты. Таким преобразователем называется электронное устройство, которое способно изменять частоту;
• комплекты автоматизации;
• блоки, отвечающие за управление устройством;
• датчики сухого хода.

Все вместе и каждый по отдельности элемент системы положительно сказывается на ее работоспособности, которая способна работать без поломок. Блок управления автоматикой насоса (ящик управления) создавать и регулировать оптимальный режим работы. Датчик разрыва выполняет важные защитные функции и выступает в роли защитного узла. Чтобы не случился перегрев насоса существует датчик сухого хода.

К главным функциональным особенностям можно отнести:

• пуск или стоп у основного механизма насоса происходит автоматически;
• при неполадках основного насоса автоматически запускается резервный (дублирующий) насос;
• при необходимости сервисного обслуживания возможен кратковременный запуск в ручном режиме;
• есть возможность для переключения вводов питания;
• наличие защиты по давлению, от перегрева, короткого замыкания и сетевых и механических перегрузок;
• невозможность нарушения требуемых рабочих параметров.

Автоматическая система диспетчерского контроля за насосами

Как и все системы автоматического управления, контроля и работы, системы управления насосами имеют ряд преимуществ, к которым можно отнести:

1. Автоматическое управление водяным насосом.
2. Автоматическое определение степени перегрева (сухого хода).
3. Управления на расстоянии, т.е дистанционно.
4. Заметное снижение количества порывов трубопроводов водоснабжения.
5. Существование суточного или недельного графика, по которому происходит работа насосного оборудования без человеческого участия.
6. Наличие аварийной сигнализации.
7. Защита электрического двигателя.
8. Вывод на табло текущего процесса или состояния оборудования.
9. Нет протока.
10. При необходимости возможна смена между основными и дублирующими насосными установками.