АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ВОЛКОВСКОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ СТАНЦИИ ГУП «ВОДОКАНАЛ САНКТ-ПЕТ

Развитие и внедрение вычислительной техники, программного обеспечения, средств измерений приводит к существенному увеличению информационных потоков. Это в полной мере относится к объему передаваемых технологических данных. Опыт показывает: если современное предприятие хочет постоянно развиваться и совершенствоваться, ему просто необходимо оперативно принимать правильные управленческие решения, направленные на оптимизацию технологических процессов и режимов работы оборудования. Одним из основных путей решения этих задач является автоматизация технологических процессов. За последние двадцать лет на нашем предприятии накоплен огромный опыт в этом направлении. Проблема же заключается в том, что до последнего времени большинство систем автоматизации, как правило, разрабатывалось и внедрялось локально, на базе самых разнообразных технических и программных средств.

Динамичное техническое развитие Предприятия позволило в настоящее время перейти от внедрения локальных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и систем мониторинга к созданию комплексной системы диспетчерского управления (КСДУ) Предприятия и системы управления производством.

К середине 2005 года на Предприятии сложилась следующая ситуация в области автоматизации технологических процессов:

• 
  было внедрено и функционировало несколько десятков локальных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП);
• 
  как правило, они разрабатывались и внедрялись разными подрядными организациями с использованием разных типов оборудования, контроллеров и программного обеспечения;
• 
  при вводе в эксплуатацию новой системы в диспетчерской технологического объекта появлялось еще одно локальное автоматизированное рабочее место, не связанное с уже существующими автоматизированными системами;
• 
  как правило, АСУТП были подключены к единой корпоративной сети Предприятия, и существовала потенциальная угроза несанкционированного доступа к технологическим данным и элементам управления технологическими процессами;
• 
  локальные системы осуществляли функцию оперативного мониторинга и автоматизированного управления технологическим процессом. Вместе с тем, не обеспечивалось длительное хранение и передача технологических данных в системы верхнего уровня для дальнейшего анализа и оптимизации функционирования, как конкретного технологического объекта, так и Предприятия в целом.

Сложившаяся ситуация характерна для большинства крупных промышленных предприятий. Во-первых, большие системы внедрялись на протяжении нескольких лет, и за это время существенно менялись технические и программные средства автоматизации. Во-вторых, при внедрении новых технологий приоритет при выборе технических решений отдавался характеристикам технологического оборудования, а не «сопутствующих» средств автоматизации. Как следствие, появилась необходимость в дополнительных организационных усилиях и финансовых вложениях для интеграции вводимых в эксплуатацию систем в уже существующую АСУТП объекта и КСДУ Предприятия.

С целью решения перечисленных выше проблем в 2005 году была введена в действие «Концепция развития АСУТП ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» (далее Концепция). В документе была разработана типовая структурная схема автоматизации технологических процессов всего Предприятия и определен перечень технических средств и программного обеспечения, обязательных для применения во всех АСУТП (см. рис. 1). Реализовать основные положения Концепции в полной мере удалось на Волковской водопроводной станции (ВВС).


^ КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ВОЛКОВСКОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ СТАНЦИИ

Волковская водопроводная станция включает в себя :

комплекс водозаборных сооружений и насосной водопроводной станции 1-го подъема;

комплекс очистных сооружений и насосных водопроводных станций 2-го подъема.


Удаленность насосной станции 1-го подъема от территории очистных сооружений - 5, 5 км.

Проектная производительность станции - 300 тыс.м3/сут.

Технология производства питьевой воды состоит из следующих процессов:

• 
  сорбция;
• 
  обеззараживание (два этапа);
• 
  осветление;
• 
  обесцвечивание.

Обеззараживание воды на станции производится гипохлоритом натрия с преаммонизацией с целью улучшения органолептических показателей, предотвращения образования хлорфенольных запахов, уменьшения содержания хлороорганики и продления бактерицидного действия хлора.

Вторичное обеззараживание обеспечивается системами обеззараживания воды ультрафиолетовым облучением (УФО) в насосных отделениях второго подъема.

Обесцвечивание воды и улучшение процесса осветления производится коагуляцией воды сернокислым алюминием.

Для улучшения процесса коагуляции, снижения дозы коагулянта, уменьшения выноса остаточного алюминия используются катионные флокулянты.

Для адсорбции растворенных в воде органических загрязнений, устранения запаха и привкуса используется порошкообразный активированный уголь (ПАУ). Применение ПАУ в условиях очистки поверхностных вод позволяет эффективно осуществлять удаление:

• 
  органических веществ – одорантов;
• 
  нефтепродуктов при регистрации их наличия в водоисточнике;
• 
  токсичных веществ при возникновении чрезвычайных ситуаций.

^ АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ВОЛКОВСКОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ СТАНЦИИ

Внедрение первых систем автоматизации началось в 1996 году. К 2005 году на станции эксплуатировалось десять локальных АСУТП, разработанных с помощью программного обеспечения разных фирм. За последние два года в соответствии с Концепцией был выполнен большой объем работ по интеграции локальных систем в единую АСУТП ВВС. В настоящее время на станции функционируют два сервера АСУТП (SCADA Proficy iFix), работающих в режиме горячего резервирования, сервер исторической базы технологических данных (Proficy Historian) и восемь автоматизированных рабочих мест, установленных в диспетчерской и у технических специалистов станции. Для контроля за ходом технологических процессов станции в режиме реального времени удаленными пользователями установлен сервер Real Time Information Portal (RTIP).

Нижний уровень АСУТП ВВС реализован на базе программируемых логических контроллеров Simatic S7-300 фирмы Siemens.

В состав единой АСУТП ВВС входят автоматизированные системы дозирования порошкового активированного угля (ПАУ), аммиачной воды, гипохлорита натрия, коагулянта, флокулянта, система промышленного биомониторинга качества воды, автоматизированная система контроля качества воды, автоматизированная система управления установками УФО.

Основные технологические параметры работы ВВС передаются в централизованное хранилище технологических данных ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в режиме реального времени. Информация хранится в течение нескольких лет и доступны для анализа и формирования отчетов с любого рабочего места, подключенного к корпоративной сети.

В 2008 году на базе существующей единой АСУТП ВВС будет внедрена принципиально новая автоматизированная система водоподготовки с использованием данных, полученных в режиме реального времени от аналитических приборов определения качественных характеристик и состава воды. Для решения этой задачи фирмами «Ашленд Евразия» и «Orbit Logistics» была разработана «Концепция автоматизации Волковской водопроводной станции», в полной мере соответствующей концепция развития АСУТП Предприятия.

Целью проекта является производство питьевой воды гарантированного качества при оптимальном применении реагентов.

Для обеспечения стабильно нормативного качества питьевой воды при непредсказуемых колебаниях качества исходной воды р. Невы основным требованием к АСУТП водоподготовки Волковской водопроводной станции является оперативное управление работой всего технологического оборудования в режиме реального времени с целью незамедлительной адаптации технологических параметров оборудования к показателям качества исходной воды (в том числе при аварийном изменении этих показателей). Полностью автоматизированный процесс подготовки питьевой воды обеспечит оптимальный расход реагентов и постоянно высокое качество питьевой воды на выходе станции, позволит минимизировать влияние человеческого фактора и повысит степень барьерной роли очистных сооружений.

Для достижения этой цели потребуется обновление программных средств на нижнем и верхнем уровнях системы управления. В результате этих разработок появится новый стандарт S7-Toolkit на базе Siemens Simatic S7-300 - ORBITpls®, который позднее может быть применен и на других технологических объектах Предприятия.

Для комплексной реализации концепции автоматизации ВВС внедрена система оперативного измерения состава и качества воды на всех этапах технологического процесса водоподготовки.

К управляемым параметрам процесса водоподготовки на ВВС относятся:

• 
  доза ПАУ;
• 
  доза аммиачной воды;
• 
  доза гипохлорита натрия;
• 
  доза коагулянта;
• 
  доза флокулянта;
• 
  доза УФО;
• 
  скоростной режим фильтрации;
• 
  режим промывки фильтровальных сооружений.

Для автоматизированного управления каждой операцией обработки воды и дозированием реагентов установлены промышленные анализаторы для контроля значимых технологических параметров. Оборудование смонтировано в специализированных шкафах. В них установлены датчики, измерительные преобразователи, программируемые логические контроллеры Simatic S7-300, а также элементы системы пробоотбора.

На насосной станции первого подъема ВВС для определения качественных характеристик воды, забираемой из водоисточника, установлен комплекс приборов, измеряющих:

• 
  наличие цианобактерий (сине-зеленых водорослей);
• 
  содержание в воде нефтепродуктов;
• 
  Redox- потенциал;
• 
  PH;
• 
  концентрацию аммиака в сырой воде;
• 
  общий углерод;
• 
  цветность

На блоке контактных осветлителей ВВС установлены следующие аналитические приборы контроля качества воды:

• 
  анализатор общего углерода;
• 
  анализатор общего хлора;
• 
  анализатор мутности;
• 
  анализатор электропроводности;
• 
  анализатор PH.

Показания этих приборов будут учитываться при расчете оптимальных доз реагентов, используемых в процессе водоподготовки на ВВС.

Анализатор измерения концентрации нефтепродуктов в сырой воде, который предполагается установить в насосном отделении первого подъема, представляет собой прибор, работающий на основе метода флуоресценции. Он имеет очень высокую степень разрешения и способен обнаруживать следы нефтепродуктов в воде в широком диапазоне (от мкг/л до мг/л). Анализатор чувствителен к бензину, дизельному топливу, керосину, сырой нефти, ароматическим растворителям и рафинированным маслам, содержащим ароматические вещества.

При обнаружении в сырой воде нефтепродуктов выше предельно допустимого значения предусматривается автоматическое включение установки приготовления и дозирования ПАУ. Доза и концентрация суспензии рассчитывается автоматически, и дозирование осуществляется в оптимальном отношении к общему содержанию нефтепродуктов в сырой воде. Информация о наличии нефтепродуктов передается в диспетчерский пункт и лабораторию ВВС, а также в объединенный диспетчерский пункт Предприятия.

Количество сине-зеленых водорослей в водоисточнике обусловлено неодинаковыми метеорологическими, гидрологическими условиями и антропогенным воздействием. Весной после вскрытия Невы увеличивается видовое разнообразие и количество сине-зеленых водорослей. Перемешивание водных масс и повышенная плотность воды обеспечивают интенсивное развитие водорослей в толще воды. Автоматический анализатор сине-зеленых водорослей на базе флуориметра определяет их наличие в сырой воде. Продукты метаболизма сине-зеленых водорослей извлекаются методом сорбции и могут успешно обрабатываться сульфатом алюминия, а затем удаляться в процессе фильтрации на блоке контактных осветителей. В случае превышения допустимой концентрации сине-зеленых водорослей в сырой воде должна автоматически изменяться доза вводимого коагулянта до необходимой величины, рассчитанной с учетом показаний прибора.

Анализатор общего углерода измеряет суммарное количество растворимых органических субстанций в воде. Ультрафиолетовый диапазон, в котором адсорбирует большинство органических субстанций, составляет 254 нм. Измеренное таким образом количество органических соединений в сырой воде будет учитываться при автоматизированном управлении дозированием коагулянта, флокулянта и ПАУ.

С помощью анализатора цветности в первую очередь определяется загрязнения воды гуминовыми кислотами, которые обрабатываются коагулянтом и переводятся в нерастворимую форму.

Мутность относится к важнейшим параметрам, которые учитываются при подготовке питьевой воды. Этот показатель в первую очередь зависит от наличия нерастворенных частиц в воде, которые эффективно удаляются на этапе фильтрации. С учетом показаний прибора в автоматическом режиме будут вычисляться и поддерживаться оптимальные дозы вводимых коагулянта и флокулянта.

При автоматизированном расчете оптимальной дозы коагулянта будут также учитываться показания приборов измерения электропроводности, PH и Redox- потенциала сырой воды.

В приборе измерения общего хлора в воде используется новая мембранная технология, которая позволяет вводить датчик непосредственно в измеряемую среду. Показания приборов будут использоваться в системе автоматизированного дозирования гипохлорита натрия.

Измерение естественного содержания аммония в сырой воде будет учитываться в автоматизированной системе дозирования аммиачной воды. Заданная доза реагента автоматически корректируется с учетом концентрации естественного аммония.

Таким образом, процесс реагентной обработки воды на ВВС будет полностью автоматизирован и оптимизирован с использованием самых современных аналитических приборов, включенных в единую автоматизированную систему водоподготовки станции. Опыт внедрения системы будет использован на других водопроводных станциях предприятия.

Насосное оборудование
Выбор объектов был обусловлен необходимостью получения опыта автоматизации объектов работающих по разным технологическим схемам, территориально располагающихся в разных районах, с объединением всех объектов в одну систему АСУТП