Автоматизированная система мониторинга и управления водозаборным узлом

В статье описан опыт автоматизации типового водозаборного узла (ВЗУ) на примере ВЗУ Химки-3 водоканала г. Химки Московской области.

Введение

Несмотря на высокий уровень требований к водоканалам по непрерывности подачи воды в наши квартиры, уровень автоматизации на этих предприятиях весьма низок, а зачастую и вовсе никакой автоматизации там нет. Отчасти это объясняется недостаточным финансированием - ведь известно, что цены на воду и тепло пока не соответствует мировым. Однако, автоматизация на водоканалах необходима для более эффективного управления технологическим процессом добычи и транспортировки воды, т.к. это позволяет снизить затраты энергии и более эффективно распорядиться имеющимися ресурсами.

Разработанная компанией Геолинк и внедренная на ВЗУ Химки-3 автоматизированная система водозаборного узла, описываемая в настоящей статье, является, на наш взгляд, достаточно оптимальной. Она обеспечивает оператору полный контроль над функционированием водозаборного узла (ВЗУ), но при этом не перегружена излишними возможностями, которые могли бы сказаться на увеличении её стоимости.

Технические характеристики системы

Система обеспечивает:

• полностью автоматизированное управление водозаборным узлом, включая насосную станцию и семь скважин, 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 следующим параметрам: частота вращения, ток, потребляемая мощность;
• мониторинг и учет выходных параметров насосной станции второго подъема: кумулятивный и мгновенный расходы и давления по обеим ниткам выхода в городскую сеть;
• индикация уровня воды в накопительном резервуаре насосной станции;
• управление двигателями глубинных насосов на скважине (дистанционное включение/отключение);
• мониторинг параметров скважин: токи глубинных насосов, давление, мгновенный и кумулятивный расходы воды со скважин, температура воздуха в павильоне скважины, уровень воды в скважине;
• тревожную сигнализацию случаев несанкционированного проникновения на территорию ВЗУ, в павильоны скважин, а также снятие люков с резервуара.

Структурная схема

Проект ВЗУ оказался типовым Вода с семи 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. В каждом павильоне располагаются шкаф с силовым оборудованием и блоком управления двигателем насоса "Каскад". Из резервуара, служащего промежуточным накопителем и отстойником, вода поступает на насосную станцию второго подъема. Насосная станция имеет в своем составе шесть насосов, три из которых хозяйственно-питьевые, и три - пожарные. Из насосной станции вода поступает в сеть городского водоснабжения

Оснащение скважин

При монтаже новой системы в павильонах скважин были смонтированы приборы КИП и узлы сбора данных и управления УСД.

Измерение уровня воды в скважинах осуществляется погружными уровнемерами LMP-308, установленными на водоподъемных колоннах над глубинными насосами. Датчики используют принцип измерения давления столба жидкости. Автоматическая компенсация возможных погрешностей, связанных с колебаниями атмосферного давления, обеспечивается использованием специального гидрометрического кабеля, имеющего внутри пустотелую трубку, связывающую внутреннюю полость датчика с атмосферой на поверхности.

Измерение давления в трубопроводе, ведущем от скважины, осуществляется датчиком DMP-331

Расход воды со скважины измеряется индукционным расходомером SIMA-FC-2 Расходомер обеспечивает измерение мгновенного и кумулятивного (суммарного) расходов воды.

УСД связаны с центральным постом оператора по радиоканалу с использованием радиомодема НЕВОД-5 для дальних скважин, и по проводной промышленной сети для ближних.

Оборудование электрощитовой насосной станции

В электрощитовом зале насосной станции второго подъема установлен шкаф с оборудованием, обеспечивающим управление частотными регуляторами, измерение расходов и давлений воды на выходе насосной станции, измерение уровня воды в резервуаре, а также включение/отключение и измерение токов пожарных насосов.

Для частотного управления двигателями хозяйственно-питьевых насосов применено три инвертора-регулятора мощностью 55 кВт каждый.

В качестве датчика уровня воды в накопительном резервуаре используется уровнемер LMP-308.

Давление на каждом из двух выходов насосной станции измеряется датчиками DMP-331. Расход воды в городскую сеть холодного водоснабжения измеряется двумя расходомерами SIMA-FC-2 c диаметром условного прохода 400 мм.

Центральный пост оператора

Центральный пост оператора (ЦПО) - комплекс технических средств, находящийся в операторской комнате. Оператор управляет системой при помощи монитора и консоли управления.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) управляющего промышленного компьютера выполняется под управлением операционной системы реального времени. Загрузка программного обеспечения осуществляется с FLASH-диска, что обеспечивает бесперебойную работу системы в течение длительного времени.

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 отображаются: расходы воды со скважин, токи насосов скважин, уровень воды в резервуаре, обороты и токи хозяйственно-питьевых и пожарных насосов, расходы 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. Также в нижней части экрана отображается текущее время.

В режиме "Скважины" на экране для каждой скважины в табличной форме отображаются: расходы воды мгновенный и кумулятивный, ток насоса, давление в трубопроводе, уровень воды в скважине, глубина загрузки насоса (справочная информация), температура 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 ВНС, их суммарная мощность, а также давления и расходы воды в город . Также в этом режиме производится управление насосными агрегатами посредством табло управления , где можно запустить, остановить двигатель, а также установить его текущие обороты.

Сбор данных от технологического оборудования производится в реальном масштабе времени, что обеспечивает в каждый момент времени отображение текущих значений параметров.

Заключение

Внедрение системы на водозаборном узле Химки-3 обеспечило значительное увеличение эффективности управления и мониторинга основными режимами ВЗУ. За счет объединения данных в единую картину мониторинга на экране у диспетчера увеличилась оперативность регулирования параметров подачи воды в городскую сеть. За счет использования частотного регулирования электродвигателей насосов уменьшились энергозатраты и увеличились сроки службы оборудования. Налажен учет поднятой и поданной потребителю воды и мониторинг состояния уровня подземных вод в водозаборных скважинах.

Эксплуатация системы с 1999г. подтвердила её эффективность и надежность.

Комплексная автоматизация водоканалов – путь к ресурсосбережению
Цели и задачи Экономия ресурсов: электроэнергии, тепло- и гидроресурсов Увеличение сроков службы технологического оборудования Снижение затрат на предупредительные и ремонтные работы Обеспечение оперативного управления и контроля технологическими процессами