АСУ ТП предприятия водоснабжения

Диспетчеризации инженерных сетей и сооружений является основой для формирования единой информационно-управляющей системы, которая позволяет значительно снизить энергопотребление систем водоснабжения, а также повысить надежность их работы.

Высокотехнологичные системы диспетчеризации в водоснабжении осуществляют оперативное управление совместной работой нескольких ВЗУ, станций подъёма и узлов задвижек. Диспетчерская служба призвана обеспечить бесперебойность и надёжность работы систем водоснабжения, поддержание установленных для системы параметров (давление, температура, расход воды, содержание железа, цветность), максимальную экономичность работы системы водоснабжения.

Центральный диспетчерский пункт

Структура диспетчеризации зависит от характера и масштаба объекта управления. На крупных объектах с разветвлённой или многоступенчатой структурой действуют несколько местных диспетчерских и один центральный, координирующий их деятельность. Любые изменения режима и состояния элементов водоснабжения возможны только с ведома и по указанию диспетчера.

Программа внедрения системы диспетчеризации подразумевает безболезненную интеграцию, состоящую из нескольких параллельных этапов, связанных между собой:

1. Первичная визуализация технологических процессов – сбор первичной информации и организация верхнего уровня SCADA

2. Внедрение геоинформационной системы ГИС

3. Наращивание визуализации – сбор вторичной информации, организация серверной

4. Удаленное управление

Рис. 1
Структурная схема системы диспетчеризации

Внедрение комплексной системы диспетчеризации для крупных систем водоснабжения, состоящих из нескольких водопроводных станций, регулирующих узлов, станций подкачки, сложной системы водоводов, магистралей и водопроводных сетей, целесообразно разделить на три этапа.

Первый этап.

Первичная визуализация и аварийное оповещение в диспетчерской.

Описание системы.

Создание SCADA системы подразумевает организацию сбора данных и их визуализацию.

Рис. 2

Для реализации первичной визуализации необходимо будет оснастить все водозаборные узлы шкафами сбора данных ШСД (шкафами сбора данных).

Контроллера шкафа — Simatic S7-1200 ф. Siemens c модулями дискретных и аналоговых входов-выходов.

Каждый ШСД оснащен компактной панелью оператора для отображения локальной визуализации и настроек параметров.

Рис. 3

В качестве системы визуализации и управления, используется станции оператора на базе персонального компьютера и П.О. — WIN CC ф. Siemens в диспетчерской.

Передача данных со шкафа сбора данных в диспетчерскую обеспечивается через Internet.

ШСД спроектирован таким образом, чтобы можно было в последующем добавить в них оборудование для удаленного управления.

Сбор данных в систему производиться по средствам установки/использования существующих датчиков со следующих объектов:

1.1 Станция обезжелезивания

• Расход промывной воды

• Расход фильтруемой воды

• Текущий уровень в резервуаре чистой воды

• Превышение максимального уровня давления

• Авария станции обезжелезивания

• Давление на трубопроводе исходной воды

• Давление на трубопроводе в РВЧ

• Температура исходной воды в помещении станции

Рис. 4
Пример окна оператора станции обезжелезивания

1.2 Насосная станция второго подъёма, РЧВ

• Давление воды в напорном трубопроводе

Перечень поставляемого оборудования.

Для обеспечения сбора данных предполагается поставить следующее оборудование:

• ПК в диспетчерскую, с программным обеспечением ф.Siemens и оборудованием связи —

• Шкаф сбора данных (ШСД) –

• Оборудование связи, для обмена информацией с ПК в диспетчерской –

• Датчики:

– Датчик уровня в резервуаре чистой воды

– Датчик давления на трубопроводе исходной воды (в помещении станции)

– Авария станции водоподготовки

– Датчик давления на трубопроводе в РЧВ

– Датчик давления на выходе станции второго подъёма

– Датчики температуры на трубопроводе исходной воды (в помещении станции)

– Расходомеры промывной воды

– Расходомеры фильтруемой воды

Рис. 5
Повысительная насосная станция второго подъема

Перечень выполняемых работ.

Состав работ:

• Разработка и отладка SCADA системы сбора данных в диспетчерской

• Организация сбора сигналов с существующих шкафов управления (при наличии)

• Работы по проектированию ШСД

• Программирование контроллера сбора данных ШСД

• Монтаж шкафа сбора данных

• Работы по прокладке и подключению кабельной продукции

Второй этап.

Внедрение геоинформационной системы (ГИС).

На пике развития современных информационных и расчетных технологий создан инструмент для оценки существующих и перспективных режимов эксплуатации объектов теплоснабжения, водоснабжения.

ГИС предназначен для расчетов гидравлических режимов сетей холодного водоснабжения, и решения различных инженерных задач, связанных с сетями ХВС.

Расчетное ядро ГИС позволяет рассчитывать сети любой сложности — кольцевые, с несколькими источниками, работающими в одной сети, с использованием подкачивающих насосных станций, регуляторов давлений и т.д. Расчеты могут проводиться с учетом коэффициентов суточной неравномерности водопотребления.

Результаты гидравлического расчета схемы сетей холодного водоснабжения могут отображаться в различных режимах, позволяющих оценить картину качества водоснабжения.

Состав задач ГИС

• Построение расчетной модели водопроводной сети

• Паспортизация объектов сети

• Поверочный расчет водопроводной сети

• Конструкторский расчет водопроводной сети

• «Гидроудар» — расчет переходных процессов

• Коммутационные задачи

• Построение пьезометрического графика

Построение расчетной модели водопроводной сети

При работе в геоинформационной системе сеть достаточно просто и быстро строится с помощью мышки или по координатам. При этом сразу формируется расчетная модель. Остается лишь задать расчетные параметры объектов и нажать кнопку выполнения расчета.

Поверочный расчет водопроводной сети

Целью поверочного расчета является определение потокораспределения в водопроводной сети, подачи и напора источников при известных диаметрах труб и отборах воды в узловых точках.

При поверочном расчете известными величинами являются:

• Диаметры и длины всех участков сети и, следовательно, их гидравлические сопротивления

• Фиксированные узловые отборы воды

• Напорно-расходные характеристики всех источников

• Геодезические отметки всех узловых точек

В результате поверочного расчета определяются:

• Расходы и потери напора во всех участках сети

• Объемы подачи от источников водоснабжения

• Пьезометрические напоры во всех узлах системы

К поверочным расчетам следует отнести расчет системы на случай тушения пожара в час наибольшего водопотребления и расчеты сети и водопроводов при допустимом снижении подачи воды в связи с авариями на отдельных участках.

Эти расчеты необходимы для оценки работоспособности системы в условиях, отличных от нормальных, для выявления возможности использования в этих случаях запроектированного насосного оборудования, а также для разработки мероприятий, исключающих падение свободных напоров и снижение подачи ниже предельных значений.

Конструкторский расчет водопроводной сети

Целью конструкторского расчета тупиковой и кольцевой водопроводной сети является определение диаметров трубопроводов, обеспечивающих пропуск расчетных расходов воды с заданным напором.

Под расчетным режимом работы сети понимают такие возможные сочетания отбора воды и подачи ее насосными станциями, при которых имеют место наибольшие нагрузки для отдельных сооружений системы, в частности водопроводной сети. К нагрузкам относят расходы воды и напоры (давления).

Водопроводную сеть, как и другие инженерные коммуникации, необходимо рассчитывать во взаимосвязи всех сооружений системы подачи и распределения воды.

Расчет водопроводной сети производится с любым набором объектов, характеризующих систему водоснабжения, в том числе и с несколькими источниками.

«Гидроудар»

Расчет нестационарных процессов в сложных трубопроводных гидросистемах. Цель расчета – выявления участков и узлов сети, подвергающихся за время переходного процесса воздействию недопустимо высокого или низкого давления. В качестве событий, порождающих переходные процессы, предполагается включение или выключение насосов, либо открытие или закрытие задвижек, а также разрыв трубы.

Коммутационные задачи

Анализ отключений, переключений, поиск ближайшей запорной арматуры, отключающей участок от источников, или полностью изолирующей участок и т.д.

Пьезометрический график

Целью построения пьезометрического графика является наглядная иллюстрация результатов гидравлического расчета (поверочного, конструкторского). При этом на экран выводятся:

• линия давления в трубопроводе

• линия поверхности земли

• высота здания.

Третий этап.

Наращивание визуализации.

Описание системы.

Для организации удаленного управления следует дополнить SCADA необходимой информацией и преобразовать шкафы сбора данных в шкафы управления.

В шкаф сбора данных добавляется центральное процессорное устройство и модули дискретных выходов, а также устанавливается программное обеспечение WinCC для возможности локального автоматического/каскадного управления элементами и архивирования всех событий, произошедших на ВЗУ.

Система резервируется, для увеличения надежности при появлении функции удаленного управления.

В диспетчерский наращивается существующая SCADA и модернизируется серверное оборудование.

Реализуется связь ГИС и SCADA.

Рис. 6

Перечень поставляемого оборудования.

Состав оборудования:

• Расходомеры на выход в город

• Комплект оборудования для преобразования шкафа сбора данных в шкаф управление

• Расширение лицензии WinCC в серверную

• Лицензия на удаленное управление WinCC в серверную

• Комплект оборудования для модернизации серверной

Перечень выполняемых работ.

Состав работ:

• Расширение SCADA системы сбора данных в диспетчерской, увеличение функционала, подготовка к управлению

• Монтаж расходомеров

• Работы по проектированию Шкафа управления

• Работы по сборке шкафов управления

• Работы по прокладке и подключению кабельной продукции

Четвертый этап.

Система диспетчеризации выполняет непрерывный контроль технологических параметров, что позволяет диспетчеру оперативно реагировать на нештатные ситуации.

Рис. 7

Для обеспечения оперативного реагирования на внештатные ситуации необходимо реализовать удаленное управление оборудованием:

• Изменение технологических параметров работы

– Давление

– Расход

– Переключение режимов основной/резервный, ввод резервного оборудования в работу

• Включение/выключение оборудования

• Управление дисковыми затворами на водоводах.

Для бюджетной оценки стоимости удаленного управления необходимо знать — какое существующее оборудование мы можем, какое необходимо незначительно модернизировать, а какое нужно добавить или заменить.

Оценка необходимого оборудования и работ по подключению исполнительных механизмов возможна после предоставления следующей информации:

• План расположения оборудования на участке ВЗУ

• Тип двигателя, если есть, преобразователя частоты на станциях первого подъема

• Тип двигателя, если есть, преобразователя частоты на станциях второго подъема

• Тип дисковых затворов на водоводах, если есть, приводов к ним

Переоборудованные шкафы управления, резервированная связь, подготовленная к внедрению SCADA система, позволят нам в кратчайшие сроки подключить исполнительные элементы к системе управления.