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.
