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
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.
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.
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
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
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.
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.
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.