Экономический потенциал систем водоотведения на сегодняшний день недооценён. В канализационных насосных станциях (КНС) нет регулирующих задвижек, не нужно поддерживать давление, а оборудование включается и выключается по мере необходимости. Разве получится в таких условиях сократить финансовые затраты на электроэнергию?
Ответ на этот вопрос даёт внедрение преобразователей частоты и интеллектуальных шкафов управления на базе контроллеров, которые автоматизируют работу насосной системы. Важно, что, помимо существенного сокращения затрат на оплату электроэнергии, микропроцессорные средства контроля и мониторинга позволяют повысить надёжность КНС: в итоге снижается количество аварий и вероятность выбросов сточных вод в окружающую среду.
Зачем нужна автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) водоотведения?
· Оптимизация работы насосов;
· Поддержание максимально допустимого уровня жидкости в резервуарах КНС;
· Предотвращение аварийных ситуаций;
· Обмен данными с центральным диспетчерским пультом.
Рассмотрим более подробно каждую из перечисленных составляющих.
Оптимизация работы насосов
Эффективность работы КНС оценивается по удельному расходу электроэнергии на перекачивание одного кубического метра стоков. Рассчитать оптимальную рабочую точку для станции довольно сложно - необходимо одновременно учитывать несколько изменяющихся в процессе работы параметров: КПД двигателя и насоса, гидродинамическое сопротивление трубопровода, плотность и температуру перекачиваемой жидкости и т.д. «Нередко оптимальную рабочую скорость насоса определяют вручную уже при эксплуатации. Специалисты GRUNDFOS предлагают ещё более простой и точный способ - использование систем управления насосами с автоматической функцией определения зоны наивысшей энергоэффективности, например, как в шкафах управления Control DC на базе контроллеров CU362. Данная функция позволяет забыть о ручных настройках и помогает системе управления автоматически подстроиться под параметры конкретного оборудования, которое будет эксплуатироваться на канализационной станции», - рассказывает Михаил Борисов, руководитель направления «Системы автоматизации и управления» компании ГРУНДФОС, ведущего мирового производителя насосного оборудования.
Интеллектуальная система, получившая название Dedicated Controls, непрерывно отслеживает и корректирует режимы работы насосной системы (параллельно можно подключать до 6 насосов). Контроллер незамедлительно изменяет частоту вращения оборудования в соответствии с данными, полученными от встроенного преобразователя частоты и расходомера. Таким образом, насосы всегда работают в точке наивысшего КПД, значительно сокращая своё энергопотребление по сравнению со стандартными алгоритмами управления. Такое решение помогает осуществлять непрерывный контроль эффективности работы оборудования, позволяя своевременно планировать сервисное и техническое обслуживание насосов и трубопроводов.
Поддержание максимально допустимого уровня жидкости в резервуарах канализационных насосных станций
Основная информация, необходимая для работы любой системы управления канализационными насосами, - это данные об уровне жидкости в резервуаре насосной станции. Интеллектуальные системы с преобразователями частоты могут поддерживать постоянное значение уровня независимо от объёмов поступающей жидкости, поэтому появляется возможность держать его максимально высоким. Это позволит создать избыточное давление на входе, которое будет «помогать» насосам работать и даст дополнительную экономию энергии.
При работе насосов в режиме поддержания уровня дополнительно сберегаются финансовые средства и на очистных сооружениях (ОС). Вода подаётся не залпами, как при работе насоса в режиме «пуск/останов», а плавно. Стоит отметить, что при этом на дне резервуара образуется осадок, который может привести к уменьшению объёма ёмкости. Во избежание этого необходимо в ночное время совместить режим взмучивания с откачкой приёмника до предельно допустимого уровня, а также с прокачкой трубопровода на максимальной скорости (для исключения образования осадка). Все эти режимы также автоматически активируются в шкафах управления GRUNFDOS Control DC в процессе эксплуатации.
Защита от аварийных ситуаций
Ключевая особенность систем водоотведения - наличие в стоках достаточно крупных примесей и длинноволокнистых включений. Грязь и прочие инородные тела заполняют полость между рабочим колесом и корпусом насоса, вызывая опасность блокировки. «Заклинивание оборудования, перекачивающего сточные воды, грозит настоящей экологической катастрофой, - уверен Михаил Борисов (ГРУНДФОС). - Для обеспечения максимальной надёжности работы канализационных насосов, в шкафах управления Control DC есть несколько специализированных функций, таких как «защита от заклинивания», «работа обратным ходом» и т.д. Они срабатывают во всех нештатных ситуациях, вызывающих останов насоса, тем самым защищая его от блокировки. Это позволяет предотвратить аварии, а значит, исключить возможность затопления станций и попадания сточных вод в окружающую среду. Кроме того, шкафы управления позволяют избежать издержек при простое и ремонте оборудования».
Обмен данными с центральным диспетчерским пультом
Канализационные насосные станции проектируются с учётом резервных единиц оборудования, которые подключаются при слишком большом расходе сточных вод или поломке основного агрегата. Однако «запасные» мощности не могут предотвратить затопление в случаях, когда неисправность остаётся незамеченной в течение долгого времени. Именно поэтому на КНС целесообразно применять специальные системы удалённого контроля и сигнализации.
Современные электронные устройства позволяют организовать несколько уровней дистанционного управления. Самый простой вариант - передача аварийных сигналов в виде SMS-сообщений на мобильные телефоны операторов. Такое решение обладает высокой эксплуатационной надёжностью при скромных финансовых затратах, но связь получается односторонней. Гораздо предпочтительнее, если есть возможность удалённо управлять насосами и изменять значения некоторых важных параметров одновременно с компьютера в диспетчерской и мобильного устройства у дежурного персонала. Для этого используются дополнительное оборудование и программное обеспечение, например, модули CIM/CIU и система мобильной диспетчеризации GRM от компании GRUNDFOS. Модули позволяют контролировать и управлять работой оборудования с помощью SCADA-системы заказчика по различным протоколам передачи данных, а система GRM обеспечивает доступ персонала к основным текущим и архивным показателям работы станции с помощью любых мобильных устройств или ПК с выходом в Интернет.
Наличие дистанционного мониторинга и управления имеет много преимуществ. Время, затрачиваемое на отчётность, сбор данных и т.д., сводится к минимуму, как и количество визитов специалистов для проведения сервисного обслуживания. Значительно снижается вероятность поломок и выхода из строя оборудования. В итоге внедрение даже самой технически «укомплектованной» системы удалённого контроля окупается за очень короткий срок.
Опыт автоматизации работы КНС
В 2008 году была проведена модернизация КНС-19 «Пятовская» в городе Ярославле. Одним из главных этапов реконструкции стало обновение оборудования для отвода стоков. Пять устаревших отечественных насосов типа Д мощностью по 800 кВт каждый, работавших от напряжения 6 кВ, заменили на оборудование GRUNDFOS серии S2 мощностью 350 кВт и питанием от сети 380 В.
Кроме того, была внедрена АСУ ТП водоотведения Grundfos Control DС с преобразователями частоты. В процессе пуско-наладки были активированы следующие функции:
· Автоматическая оптимизация энергопотребления с подстройкой под текущий режим работы;
· Разбивка насосов на две группы для лучшей оптимизации работы при изменяющемся притоке;
· Автоматическое изменение уровней пуска для снижения нароста на стенках резервуара;
· Расчёт расхода без использования расходомера;
· Защита от засорения и заиливания;
.jpg)
Установленный шкаф управления был подключен к существующей SCADA-системе по протоколу Modbus RTU. Особенностью оборудования является отсутствие необходимости в программировании контроллера при пуско-наладке и последующей эксплуатации, т.к. в нём используется параметрируемый контроллер CU362, все функции которого активируются и отключаются с помощью меню в самом контроллере, т.е. пользователь в любой момент времени может сам добавить или изменить функционал системы управления насосной станцией.
Энергоаудит, проведённый техническим персоналом местного Водоканала совместно с представителями компании ГРУНДФОС, показал, что в сравнении со старой системой новое оборудование экономит почти 50% электроэнергии (подробнее см. табл. 1).
Таблица 1. Энергопотребление КНС-19 «Пятовская» в период 2007-2009 гг.
|
Год |
Энергопотребление, кВт |
Экономия по отношению к периоду до модернизации, % |
|
2007 |
10 082 182 |
|
|
2008 |
6 603 700 |
34,5 |
|
2009 |
5 057 186 |
49,8 |
Помимо экономии на оплате электроэнергии, были сокращены затраты на обслуживающий персонал - с внедрением АСУ ТП отпала необходимость в дежурном электрике. Оборудование окупилось всего за 2,5 года. По словам Михаила Борисова , полученный уровень экономии и срок окупаемости инвестиций вполне типичен при замене устаревшего оборудования на современное при условии правильного выбора системы автоматического управления.
Чем больше будет появляться положительных примеров автоматизации канализационных насосных станций, тем скорее специалисты осознают все преимущества инноваций. Шкафы управления - ещё один шаг на пути технологического прогресса.
Коэффициент полезного действия.
До недавнего времени при автоматизации систем водоснабжения и водоотведения использовались в основном релейно-контактные элементы: электромагнитное реле, магнитные пускатели, кнопочные и переключающие устройства. Схемы автоматизации просты, понятны, не требуют специалистов высокой квалификации. Однако в последнее время предпочтение следует отдавать компьютерным и бесконтактным средствам автоматизации, обладающими более высокой надёжностью и более широкими возможностями управления технологическими устройствами. Поэтому ниже приведены примеры схем автоматизации как на основе релейно-контактных схем, так и на основе компьютерного управления.
насосных станций
7.1.1 Функциональные схемы автоматизации с релейным
управлением
Фрагмент функциональной схемы автоматизации невысокой производительности приведён на рисунке 6. Схема составлена для случая, когда насосные агрегаты располагаются выше верхнего края приямки и перед пуском требуют операции залива. Для контроля окончания залива используется специальное реле залива.
Рисунок 6 − Функциональная схема автоматизации
канализационной насосной станции
Для контролирования уровня воды в приёмном резервуаре применяются электродные реле уровня 1A , сигнал которого поступает на регулятор уровня 1B . Переключатели 1C определяют порядок ввода насосных агрегатов в зависимости от уровня стоков в приёмном резервуаре. Пуск насосных агрегатов осуществляется на закрытую задвижку. В схеме предусмотрено автоматическое и ручное включение привода насосного агрегата. Для переключения режимов включения насосного агрегата и управления напорной задвижки предусмотрены переключатели режимов 2D и 2G соответственно. А управление ими осуществляется кнопочными станциями 2B и 2 H .
При автоматическом управлении сигнал включения от регулятора уровня вначале через переключатель 2D подаётся на электромагнитный вентиль залива 3A . Контроль залива производится электроконтактным реле залива. Его сигнал подаётся на электромагнитный пускатель привода насосного агрегата 2D , а уже с пускателя через переключатель режима 2G на пускатель 3B для открывания напорной задвижки. По окончании открывания задвижки концевой выключатель 2F отключает двигатель задвижки от сети.
Пуск насосного агрегата контролирует сигнализатор напорного давления 2E . При незавершённом пуске этот сигнализатор отключает магнитный пускатель привода насосного агрегата.
На рисунке 6 показана схема автоматизации только одного насосного агрегата. Схемы автоматизации остальных насосных агрегатов идентичны.
В насосных станциях высокой производительности, когда насосные агрегаты расположены ниже верхнего края приёмного резервуара, исключается необходимость специального залива насосных агрегатов. В этом случае на схеме автоматизации отсутствует трубопровод залива вместе с электромагнитным вентилем 3A залива и реле залива 2A.
7.1.2 Функциональные схемы автоматизации под управлением программируемых контроллеров
Если в современных насосных станциях для их управления применяются программируемые контроллеры, функциональные схемы автоматизации их несколько видоизменяются. Фрагмент данной схемы приведён на рисунке 7.
В этих схемах основным управляющим элементом является программируемый контроллер 1B . Он позволяет управлять работой насосной станции как в автоматическом режиме, так и в режиме ручного управления с помощью кнопочной станции 1E . Но ручное управление производится всё равно под управлением программируемого контроллера, только ему этот режим задаётся переключателем 1D . В данном случае контроллер следит за соблюдением всех режимов пуска и останова насосных агрегатов, и при нарушении этих режимов он отменяет действия оператора.
Рисунок 7 − Функциональная схема автоматизации
канализационной насосной станции
с применением программируемого контроллера
В режиме автоматического регулирования контроллер 1B на основании данных измерителя уровня 1A производит управление пусковой аппаратуры 2C насосных агрегатов, напорных задвижек 3B их и электромагнитным вентилем 3A . При этом все необходимые временные интервалы и ответные действия на сигналы концевого выключателя 2F задвижки, датчиков-измерителей напорного давления 2E и реле залива 2A необходимо заложить уже в саму рабочую программу контроллера. Одновременно контроллер должен следить за величиной тока и напряжения электропривода. Если эти данные не предусмотрены в пусковой аппаратуре привода, нужно включить в схему специальные датчики 1C тока и напряжения.
Если насосные агрегаты не требуют залива, схема автоматизации остаётся практически неизменной, в ней исключаются только те элементы, которые относятся к процессу залива: трубопровод залива, электромагнитный вентиль 3A залива и реле залива 2A .
7.1.3 Электрические принципиальные схемы для релейного
управления
Для полной наглядности оформления принципиальных электрических релейно-контактных схем приведены четыре фрагмента схемы автоматизации канализационной насосной станции, включающей в себя четыре насосных агрегата с электроприводом невысокой мощностью, до 75 кВт (два рабочих и два резервных), управляемых по шести отметкам уровня.
Схема контроля уровня воды в приямке приведена на рисунке 8. В качестве сигнализаторов уровня В1, В2 и В3 используются стандартные типа ЭРСУ-2, каждый из которых может контролировать три уровня. Следовательно, для обеспечения условий работы насосной станции требуется три таких датчика. На схеме показаны только контакты их электромагнитных реле. Реле управления К6 и К5 управляют двумя рабочими насосными агрегатами, реле К4 − резервным насосным агрегатом, К3 − аварийным (вторым резервным),а К2 - задвижками аварийного выпуска сточных вод.
Схема выбора режимов приведена на рисунке 9. Каждый из четырех насосных агрегатов должен иметь возможность работать в любом из четырех режимов: насос первой очереди, насос второй очереди, насос резервный и аварийный насос. Причём в последнем режиме насосный агрегат работает либо при переполнении приямка выше уровня, включающего реле К3, либо при аварийном отключении одного из работающих насосных агрегатов. Для этой цели на каждый из четырех насосных агрегатов отведены управляющие промежуточные реле К1 – К4 , а переключение режимов работы осуществляется с помощью универсальных избирателей- переключателей SA1 – SA4 .
Рисунок 8 − Принципиальная электрическая схема контроля
уровня воды в приямке
Схема вызова резервного насоса при аварийном отключении одного из работающих выполнена на реле времени КТ1 и реле К5 . В нормальном режиме цепь реле КТ1 должна быть разомкнутой, а при аварийном отключении любого из работающих насосных агрегатов цепь питания этого реле замыкается с помощью нормально замкнутых контактов соответствующего магнитного пускателя. Оно срабатывает и через определенное время замыкается цепь реле К5 , контакты которого и включают резервный насосный агрегат. Время задержки включения реле К5 определяется временем пуска насосных агрегатов.
Рисунок 9 − Электрическая принципиальная схема выбора
режимов насосных агрегатов
Электрическая принципиальная схема управления электроприводом насосного агрегата приведена на рисунке 10. Предполагается, что электрический двигатель насосного агрегата – асинхронный с короткозамкнутым ротором, низковольтный (380/220 В). Включение его осуществляется на открытую напорную задвижку, залив – из напорного трубопровода. На схеме показаны только цепи управления.
Рисунок 10 −Электрическая принципиальная схема управления
электроприводом насосного агрегата
В этой схеме предусмотрено три режима управления: местное «М » управление (опробование), автоматическое «А » управление и отключено «О ». В режиме местного управления включение и выключение привода осуществляется кнопками SB2 и SB1 соответственно. В режиме автоматического управления электропривод насосного агрегата включается с помощью реле управления К1 (К2 – К4 ) из схемы выбора режимов (рисунок 9). Перед пуском насосного агрегата осуществляется его залив с помощью электромагнитного вентиля YA1 , который отключается контактами реле залива SF1 . Автоматическая защита насосного агрегата и аварийное отключение электропривода производятся с помощью реле К2 , которое включается при понижении давления в напорном трубопроводе, при прекращении подачи воды на гидроуплотнение, а также при аварийном затоплении насосной станции. Контроль за давлением воды в напорном трубопроводе и на подаче воды на гидроуплотнение осуществляется контактными манометрами SF2 и SF3 , а за затоплением насосной станции – реле К1 из схемы на рисунке 8. При случайных коротких по времени замыканиях указанных контактов с помощью реле времени КТ1 исключается возможность включения реле К1 . В схеме предусмотрена защита электропривода от перегрузок с помощью температурного реле КК1 .
Схема управления аварийной задвижкой, которая приведена на рисунке 11, рассчитана на управление аварийным выпуском воды из
Рисунок 11 − Электрическая принципиальная схема управления
аварийной задвижкой
приемного резервуара при повышении уровня воды выше отметки срабатывания реле К2 (на рисунке 8) с угрозой затопления самой насосной станции.
В этой схеме также предусмотрено три режима управления: местное «М », автоматическое «А » и отключено «О », осуществляемое переключателем SA1 . Местное управление производится кнопками SB2 (открыть), SB3 (закрыть) и SB1 (отключить привод задвижки). Автоматическое управление осуществляется с помощью вышеуказанного реле К2 из схемы контроля уровня воды в приямке (рисунок 8). Предусмотрена защита привода при заклинивании задвижки с помощью реле момента SF3 , реле времени КТ1 (на время пуска двигателя) и реле сигнализации заклинивания К1 . Кроме того, привод защищен от перегрузок с помощью реле КК1 .
Такая же схема применима и для управления работой напорных задвижек. Для этого на схеме вместо реле K2 нужно поставить реле K1 из схемы управления приводом соответствующего насосного агрегата (рисунок 10).
7.1.4 Электрические принципиальные схемы под управлением программируемых контроллеров
При использовании программируемых контроллеров следует применять остальные средства автоматики, по возможности бесконтактные, чтобы не снижать высокую надёжность работы всей системы управления. Так, вместо сигнализаторов уровня следует применять современные измерители уровня, лучше два для надёжности (разница в показаниях этих измерителей будет означать неисправность одного из них). По этой же причине сигнализаторы напорного давления тоже нужно заменить измерителями давления. Контакты же концевых выключателей задвижек нужно использовать только для контроля исправной работы их, а выключение электроприводов осуществлять по увеличению потребляемого тока при завершении открытия или закрытия задвижек. Для включения электродвигателей, как насосного агрегата, так и задвижек, также следует использовать вместо магнитных пускателей бесконтактные средства управления. Сама же электрическая схема распадается на отдельные схемы, связанные с модулями связи контроллера. А они в свою очередь распадаются на отдельные схемы к каждому выводному контакту модуля.
Так, датчики-измерители уровня воды в приёмном резервуаре и датчики-измерители давления в напорном трубопроводе могут быть присоединены к модулю ввода непрерывных сигналов так, как показано на рисунке 12. На данной схеме устройства A1 и A2 − это два измерителя уровня воды в приёмном резервуаре вместе с токовым преобразователем 0…20 мА (или 0…10 мА). Устройства A3 …A6 − измерители напорного давления насосных агрегатов. Они также включают в себя токовые преобразователи. На вход всех этих преобразователей подаётся опорное напряжение +24 В либо от самого модуля ввода непрерывных величин A7, либо от отдельного источника питания. Выход преобразователей подключаются непосредственно на входы этих модулей связи.
Точно так же подключаются к модулям ввода непрерывных величин и остальные датчики с токовым выходом, в тот числе и измерители тока и напряжения электродвигателей. Сами же измерители тока или напряжения содержат в себе трансформаторы тока или напряжения, соответственно, и обыкновенный мостиковый выпрямитель.
Подобным же образом составляются принципиальные электрические схемы подключения датчиков-сигнализаторов давления, положения задвижек и др. к модулю ввода дискретных величин программируемого контроллера. Фрагмент такой схемы показан на рисунке 13.
Рисунок 12 − Схема подключения датчиков к модулю ввода
непрерывных величин
На этом рисунке контакты SF1 , SF4 , SF6 и не показанный на схеме SF8 относятся к реле залива насосных агрегатов. Концевые выключатели SF2 , SF5 и не показанные SF8 , SF11 замыкаются, если напорные задвижки насосных агрегатов полностью открыты. А концевые выключатель SF3 , SF6 и не показанные SF9 , SF12 замыкаются, если напорные задвижки полностью закрыты.
На одни концы этих контактов подеётся напряжение постоянного тока +24 B, а другие концы непосредственно электрически соединены с контактами модуля A7 ввода дискретных величин. Напряжение+24 B может быть взято и от другого источника питания.
Модуль вывода дискретных сигналов позволяет управлять электромагнитными клапанами, а также магнитными пускателями электрических двигателей задвижек и самого насосного агрегата. Однако при использовании программируемых контроллеров всё-таки целесообразно использовать бесконтактные средства включения электрических двигателей.
Рисунок 13 − Схема подключения датчиков к модулю ввода
дискретных величин
Что же касается электромагнитных клапанов залива, то мощность выходного сигнала модулей вывода достаточна для непосредственного включения этих электромагнитных клапанов. Достаточно подобрать катушку электромагнитного клапана на рабочее напряжение 24 В.
Простейшая схема реверсивного включения электродвигателей задвижек приведена на рисунке 14А. Так как мощность этих двигателей не превышает 2..3 кВт, для их включения достаточно применит оптронные семисторы, очень удобно сочетаемые с модулями вывода дискретных сигналов. Если на соответствующем выходе модуля, соединённого с входом 1 R1 SV1 , SV3 , и SV5 , и двигатель задвижки будет вращаться в одну сторону. Если же на другом выходе модуля, соединённого с входом 2 схемы управления, появится напряжение около +24 В, через гасящий резистор R2 будет протекать ток и через оптроны оптронных семисторов SV2 , SV4 , и SV5 , и двигатель задвижки будет вращаться в другую сторону.
Мощность электродвигателей насосных агрегатов значительно больше, поэтому включать их удобнее с помощью обычных семисторов. А вот управление этими семисторами удобно уже с помощью маломощных оптронных семисторов, как это показано на рисунке 14 B. Здесь по-прежнему вход 1 схемы соединён непосредственно с соответствующим выходом модуля вывода дискретных величин программируемого контроллера.
В настоящее время выпускаются различные типы полупроводниковой пусковой аппаратуры на основе тиристоров и семисторов. Некоторые эти устройства включают в себя измерительные устройства тока и напряжения, которые удобно использовать в системе технической диагностики с помощью тех же программируемых контроллеров.
7.2 Автоматизация первичных отстойников
7.2.1 Функциональные схемы автоматизации отстойников
Основная задача автоматизации отстойников ― это обеспечение своевременного удаления осадка и плавающего мусора. Задачу обеспечения удаления осадка можно решить двумя способами: либо удалять осадок периодически, либо по мере его накопления. Второй способ более предпочтительнее в смысле затрат электрической энергии, но он требует применения специальных сигнализаторов предельного уровня осадка. На рисунке 15 приведена функциональная схема автоматизации одного радиального отстойника. Предполагается, что схемы автоматизации других отстойников идентичны. Эта схема распадается на две части: управление удалением плавающего мусора и удаление накопившегося осадка.
Рисунок 14 − Управление электрическим двигателем
с помощью оптронных семисторов
Рисунок 15 −Фрагмент функциональной схемы автоматизации первичных отстойников
Для сбора плавающего мусора включение электрического привода грабельного устройства можно производить периодически на один оборот грабель с помощью специального командного электропневматического прибора 1B типа КЭП-12У. а выключение − с помощью концевого выключателя 1A .
Удаление осадка из отстойника производится по сигналу от измерителя уровня осадка 2A . По его сигналу исполнительный механизм 3B открывает задвижку выпуска осадка и включается привод насосного агрегата удаления осадка. Выключение привода насосного агрегата и закрытие задвижки производится по сигналу реле времени 2B .
Автоматическое управление электроприводами грабельного устройства и насосного агрегата дублируется ручным управлением. Для грабельного устройства это осуществляется с помощью переключателя режимов 1D и кнопочной станции 1E , а для насосного агрегата− 4B и 4C соответственно.
Для контроля работы насосного агрегата используется контакный манометр 2C. Если за определённый интервал времени давление не достигает необходимого значения, производится выключение насосного агрегата.
На рисунке 16 приведён фрагмент функциональной схемы, если в системе автоматического управления используется программируемый контролер 1 B . На этой схеме сигналы всех сигнальных устройств: сигнализатора уровня осадка 2A, концевого выключателя грабельного устройства 1A , контактного манометра 2С , концевых выключателей напорной задвижки 3A , поступают на входы модуля ввода дискретных сигналов, на основании которых и рабочей программы контроллера производится управление пусковыми устройствами 2C 4A и 3B электроприводов с модуля вывода дискретных сигналов контроллера. При этом управление технологическими процессами всех отстойников может только один контроллер. Переключатель режимов 1D и кнопочная станция 1E служат для ручного управления оборудованием отстойников.
Рисунок 16 −Функциональная схема автоматизации отстойников
на основе программируемых контроллеров
7.2.2 Принципиальные электрические схемы автоматизации
отстойников
На рисунке 17 приведена релейно-контактная схемауправления одним отстойником. На этой схеме переключатель SA1 позволяет осуществлять либо ручное (местное) управление оборудованием отстойника, либо автоматическое по уровню осадка в отстойнике.
Рисунок 17 − Электрическая принципиальная схема управления
отстойником
В режиме ручного управления с помощью копок SB2 и SB1 производится включение и выключение электропривода грабельного оборудования посредством реле K1 , а с помощью копок SB4 и SB3 включение и выключение электропривода насосного агрегата посредством реле K2 . Одновременно с включением насосного агрегата контакты реле K2 включают электродвигатель задвижки отвода осадка.
В режиме автоматического управления включение реле K2 и, соответственно, включение насосного агрегата и открытие задвижки осуществляется посредством сигнализатора уровня осадка А1 , схема которого приведена на рисунке 18.
Рисунок 18 − Электрическая принципиальная схема
сигнализатора уровня осадка
На этой схеме фоторезистор RL1 и резистор R1 образуют делитель питающего напряжения +24 В примерно пополам, которое поступает на вход операционного усилителя с однополярным питанием. Фоторезистор освещается осветительной лампой на заданной глубине через слой осадка. Если слой осадка светлый, т.е. уровень осадка не достиг осветителя с фоторезистором, электрическое сопротивление фоторезистора будет относительно низкое, напряжение на входе операционного усилителя будет больше 12 В, выходное напряжение на выходе операционного усилителя будет низкое. При достижении уровня осадка заданной отметки сопротивление фоторезистора возрастёт, напряжение на выходе операционного усилителя тоже возрастёт, реле K1 сработает, и его контакты замкнутся, сигнализируя о высоком уровне осадка в отстойнике.
В результате этого на схеме рисунка 17 сработает реле K2, которое своими контактами включит насосный агрегат и откроет задвижку выпуска осадка. Кроме того, оно включит реле времени, которое через заданный интервал времени отключит реле K2 , что автоматически приведёт к выключению насосного агрегата. Таким образом, из отстойника будет удалён заданный столб осадка.
7.3 Автоматизация метантенков
7.3.1 Функциональная схема автоматизации метантенков
Основными функциями схемы автоматизации метантенков являются регулирование температуры сбраживаемого осадка и контроль за технологическими параметрами (температурой, давлением и др.); фрагмент данной схемы, выполненной на традиционных релейно-контактных элементах, приведен на рисунке 19.
Рисунок 19.− Функциональная схема автоматизации метантенка
В качестве датчика температуры используется термометр сопротивления 2А , входящий в состав позиционного регулятора 2В . Подогрев осадка производится паром, подаваемым в метантенк через клапан, приводимый в действие электромагнитом 2E . Включение его осуществляется с помощью регулятора 2B . Автоматическое регулирование дублируется ручным с помощью кнопки 2D . Переключение режимов с автоматического на ручное и обратно производится переключателем 2C . При подаче пара на диспетчерском пункте загораются сигнальные лампочки HL1 .
Для большей эффективности прогрева осадка и исключения локального перегрева выполняется его перемешивание с помощью специальной мешалки, приводимой в действие с помощью пускателя 1B и программно-временного регулятора 1A, а спомощью кнопки 1D и переключателя режимов 1C автоматическое управление дублируется ручным.
С помощью датчика температуры 4A производится непрерывный контроль за температурой в метантенке показывающим прибором 4B . Кроме того регистрируется значение температуры в метантенке на диаграммную ленту автоматического многоточечного моста 5B с термометром сопротивления 5A . С помощью контактного манометра 3A и3B осуществляется непрерывный контроль за давлением газа в метантенке. При превышении давления газа и температуры осадка за допустимые пределы и аварийном отключении электропривода мешалки выдается сигнал аварийного состояния.
На рисунке 20 приведена функциональная схема автоматического управления двумя метантенками с помощью программируемого контролера 1A с его местным пультом управления 1B и сигнальным устройством на диспетчерском пульте HL1 , который в свою очередь может быть связан с подобным же программируемым контроллером второго уровня компьютерного многоуровневого управления.
Здесь достаточно разместить в каждом метантенке по одному манометру 3А , 4А и по одному сигнализатору температуры 2А, 5A, сигналы которых подаются на модули ввода контроллера 1A . Последний через модуль вывода управляет электромагнитными клапанами 1C и 1D подачи пара для подогрева осадка, а также пусковыми устройствами 2B и 3B приводов механических мешалок.
7.3.2 Электрические схемы автоматизации метантенков
На рисунке 21 приведена одна из возможных электрических принципиальных схем автоматизации метантенков. На данной схеме изображено управление одним метантенком, но она может быть легко перестроена на управление любым количеством метантенков.
Рисунок 20.− Схема автоматизации двух метантенков
с помощью программируемого контроллера
В этой схеме предусмотрено два режима управления ― местное (или ручное) и автоматическое. Переключение осуществляется переключателем SA1. В режиме местного управления включение электромагнитного клапана для подогрева осадка производится с помощью кнопок SB1 , SB2 и реле K1 , а включение электрического двигателя механической мешалки − с помощью кнопок SB3 , SB4 и реле K2 .
Рисунок 21 −Электрическая принципиальная схема
автоматизации метантенка
В режиме автоматического управление включение релеK2 производится с помощью контакта SF1 командного электропневматического устройства M1 типа КЭП-12У. Кроме того, при подогреве осадка реле K2 дополнительно включается и с помощью реле K3 . Само же реле K3 включает дополнительно реле K1 для подогрева осадка. А его включает регулятор температуры A1 , схема которого приведена на рисунке 22.
Рисунок 22 −Электрическая принципиальная схема
регулятора температуры
На этой схеме резисторы R1, R2, R3 и терморезистор RK1 образуют мостовую измерительную схему, в измерительную цепь которого включены входы операционного усилителя DA1 , играющего роль компаратора. Подстроечным резистором R3 задаётся температура, при которой изменяется напряжения на выходе операционного усилителя с нижнего уровня на верхний, при котором происходит включение реле K1 и разрыв цепи на выходе регулятора и, соответственно, выключение электромагнитного клапана подогрева осадка.
7.4 Автоматизация приготовления раствора коагулянта
7.4.1 Функциональная схема автоматизации приготовления
коагулянта
Одна из возможных схем автоматизации приведена на рисунке 23. Эта схема предусматривает так называемое «мокрое» хранение коагулянта, когда он предварительно растворён до высокой концентрации и хранится в цистерне или в специальном резервуаре. Раствор нужной концентрации готовится и хранится в растворном резервуаре. При снижении уровня раствора ниже минимальной отметки, что отмечается сигнализатором уровня 1C , схема приготовления раствора 2A открывает задвижку подачи коагулянта. При поступлении сигнала от сигнализатора уровня 1C задвижка подачи коагулянта закрывается и открывается задвижка подачи воды. При достижении нужной концентрации раствора от сигнализатора 1D задвижка подачи воды закрывается и раствор коагулянта готов. Во время приготовления раствора непрерывно производится его перемешивание путём подачи сжатого воздуха с помощью электромагнитного клапана 4B в перфорированные трубы в растворном резервуаре.
т
Рисунок 23 − Функциональная схема автоматизации
приготовления раствора коагулянта
Раствор для устройств дозирования отбирается из расходного резервуара. По мере снижения его ниже заданной минимальной отметки с помощью сигнализатора уровня 3A и регулятора уровня 2B каждый раз в расходный резервуар добавляется заданный столб раствора с помощью перекачивающего насосного агрегата путём включения пусковой аппаратуры 3C привода. Кроме того, в промежутках между приготовлениями раствора для исключения расслаивания раствора в обеих резервуарах через заданные промежутки времени включаются устройства перемешивания с помощью командного прибора 4A типа вышеупомянутого КЭП-12У .
Вариант схемы автоматизации при использовании программируемого контроллера приведён на рисунке 24.
Рисунок 24 − Схема автоматизации приготовления раствора
коагулянта под управлением программируемого контроллера
На этой схеме как обычно контроллер 2A собирает всю информацию о состоянии технологического оборудования и сам управляет всеми исполнительными элементами. Кнопочная станция 2B позволяет производить ручное управление устройствами под контролем самого контроллера. Одновременно этот же контроллер может управлять и устройствами дозирования раствора (на схеме не показано).
7.4.2 Электрическая принципиальная схема управления проготовления раствора коагулянта (на рисунке 25)
Электрическая схема управления соответствует схеме автоматизации, приведенной на рисунке 23.
Для контроля уровня жидкости в обоих резервуарах используются стандартные электродные сигнализаторы уровня B1 и B3 типа ЭРСУ-2 . При снижении уровня в растворном резервуаре ниже минимальной отметки реле К3 переходит в нормальный режим, а нормально замкнутые контакты этого реле включают реле К4 , который остаётся в рабочем режиме до момента окончания приготовления раствора коагулянта. В частности, в это время контакт данного реле блокирует включение реле К10 для включения перекачивающего насосного агрегата. В свою очередь реле К4 включает реле К5 для открытия задвижки подачи коагулянта в растворный резервуар. При достижении требуемого уровня наполнения растворного резервуара раствором коагулянта включается реле К2, оно выключает реле К5 и задвижка подачи раствора коагулянта закрывается. Но так как концентрация раствора к этому моменту времени выше заданного значения, сигнализатор концентрации включает реле К6 , с помощью которого открывается задвижка подачи чистой воды. При снижении концентрации раствора до заданного значения реле К6 выключается, которое в свою очередь выключает реле К4 , а задвижка подачи воды закрывается. Раствор коагулянта готов.
В то время, когда раствора коагулянта в растворном резервуаре достаточно, при снижении уровня раствора в расходном резервуаре, реле К9 включает реле К10 для включения перекачивающего насосного агрегата. При перекачивании определённого столба раствора реле К8 выключает реле К10 и насосный агрегат выключается. Следует отметить, что минимально допустимый уровень раствора в расходном резервуаре должен быть таким, чтобы его хватило на время приготовления раствора в растворном резервуаре. Ведь во время приготовления очередной порции раствора расходный резервуар не пополняется.
В качестве схем управления задвижками и перекачивающим насосным агрегатом могут использоваться стандартные схемы, приведённые на рисунках 11 и 10 соответственно.
Если по каким-либо причинам происходит переполнение растворного резервуара, то реле К1 дополнительно выключает реле К5 и К6, чтобы обе задвижки закрылись. Одновременно подаётся сигнал аварийного переполнения с помощью сигнального устройства HL1 на диспетчерском пункте. Аналогичное происходит при переполнении расходного резервуара. Здесь уже реле К7 выключает реле К10 для вык-
Рисунок 25 −Электрическая схема автоматизации приготовления раствора коагулянта
лючения перекачивающего насосного агрегата, а на диспетчерском пункте об этом сигнализирует сигнальное устройство HL2 .
Для исключения расслаивания растворов в обоих резервуарах предусмотрено периодическое включение устройств перемешивания. Это осуществляется путём подачи сжатого воздуха в перфорированные трубы. В качестве управляющего устройства принят командный электропневматический прибор типа КЭП-12У. А во время приготовления раствора в растворном резервуаре производится непрерывное перемешивание раствора путём включения реле К11 с помощью реле К4.
Схема простейшего электродного концентратомера (сигнализатора концентрации) приведена на рисунке 26.
Рисунок 26 −Электрическая схема сигнализатора концентрации раствора
На этой схеме электродная ячейка BQ1 входит в состав мостовой измерительной схемы BQ1-R1-R2-R3. При повышении концентрации раствора электрическая проводимость раствора между электродами увеличивается, напряжение на инверсном входе операционного усилителя DA1 уменьшается, а на выходе этого усилителя увеличивается. При определённой концентрации срабатывает реле К1 , которое своими контактами сигнализирует о том, что величина концентрации выше заданной, величину которой можно корректировать построечным резистором R2.
7.5 Автоматизация фильтровальных станций
7.5.1 Функциональные схемы
На рисунке 27 приведена функциональная схема автоматического управления скоростью фильтрации в режиме фильтроцикла и промывки фильтра.
Рисунок 27 − Функциональная схема автоматизации фильтра
Управление скоростью фильтрации производится с помощью регулирующего клапана с электромоторным исполнительным механизмом 4А и регулятором 4F , который сравнивает действительный расход, получаемый с выхода датчика расхода 4Е , с требуемым расходом. Автоматическое управление дублируется ручным с помощью кнопочной станции 4В и переключателя режимов 4С .
Конечный выключатель 4D ограничивает рабочий диапазон регулирующего клапана и одновременно подает сигнал в общеагрегатную схему о том, что фильтр требует промывки.
Автоматическая промывка фильтра сводится к последовательному открыванию и закрыванию технологических задвижек с электромоторными приводами 1А , 2А , 3А , 5А и 6А программным временным командоаппаратом 7А по сигналу разрешения из общеагрегатной схемы управления. Сам командоаппарат выполнен на электромагнитных реле, образующих линейку реле, включенных по схеме последовательной блокировки. Он работает под контролирующим воздействием конечных выключателей 1D , 2D , 3D , 5D и 6D соответственно. С помощью переключателя 7В программный регулятор переводится в режим ручного управления, осуществляемого кнопочной станцией 7С . Автоматическое управление каждой задвижки дублируется ручным с помощью кнопочных станций 1В , 2В , 3В , 5В и 6В .
На рисунке 28 приведена функциональная схема автоматизации контактного осветлителя. Основное отличие от предыдущей схемы автоматизации заключается в том, что устройства регулирование скорости фильтрации установлены в линии исходной воды.
В обеих схемах в качестве исполнительных механизмов технологических задвижек могут использоваться стандартные схемы управления задвижками, приведённые на рисунке 11.
При использовании программируемых контроллеров вместо релейно-контактных схем функциональная схема автоматизации тоже выглядит значительно проще. Эта схема приведена на рисунке 29. Здесь управление обоими режимами работы фильтра производится программируемым контроллером 7А со своим местным пультом управления 7В и сигнализации HL1 . В режиме фильтрацикла контроллер с помощью измерителя расхода 4С производит непрерывное измерение расхода фильтрата, сравнивает его с заданным значением, поступающим из контроллера второго уровня, и по заданному закону регулирования производит управление исполнительным механизмом 4А регулирующей заслонки или задвижки. В режиме промывки контроллер по разрешению контроллера второго уровня по заданной временной программе производит с помощью электромоторных исполнительных механизмов 1А – 6А управление технологическими задвижками фильтра. Эти исполнительные механизмы включаются и выключаются с помощью бесконтактных оптотиристорных элементов, как на рисунке 14А, непосредственно сигналами блоков вывода дискретных
Рисунок 28 − Функциональная схема автоматизации контактного осветлителя
величин. Для получения и использования дополнительной информации при управлении промывки фильтров, а также для проведения технической диагностики задвижек производится непрерывное измерение потребляемого электрического тока измерителем тока 4D . При этом используется информация, поступающая с концевых выключателей 1D – 6D .
В качестве альтернатив могут рассматриваться схемы, где вместо регулирующей заслонки используется задвижка отвода фильтрата,
Рисунок 29 − Функциональная схема автоматизации фильтра
на основе программируемого контроллера
или водно-воздушный режим промывки, для которого применяют либо дополнительную задвижку, либо электромагнитный клапан.
7.4.2. Электрическая принципиальная схема релейного управления фильтров
Эта схема приведена на рисунке 30...Здесь не показана часть схемы, предназначенная для регулирования расхода фильтрата в режиме фильтрацикла. Сигнал с требованием необходимости промывки фильтра выдается в общеагрегатную схему управления с помощью реле К1 и конечного выключателя SF4.O регулирующей заслонки расхода фильтрата, когда эта заслонка полностью откроется. Сигнал разрешения промывки поступает в точку А из общеагрегатной схемы, изображенной на рисунке 31. Этот сигнал включает реле промывки К2 К3 , закрывающее задвижки отвода фильтрата и подачи исходной воды. Как только обе эти задвижки закроются, по сигналам концевых выключателей SF1.З и SF3.З включается реле К4 , открывающее задвижки подачи промывной воды и сброса ее в канализацию после протекания через загрузку фильтра. Фильтр остается в режиме промывки до тех пор, пока из общеагрегатной схемы не придет сигнал окончания промывки от контакта соответствующего реле. Этот сигнал включает реле окончания промывки К5 , которое одним контактом блокирует себя, а другим включает реле К6 , закрывающее задвижку подачи промывной воды. Как только эта задвижка закроется, реле К6 через контакт концевого выключателя SF.З включает реле К7 , закрывающее задвижку сброса промывной воды и открывающее задвижку сброса первого фильтрата. После завершения этих двух операций реле К7 через контакты концевых выключателей SF2.З и SF5.О включает реле К8 , открывающее задвижку подачи исходной воды. Одновременно включается реле времени контроля сброса первого фильтрата КТ1 , которое через заданное время включает реле К9 , закрывающее задвижку сброса первого фильтрата. В свою очередь после закрытия этой задвижки реле К9 включает реле К10 , завершающее режим промывки. Оно открывает задвижку отвода первого фильтрата и прикрывает регулирующую заслонку. После открытия задвижки отвода фильтрата с помощью концевого выключателя SF6.О выключается реле промывки К2 и схема переходит в режим фильтрацикла.
С помощью переключателя SA1 всеми вышеописанными процессами открытия и закрытия задвижек в режиме промывки можно управлять ручным способом кнопками SB1 – SB6.
Рисунок 30 − Релейная схема промывки фильтрами
7.4.3 Общеагрегатная схема управления фильтрами
Эта схема приведена на рисунке 31 и рассчитана на обслуживание 24 фильтров, хотя принципиально их количество может быть любым в зависимости от типа шагового распределителя (многопозиционного реле) К5 .Как только один из фильтров потребует промывки, т.е. сработает реле К1 (см. рисунок 30) этого фильтра, цепь реле К3 замыкается, оно срабатывает и включает цепь шагового распределителя К5 , последний в режиме самохода перемещает свои подвижные контакты до тех пор, пока они не займут положение номера фильтра, требующего промывки, которое контактом своего реле К1 размыкает цепь этого распределителя. Катушки шагового распределителя К5 , его реле повторителя К4 , а также реле К3 питаются от источника выпрямленного напряжения, выпрямительного моста VD1 – VD4 .
Реле К3 и К4 включает реле времени КТ2 , контакт которого через контакт шагового распределителя выдает сигнал разрешения поставить соответствующий фильтр в режим промывки. Он как раз и вызывает срабатывание реле промывки К2 схемы управления фильтра на рисунке 30. Время задержки срабатывания реле КТ2 выбирается из условия исключения ложного включения вышеуказанного реле промывки других фильтров во время работы шагового распределителя в режиме самохода.
Как только закроется задвижка отвода фильтрата фильтра, включенного в режим промывки, контакт концевого выключателя SF6.З этой задвижки соответствующего фильтра включает реле, которое в свою очередь включает насосный агрегат промывной воды и реле времени КТ1 . Это реле времени определяет время промывки фильтра. Через заданное время его контакт включает реле К2 окончания промывки, которое одновременно подает сигнал схемам всех фильтров. При необходимости с помощью выключателя SA11 можно задержать время включения реле К2 , тем самым по желанию оператора увеличивая время промывки. Вывод фильтра из режима промывки в этом случае осуществляется вручную с помощью того же выключателя SA1 .
На рисунке 31 приведена одна из возможных схем, которая позволяет ставить на промывку в любой момент времени только один фильтр из 24 ― и то в режиме очередности по номеру фильтра. Если количество фильтров будет меньше 24, то соответствующие контакты шагового распределителя с номерами отсутствующих фильтров должны быть замкнуты как контакты 0 и 25 на схеме. При этом могут использоваться шаговые распределители и с меньшим числом контактов.
Б и б л и о г р а ф и ч е с к и й с п и с о к
1. Ганенко, А.П. Оформление текстовых и графических материалов при подготовке дипломных проектов, курсовых и письменных экзаменационных работ / А.П. Ганенко, Ю.В. Милованов, М.И. Лапсарь. ― М.: Изд. Центр «Академия», 1999.
2. ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. ― М.: Изд. Стандартов, 1976.
3. Единая Система Конструкторской Документации. Обозначения условные графические в схемах. ― М.: Изд. Стандартов, 1976.
4. ГОСТ «Единая система конструкторской документации» (ЕСКД). Общие правила выполнения чертежей. ― М.: Изд. Стандартов, 1983.
5. ГОСТ 21.103-78. Основные надписи. ― М.: Изд. Стандартов, 1978.
6. Попкович, Г.С. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения / Г.С. Попкович, М.А. Гордеев. ― М.: Высшая школа, 1986.
7. Волчкевич, Л.И. Автоматизация производственных процессов / Л.И. Волчкевич. ― М.: Машиностроение, 2005.
О Г Л А В Л Е Н И Е
1 Общая часть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Основнык требования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3 Функциональные схемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4 Электрические принципиальные схемы. . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5 Перечень элементов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6 Устройство и принцип работы программируемых
контроллеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
7 Примеры схем автоматизации сооружений водоснабжения
и водоотведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.1 Схемы автоматизации канализационных
насосных станций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7.2 Автоматизация первичных отстойников. . . . . . . . . . . . . . . 47
7.3 Автоматизация метантенков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
7.4 Автоматизация приготовления раствора коагулянта. . . . . . 57
7.5 Автоматизация фильтровальных станций. . . . . . . . . . . . . . . 62
Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Автоматизация водоснабжения необходима для постоянного поддержания заданной температуры теплоносителя и воды без прямого участия человека.
Преимущества использования системы автоматизации
- Автоматизация водоснабжения позволяет поддерживать температуру горячей воды на заданном уровне.
- Система автоматизации помогает поддерживать нужную температуру горячего водоснабжения (ГВС) и изменять ее в соответствии с заданным расписанием: дневной/ночной режим, рабочие/выходные дни и по индивидуальному расписанию, заданному пользователем.
- Сокращается износ насосов за счет оптимизации алгоритма работы системы.
- Настраиваются сигналы аварийного извещения в соответствии с показаниями датчиков температуры и давления в сетях, холостого хода, электрозащиты и т.д.
Автоматизация водоснабжения и отопления на 30% снижает расход энергоресурсов благодаря оптимизации работы систем по индивидуально разработанному алгоритму.
Контроллеры для автоматизации водоснабжения
Автоматизация водоснабжения нашей компанией производится на контроллерах «Контар» собственного производства. Это свободно программируемые контроллеры, которые объединяются в единую сеть по интерфейсу RS485, что делает их удобными для создания обширной территориально распределенной сети. Для программирования контроллеров используется среда проектирования «Конграф», в которой создается алгоритм на языке FBD, который легко освоить любому инженеру, не являющемуся программистом. Программы для визуализации процессов в системе отопления и ГВС позволяют наблюдать за параметрами в реальном времени, локально или через Интернет.Контроллеры «Контар» подходят для автоматизации проектов любой сложности и масштаба от небольших сооружений до комплексов многоэтажных зданий. Для расширения системы не требуется останавливать уже работающие контроллеры. Система водоснабжения также интегрируется с другими системами зданий: системы обеспечения безопасности, учета расхода энергоресурсов и т.д.В линейке программируемых контроллеров «Контар» для автоматизации водоснабжения (начиная с тепловых пунктов) рекомендуются следующие приборы:- Программируемые контроллеры - MС8, MС12,
- Модуль расширения (модуль ввода-вывода) - MА8.
Алгоритмы и характеристики контроллеров для автоматизации водоснабжения
Для тепловых пунктов МЗТА предлагает библиотеку алгоритмов. Если в ней отсутствуют подходящие алгоритмы, то их можно разработать самостоятельно. Разработка алгоритмов осуществляется в специальной среде КОНГРАФ, а затем с помощью программного инструмента КОНСОЛЬ загружаются в программируемый контроллер. ТИПОВЫЕ ПРОЕКТЫ автоматизации тепловых пунктов Типовой контур управления тепловым пунктом на базе программируемого контроллера обычно включает в себя следующие функциональные элементы управления:- датчики: температуры, давления, несанкционированного доступа (опционально);
- органы управления для подачи команд в ручном режиме;
- средства визуализации режимов работы объекта;
- исполнительные устройства:
- маломощные (приводы клапанов);
- мощные (насосы).
- функциональных элементов управления, применяемых в техническом решении;
- особенностей объекта отопления:
- отапливаемой площади,
- этажности,
- пространственной конфигурации расположения трубопроводов и радиаторов в системе отопления объекта;
- наличия специальных зон с особыми тепловыми режимами.
Таблица 1 Выходы программируемых контроллеров для управления исполнительными устройствами
| Программируемый контроллер | Тип выхода | Кол-во | Гальваническая развязка с цепями контроллера | Предельные нагрузочные характеристики |
|---|---|---|---|---|
| MC8 | Дискретный, «Электронный ключ» (открытый коллектор – МС8-301) | 8 | Нет | 48В, 0,15 А (пост. ток) |
| Дискретный, «Электронный ключ» (оптронный симистор - МС8-302) | 8 | Есть | 48В, 0,8 А (перем. ток) | |
Аналоговый:
| 2 | Нет | 0 А – 0,02 А 0 В – 10 В |
|
| 1 | Есть | |||
| MC12 | «Сухой контакт» (реле) | 8 | Есть | До 250 А перем. токаДо 3 А перем. тока |
Аналоговый:
| 4 | Нет | 0 А – 0,02 А 0 В – 10 В |
|
| Порт RS485 (протокол Modbus RTU) | 1 | Есть | ||
| MA8 | «Электронный ключ» (оптронный симистор) | 2 | Есть | 36В, 0,1 А (перем. ток) |
Аналоговый:
| 2 | Нет | 0 А – 0,02 А 0 В – 10 В |
Все выходы программируемых контроллеров оснащены встроенными искрогасящими цепочками. Это снижает риски выхода из строя выходных цепей контроллеров, а также уменьшает наведенные помехи в контроллере, если в подключенной цепи с реактивной нагрузкой искрогасящие цепочки отсутствуют, например, в цепи обмотки реле. Дополнительные компоненты искрогасящих цепей, предназначенных для установки на подключаемой нагрузке, входят в комплект укладки поставляемых программируемых контроллеров «Контар». В зависимости от особенностей конкретного решения, управляющие сигналы на исполнительные устройства могут подаваться через:
- аналоговый выход 0 В – 10 В;
- дискретный выход:
- подключаемый напрямую к исполнительному устройству;
- подключаемый к силовому ключу, который в свою очередь управляет силовым устройством;
- порт RS485, подключенный к исполнительному устройству по протоколу Modbus RTU.
- заданное в планировщике реального времени (встроен в программируемый контроллер),
- сигналы ручного управления (встроенные или подключаемые тумблеры, кнопки),
- сигналы датчика логические (датчик присутствия, температуры),
- сигналы датчика аналоговые (температуры, давления),
- команда от диспетчерского пункта,
- команда от Master-контроллера.
Таблица 2. Порты и входы программируемых контроллеров для решения задач управления тепловым пунктом
| Порты / Входы | Программируемый контроллер | ||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MC8 | МС12 | MА8 | |||||||||||||||||
| Порт RS232 (для связи с верхним уровнем) / количество портов | +/1 | + | - | ||||||||||||||||
| USB (для связи с верхним уровнем) / количество портов | +/1 | +/1 | - | ||||||||||||||||
| Порт RS485 / количество портов / наличие гальванической развязки с цепями контроллера | +/2 /есть | +/2 /есть | +/1 /есть | ||||||||||||||||
| Предельное максимальное значение измеряемого параметра на универсальном аналоговом входе для: | |||||||||||||||||||
| до 50 мА
| до 50 мА
| -
| до 10В
| до 10В
| до 2,5 В
| 50 Ом ÷ 10 кОм; /8
| 50 Ом ÷ 10 кОм; /8
| 50 Ом ÷ 10 кОм; /8
| Дискретный вход (оптоэлектронная пара)/ количество входов /наличие гальванической развязки с цепями контроллера
| +/4 /есть
| +/4 /есть
| +/4 /есть
|
*Ручной переключатель (Кнопка)
| +/4
| +/4
| -
|
|
||
* При комплектации контроллера встроенной (MD8.102) или подключении выносной (MD8.3 панели управления.Дискретные входы программируемых контроллеров и модулей расширения рассчитаны на подключение к ним датчиков с дискретными выходами в виде ключа (реле, открытый коллектор, оптронный симистор и т.п.). Такое решение позволяет упростить согласование входов программаторов с большинством типов датчиков, которые передают информацию об измеряемом параметре в дискретной форме. Дискретные входы гальванически отделены от цепей контроллеров/модулей расширения. Измерительная функция, заложенная в программируемые контроллеры MC8/MC12 и модули расширения MA8, позволяет измерять аналоговый сигнал в зависимости от типа датчика/сигнала:
Для корректного подключения датчика к аналоговому входу программируемого контроллера или модуля расширения на каждом входе предусмотрен конфигуратор в виде контактной группы, на которую устанавливаются перемычки. Располагается конфигуратор под крышкой корпуса прибора. Места и количество устанавливаемых перемычек определяются типом датчика и его электрическими характеристиками. Перемычки входят в комплект поставки.
Организация системы автоматизации водоснабжения
В зависимости от масштаба задачи автоматизации управления тепловым пунктом может быть реализовано:- Локальное управление тепловым пунктом в конфигурациях:
- Автономный контроллер (на базе MC8 или МС12).
- Сеть контроллеров: Master (MC8 или МС12) - Slave (МС12; MC8, MА8).
- Локальная или удаленная диспетчеризация управление освещением в конфигурациях:
- Одиночный контроллер (MC8 или МС12)
- Сеть контроллеров: Master (MC8 или МС12) - Slave (МС12; MC8, MА8)
- MD8.102 – встроенная, устанавливается на корпус программируемого контроллера MC8/MC12.
- MD8.3 – выносная, обычно устанавливается на дверцу шкафа автоматики
Наиболее удобная организация локального управления системами отопления и ГВС может быть реализована на базе внешнего пульта оператора. Для установки рекомендуются внешние пульты WEINTEK.
Если корректировки в алгоритмы вносятся редко, а обслуживающие специалисты малочисленны, то от применения внешних панелей управления вполне можно отказаться. Их роль может выполнить носимый ноутбук, планшет или смартфон, подключенный к контроллеру непосредственно на месте расположения теплового пункта через точку доступа или по проводному интерфейсу (USB, Ethernet, RS232). Для обеспечения такой возможности имеются специальные субмодули.Диспетчеризация, или удаленный доступ к объекту, может быть организована как на базе проводных решений (Ehternet, Internet), так и на базе беспроводных технологий радиосвязи, например, через GSM-модем.Программируемые контроллеры MC8/MC12 в соответствии с заданным списком критических параметров и событий передают соответствующие данные в систему диспетчеризации и/или хранят их в своей внутренней памяти.Системы водоснабжения и канализации относятся к числу основных инженерных сетей.
На обеспечение функционирования этих систем приходится значительная доля общих затрат на эксплуатацию зданий. В связи с этим сегодня широкое применение получает автоматизация систем водоснабжения и водоотведения, с помощью которой значительно повышается эффективность их работы, снижаются затраты и аварийность, обеспечивается бесперебойное функционирование коммуникаций.
Профессиональные услуги по автоматизации систем водоотведения и водоснабжения предлагает компания «Акрукс-Про». Мы имеем многолетний опыт работы в данной сфере и беремся за заказы даже самого высокого уровня сложности, обеспечивая оптимальный результат. Подтверждением этому может служить большое количество успешно реализованных проектов автоматизации для крупных объектов жилого, производственного, коммерческого, общественного назначения в Санкт-Петербурге, Ярославле и других городах.
Объекты автоматизации
Автоматизация инженерных сетей водоснабжения и водоотведения зданий и сооружений предусматривает автоматическое управление основными функциональными элементами систем. К числу таких элементов относятся:
- насосные станции, в том числе повысительные станции;
- трубопроводная запорная и регулирующая арматура;
- водоприемные сооружения;
- фильтровальные станции;
- очистные сооружения;
- насосные канализационные станции.
Обеспечив эффективное автоматическое управление этими узлами, удается поддерживать параметры всей системы на заданных значениях и полностью контролировать ее работу.
Основные компоненты системы автоматизации
В состав системы автоматизации водоснабжения и водоотведения входят следующие основные компоненты:
- датчики - устройства, обеспечивающие измерение и контроль рабочих параметров;
- измерительные преобразователи - устройства, которые преобразуют измеряемую величину в измерительный сигнал, удобный для последующей обработки данных;
- модули ввода данных - устройства, преобразующие сигналы от датчиков в цифровую форму с последующей передачей данных на контроллер;
- модули вывода данных - устройства, передающие данные от контроллера к исполнительным устройствам;
- контроллер - программируемое устройство управления. Осуществляет обработку поступающих данных, на основании чего формируются управляющие импульсы, которые направляются на исполнительные устройства;
- исполнительные устройства - устройства, которые оказывают непосредственное воздействие на процесс работы системы водоснабжения или водоотведения в соответствии с командами контроллера. К числу исполнительных устройств относятся электродвигатели, гидравлические и пневматические приводы, релейные установки и другое оборудование.
Цели автоматизации
Автоматизация систем водоотведения и водоснабжения позволяет значительно повысить эффективность их эксплуатации, обеспечивает надежную, бесперебойную и безопасную работу коммуникаций.
Установка системы автоматизации позволяет получить следующие ключевые преимущества:
- оптимизация технологического процесса получения и транспортировки воды. Это позволяет значительно сократить износ насосов и другого оборудования;
- повышение качества воды, подаваемой потребителям. Контроль температуры горячей воды в сетях ГВС, в том числе в зависимости от внешних условий и в соответствии с заданными графиками;
- обеспечение оперативного контроля за работой инженерных систем. Автоматика оперативно извещает о внештатных ситуациях, блокирует аварийные участки, что позволяет избежать серьезного ущерба и позволяет своевременно начать восстановительные работы;
- обеспечение оптимизированного расходования ресурсов.
Благодаря автоматизации систем водоснабжения и отведения удается значительно сократить расходы на их эксплуатацию и обслуживание. Общий объем экономии может превышать 30%.
