CC BY
50
DEVELOPMENT HUMAN-MACHINE INTERFACE FOR HEAT PUMPS CO2 -EXTRACTION UNIT
Abstracts. This article discusses the development of the human-machine interface to control the operation of the heat pump. This human-machine interface is part of the information and communications control system for CO2-extraction unit.
Keywords: heat pump, CO2-extraction unit, evaporator-separator, condenser, throttle valve, human-machine interface.
УДК 681.533.3
ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСАМИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАКЕТА ПРОГРАММ Expert ClearSCADA И
КОНТРОЛЛЕРОВ SCADAPack Эргашев Бахтиёр Тилавович, старший преподаватель (e-mail: ergashevbt@mail.ru) Ахмедов Фаррух Фахриддинович, магистр (e-mail: figo.2829@mail.ru) Бухарский инженерно-технологический институт,г.Бухара, Узбекистан
В данной работе рассмотрены вопросы автоматизации диспетчерского управления комплексами водоснабжения и водоотведения систем жилищно-коммунального хозяйства с использованием пакета программ Expert clearSCADA и контроллеров SCADAPack.
Ключевые слова: водоснабжение, диспетчерское управление, микроконтроллер, безпроводные датчики, пакет программ,иерархическая структура, насосные агрегаты.
Водоснабжение и водоотведение-одни из ключевых систем жилищно-коммунального хозяйства в условиях соременного мира и цивилизаци. В настоящее время, процессы автоматизации и диспетчеризации инженерных сетей и сооружений не только обеспечивают контроль над работой систем водоснабжения, но также являются основой для формарования единой информационно-управляющей системы, которая позволяет значительно снизить энергопотребление систем водоснабжения, а также повысить надежность их работы.
Автоматизация - применение специальных технических средств, приспособлений, устройств и систем, осуществляющих контроль и управление технологическими процессами на различных объектах систем водоснабжения.
Средствами автоматики решаются следующие задачи, возникающие в процессе эксплуатации объектов систем водоснабжения:
- обеспечивается поддержание на заданном уровне различных технологических параметров: количественных (давление, расход, уровень, тем-
пература и др.) и качественных (рН, концентрация остаточного хлора, щелочность, мутность, цветность и др.);
- включаются и отключаются насосные агрегаты при достижении заданных технологических параметров (уровней воды в резервуарах, давления и расхода в трубопроводе и др.);
- соблюдается заданная последовательность операций (включение и отключение пускателей и выключателей, открытие и закрытие задвижек и затворов, подача охлаждающей воды на подшипники и т. д.) при пуске и останове насосных агрегатов, промывке фильтров или вращающихся сеток и прочих устройств и механизмов;
- отключаются поврежденные агрегаты и включаются резервные в случае возникновения аварийной ситуации или неисправности оборудования;
- изменяется количество работающих насосов и регулируется их подача при изменении водопотребления или уровня воды в резервуарах;
- поддерживаются необходимое давление в системе трубопроводов и уровень воды в резервуарах;
- включаются или отключаются вспомогательные устройства, механизмы и системы (насосы технической воды, дренажные насосы, системы отопления и вентиляции, освещения и др.);
- осуществляется дозирование реагентов (коагулянта, хлора и т. д.).
В настоящее время в системах автоматизации и диспетчеризации широкое применение находит микропроцессорная и компьютерная техника, что позволяет значительно сократить количество аппаратуры диспетчеризации (передающих, преобразующих и сигнальных устройств, в том числе громоздких мнемосхем, табло и т. д.), что сокращает площади диспетчерских пунктов. Применение микропроцессоров и компьютеров обеспечивает высокую гибкость систем управления при изменении режимов работы отдельных объектов и вводе в эксплуатацию новых объектов путем перепрограммирования структуры систем управления, повышает надежность систем управления и оперативность управления, обеспечивает более четкую визуализацию схем объектов и параметров технологических процессов.
При создании систем автоматизации и диспетчеризации соблюдается ступенчатая иерархия:
- системы автоматизации, имеющие местное значение и схемы автоматизации отдельных механизмов и устройств (дренажные насосы, вращающиеся сетки, вентиляция, отопления и т. п.), строятся как локальные, независимые друг от друга и от систем, имеющих более общее значение. В отдельных случаях из локальных систем подаются информационные сигналы в системы автоматизации более высокого уровня;
- системы автоматизации основных насосных агрегатов, очистных сооружений и других объектов, влияющих на процесс водоснабжения в целом, строятся как локальные системы, функционирующие самостоятельно,
но в то же время они входят в автоматизированную систему технологического процесса (АСУ ТП) предприятия, например водопроводной станции.
АСУ ТП представляет высший этап автоматизации, обеспечивающий оптимальный режим работы предприятия. Локальные системы автоматизации, входящие в состав АСУ ТП, выдают необходимые информационные сигналы в АСУ ТП и получают соответствующие команды из АСУ ТП.
В настоящее время сложно себе представить современное территориально распределенное предприятие с технологическим циклом, без надежной автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ), программное обеспечение и техническое оборудование которой способно работать в жестких условиях эксплуатации-в неотапливаемых помещениях, при высоком уровне влажности, выдерживая перебои с электропитанием и связью.
Рассмотрим вопросы внедрения автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) для комплексов водоснабжения на основе продукции производства «Schneider Electric» - контроллеров телемеханики SCADAPack, беспроводных датчиков Accutech и программного пакета Expert ClearSCADA.
Данная система АСДУ имеет широкие возможности и ее можно применять для контроля и управления насосными агрегатами технологического водоснабжения и водоотведения, городскими системами холодного и горячего водоснабжения, насосными станциями первого, второго подъема, станциями повышения давления, а также канализационными насосными станциями перекачки сточных вод и очистными сооружениями.
Внедрение автоматизированной системы диспетчерского управления системами водоснабжения и водоотведения на предприятиях Водоканала позволит решить ряд важных задач:
- создать диспетчерское управление технологическим процессом водоснабжения и водоотведения;
- обеспечить централизованный контроль параметров, осуществляющийся с помощью современных микропроцессорных программируемых контроллеров;
- прогнозировать и предотвращать аварийные ситуации, связанные с эксплуатацией технологического оборудования;
- контролировать технологические процессы на каждой насосной станции (НС);
- оптимизировать и повысить эффективность работы оборудования НС;
- свести к минимуму воздействие человеческого фактора на технологический процесс;
- осуществлять автоматическую передачу согласованной информации на диспетчерский пункт водоканала;
- быстро реагировать на несанкционированное проникновение в отдельно стоящие станции повышения давления;
- обеспечить архивирование и отображение на экранах рабочих станций операторов значений и трендов технологических параметров;
- формировать и распечатывать различные протоколы и отчеты;
- экономить ресурсы, вести коммерческий учет перекачиваемой воды, энергоносителей и электроэнергии;
- продлить срок службы агрегатов;
- сократить трудозатраты персонала за счет автоматизации функций контроля и управления;
- повысить безопасность технологического процесса для персонала и окружающей среды.
В системе можно условно выделить три уровня аппаратных средств:
- нижний - датчики и исполнительные механизмы;
- средний - шкаф автоматики, в котором размещены контроллер семейства SCADAPack, модули аналоговых и дискретных входов и выходов, сопутствующее оборудование (клеммные колодки, блок питания, сетевое оборудование, аккумуляторная батарея и т. п.);
- верхний - компьютер, совмещающий функции сервера SCADA Expert ClearSCADA и АРМ дежурного оператора, компьютеры-клиенты SCADA-системы (АРМ операторов).
В качестве датчиков давления, уровня, температуры могут быть использованы беспроводные датчики с автономным питанием Accutech. Базовые станции Accutech поддерживают стандартный протокол Modbus, что обеспечивает им совместимость с широким спектром промышленного оборудования и хост-систем. Все полевые устройства Accutech автоматически передают данные в централизованную базовую радиостанцию Accutech на расстояние до 1000 м. Каждое полевое устройство автономно, со встроенным приемопередатчиком 2,4 ГГц и долговечным аккумулятором (служит от 3 до 10 лет в зависимости от скорости передачи данных и варианта аккумулятора). Сети устройств Accutech масштабируемые, позволяют подключать до 100 полевых устройств к базовой радиостанции и до 256 базовых радиостанций к сети. Полевые устройства размещаются в компактном защищенном корпусе (создан по стандарту NEMA 4); дополнительно можно заказать удаленный сенсор, выносную антенну; рабочая температура от -40 до +110 °C (на некоторых моделях). Полевые устройства имеют 5-летнюю гарантию (комплектующие и работа).
В общем случае уровни 1 и 2 связаны аналоговыми и дискретными сигналами общепромышленных диапазонов (при использовании датчиков Accutech сигналы передаются по радиоканалу). Обмен данными между сервером SCADA-системы и контроллером происходит по последовательным каналам связи, по сети Ethernet (рис. 2) с помощью протоколов
Modbus TCP/RTU, Modbus ASCII, DNP3, DF1, HART или по беспроводным каналам (радио, Wi-Fi, GSM/GPRS) (рис. 3).
Один контроллер SCADAPack, имеющий возможность расширения, при подключении дополнительных модулей ввода/вывода (до 40) может обработать до 1088 различных сигналов. Надежность передачи данных обеспечивается поддержкой протокола DNP3, благодаря которому потеря транслируемых данных исключена. При обрыве линии связи контроллер аккумулирует непереданные сообщения, а при восстановлении связи передает их с меткой времени.
Контроллеры SCADAPack, а также поставляемые к ним коммуникационные модули, модули ввода/вывода, модули источника питания рассчитаны на стабильную работу в диапазоне температур от -40 до +70 °C и при относительной влажности до 95 % (без конденсации). Для приложений, требующих малого электропотребления, предусмотрено отключение тестовых светодиодов и переход контроллеров в «спящий» режим. При этом остаются активными только входы счетчиков, вход прерывания и часы реального времени. Например, контроллер SCADAPack 300-й серии при минимальной нагрузке потребляет 0,275 Вт, а в «спящем» режиме-0,12 Вт.
Диагностику, программирование и отладку контроллеров можно проводить в режиме удаленного доступа по проводным и беспроводным каналам связи, без непосредственного присутствия квалифицированных специалистов, что сокращает издержки при эксплуатации систем телемеханики. Кроме того, благодаря этому контроллеры можно размещать на необслуживаемых объектах.
Следует отметить, что до недавнего времени системы телемеханики SCADAPack широко использовались для автоматизации объектов водо-подготовки за рубежом, а в Узбеистане применялись главным образом в нефтегазовой отрасли, однако в настоящий момент появился устойчивый интерес к этим системам и в ЖКХ. Крупнейшим объектом водоподготов-ки, на котором сегодня используется вышеописанное оборудование, является Бухарский водоканал
Expert ClearSCADA применяется для мониторинга параметров технологического процесса, оповещения оператора о выходе параметров за установленные границы, косвенного управления оборудованием путем изменения хранящихся в контроллере уставок, отображения графиков значений технологических параметров, формирования отчетов, хранения в базе данных значений технологических параметров и записей о событиях и авариях.
Применение SCADA-системы позволило значительно сократить затраты труда при расширении проекта. Наличие канала связи между рабочим местом разработчика и сервером Expert ClearSCADA позволяет еще больше повысить эффективность-фактически в систему можно вносить неограниченно широкие изменения, не прерывая ее функционирования.
Список литературы
1. Журба М.Г. Водоснабжение. Проектироване систем и сооружений-М.: Изд. Ассоциации строительных вузов, 2004, Т.3.
2. Рульнов А.А., Евсафьев К.Ю. Автоматизация систем водоснабжения и водоотве-дения. -М.: ИНФРА, 2008.
3. Рычагов В.В., Чабаевский В.Ф. Проектирование насосных станций и испытание насосных установок. -М.: Колос, 1992.
Ergashev B.T., senior lecturer,
Bukhara engineering technological institute, Bukhara, Uzbekistan
(e-mail: ergashevbt@mail.ru)
Akhmedov F.F., master student,
Bukhara engineering technological institute, Bukhara, Uzbekistan
(e-mail: figo.2829@mail.ru)
THE AUTOMATION OF DISPATCHING MANAGEMENT COMPLEXES WATER USING SOFTWARE PACKAGE EXPERT CLEARSCADA АND A CONTROLLER SCADA-PACK
Abstract. This paper discusses the automation of dispatching control complex water and wastewater public utility systems using Expert clearSCADA software package and SCADA-Pack controllers.
Keywords: water supply, dispatch management, microcontroller, Wireless sensors, software package, hierarchical structure, pumping units.
