CC BY
172
АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И МОНИТОРИНГА РАБОТЫ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ НАСОСНОЙ
СТАНЦИИ
Галеев Ахметсалим Сабирович
д-р техн. наук, профессор филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ, г. Октябрьский
Сулейманов Раис Насибови ч канд. техн. наук, доцент филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ, г. Октябрьский
Арсланов Исмагил ГанеевичА д-р техн. наук, профессор филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ, г. Октябрьский
E-mail: A rslan ov5 9 @m a il. ru
AUTOMATED MONITORING AND CONTROL SYSTEM OF SEWERAGE PUMPING STATION PUMPING UNITS' WORK
Ahmetsalim Galeev
doctor of engineering science, professor of a branch of SEIHPE Ufa State Petroleum
Technological University, Oktyabrski
Rais Suleimanov
candidate of engineering sciences, associate professor of a branch of SEI HPE Ufa
State Petroleum Technological University, Oktyabrski
Ismagil Arslanov
doctor of engineering science, professor of a branch of SEI HPE Ufa State Petroleum
Technological University, Oktyabrski
АННОТАЦИЯ
Рассматриваются вопросы модернизации системы автоматизации и управления насосными агрегатами канализационных насосных станций (КНС). В качестве перспективного варианта решения проблемы мониторинга работы КНС предлагается разработанная авторами автоматизированная система контроля и регистрации технологических параметров «АСКиР». Система «АСКиР» предназначена для обеспечения " on-line " сбора, регистрации, хранения и передачи на диспетчерский пункт технической и технологической информации, а также своевременной сигнализации при внештатных отклонениях в режиме работы технологического оборудования.
ABSTRACT
In the article there are considered questions of modernization of automation and management of pumping units of sewerage pumping stations (SPS). As a promising option of the problem of SPS work monitoring there is proposed the automated
processing and control system of technological parameters "ASKIR" worked out by the authors. The system "ASKIR" serves to "on-line" collection, logging, storage and transfer of technical and technological information to a control station as well as to an early warning while emergencies in work of processing equipment.
Ключевые слова: автоматизация, насосные станции, контроль, мониторинг, управление
Keywords: automation; pumping stations; control; monitoring; management.
Развитие и внедрение вычислительной техники, программного обеспечения, средств измерений приводит к существенному увеличению информационных потоков. Это в полной мере относится к объему передаваемых технологических данных. Опыт показывает: если современное предприятие хочет постоянно развиваться и совершенствоваться, ему просто необходимо оперативно принимать правильные управленческие решения, направленные на оптимизацию технологических процессов и режимов работы оборудования. Одним из основных путей решения этих задач является автоматизация технологических процессов.
Автоматизация процессов имеет особое значение в системе водоотведения и канализации, т. к. это связано не только с процессами эффективного управления, но и, что не менее важно, с экологическими вопросами. Несмотря на высокий уровень требований к водоканалам по непрерывности подачи воды в наши квартиры и отведения стоков, уровень автоматизации на этих предприятиях не всегда соответствует современным требованиям. Однако, автоматизация на водоканалах необходима для более эффективного управления технологическим процессом добычи и транспортировки воды, т. к. это позволяет снизить затраты энергии и более эффективно распорядиться имеющимися ресурсами. Особенно это касается работы насосных станций. Внедрение систем автоматического управления технологическим процессом водоотведения и, в частности, управления насосными станциями является
одним из важнейших направлений технического прогресса в области создания энергосберегающих и экологически безопасных технологий.
Канализационные насосные станции (КНС) систем водоотведения представляют собой комплекс сооружений и оборудования, обеспечивающий водоотведение стоков в соответствии с нуждами потребителя. Состав сооружений, их конструктивные особенности, тип и число основного и вспомогательного оборудования определяются исходя из принципов комплексного использования водных ресурсов и охраны природы с учетом назначения насосной станции и предъявляемых к ней технологических требований [3] . На насосных станциях автоматизируются: пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды). Основным параметром автоматизированного управления работой станции является допустимый уровень в приемном резервуаре.
Основным режимом работы автоматики КНС является автономный режим, в котором управление перекачкой бытовых стоков осуществляется без вмешательства технического и диспетчерского персонала. Для реализации этого режима в автоматике предусмотрены входы для подключения датчиков уровня стоков в сборном приямке. Обычно в комплекте поставки для одной КНС присутствует три таких датчика. Уровни, о которых сигнализируют датчики можно обозначить следующим образом:
1. «первый рабочий» — соответствует 20—35 % заполнения.
2. «второй рабочий» — соответствует 45—50 % заполнения.
3. «перелив» — аварийный уровень, при котором заполнение сборного приямка достигает 70 % и более.
Как правило, в машинном зале канализационной насосной станции имеется три насоса перекачки стоков (один из них находится в режиме «ремонт» или «техническое обслуживание») и один дренажный насос.
Автоматика управляет насосами КНС по следующему алгоритму:
1. Если уровень стоков выше уровня «первый рабочий» — автоматика
включает один из насосов КНС.
2. При достижении «второго рабочего» уровня — включается ещё один насос. В итоге перекачку стоков осуществляют уже два насоса.
3. Автоматическое включение второго насоса предусмотрено и при аварийном состоянии первого насоса.
4. Если уровень стоков в сборном приямке выше уровня «перелив» — в диспетчерский пункт и на телефоны обслуживающего персонала должен отправляться сигнал аварии. Тем временем оба насоса продолжают работать.
5. Дренажный насос включается при затоплении машинного зала. При этом в диспетчерский пункт так же должен поступать аварийный сигнал [2].
Несмотря на такой высокий уровень требований к системе управления канализационных насосных станций, уровень автоматизации на большинстве КНС недостаточен и зачастую ограничивается простым регулированием уровня без сигнализации об предаварийных и аварийных ситуациях на диспетчерские пункты. Такая ситуация приводит к необходимости содержать дополнительный обслуживающий персонал, который должен периодически выезжать на КНС для визуального анализа ситуации. Управление работой КНС в «ручном» режиме ведет к дополнительным финансовым и трудовым затратам и существенно снижает оперативность реагирования на аварийные ситуации. При этом нельзя забывать и о экологической составляющей проблемы, т. к. канализационные насосные станции являются объектами повышенной экологической опасности.
Эффективное управление работой КНС на основе применения современных средств связи и автоматики может позволить своевременно выявлять предаварийные ситуации и соответственно снизить затраты на обслуживание оборудования и более эффективно распорядиться имеющимися трудовыми и финансовыми ресурсами. Предложения по комплексной автоматизации КНС, поступающие от многочисленных фирм и институтов, очень затратны, т. к. в них заложена дорогостоящая полная замена существующей системы автоматизации.
Более приемлемым с экономической точки зрения является модернизация существующей схемы автоматизации, которая в принципе справляется с управлением КНС. Такую возможность представляет разработанный коллективом авторов комплекс АСКиР [1].
Автоматизированная система контроля и регистрации технологических параметров «АСКиР» предназначена для обеспечения "on-line " сбора, регистрации, хранения и передачи на диспетчерский пункт технической и технологической информации, а также своевременной сигнализации при внештатных отклонениях в режиме работы технологического оборудования (рис. 1). Ядром системы является центральный микропроцессор, устанавливаемый в основном блоке системы в станции управления. Модуль контроллера обеспечивает последовательный опрос и передачу данных следующих модулей: опроса и сбора данных, индикации, связи с компьютером.
Блок опроса данных обеспечивает последовательный опрос и сбор данных до восьми отдельных входов. Опрос и передача данных идут в цифровом виде, за счет чего каждый вход/выход может передавать до десяти независимых параметров.
Блок связи с персональным компьютером обеспечивает двухстороннюю связь с компьютером по последовательному интерфейсу RS-485.
Блок индикации обеспечивает передачу данных в модули индикации. Индикация позволяет визуально оценить контролируемые параметры одного из выбранных датчиков по уровню вертикальной шкалы.
Микроконтроллер представляет собой полностью интегрированную на одном кристалле систему для обработки смешанных (аналого -цифровых) сигналов.
Для передачи данных от центрального котроллера на диспетчерский пункт используется промышленный беспроводной GSM/GPRS модем Овен ПМ01. Он предназначен для удаленного обмена данными через беспроводные системы связи стандарта GSM с оборудованием, оснащенным последовательными интерфейсами связи.
Для принятия информации от приборов КНС диспетчер должен иметь персональный компьютер и обычный ШВ-модем с активной БШ-картой. Вся регистрируемая информация с центрального контроллера попадает в базу данных, где сопоставляется с установленными пределами значений по каждому контролируемому параметру.
Основное окно программного обеспечения системы представлено на рис.2. Для контролируемого параметра имеется два предельных значения, соответствующие тревожному и аварийному состоянию. Тревожному состоянию параметра соответствует оранжевый цвет, аварийному — красный. В случае превышения установленного порога, система выдает на экран окно, содержащее сообщение о характере отклонения.
Внедрение системы на канализационной насосной станции позволит обеспечить значительное увеличение эффективности управления и мониторинга основными режимами. В режиме "Канализационная насосная станция" на экране компьютера отображаются уровень стоков, токи и уровень вибрации насосных агрегатов.
Рисунок 1. Автоматизированная система контроля и регистрации технологических параметров «АСКиР»
При этом система обеспечивает:
1. мониторинг и учет выходных параметров насосных агрегатов КНС;
2. индикацию уровня воды в накопительном резервуаре и машинном зале насосной станции;
Обоснование применения системы АСКиР:
1. быстрая и достоверная диагностика состояния объектов, разбросанных на большой территории,
2. отказ от использования дорогих самописцев на объектах, расходов на их обслуживание и расходных материалов к ним;
3. круглосуточный компьютерный контроль за технологическими процессами;
4. контекстные подсказки оператору в аварийных ситуациях;
5. компьютерный анализ всех параметров работы оборудования и предупреждение оператора о подходе значений параметров к границе опасной зоны;
ш
АРМ Диспетчера ЦППД
Файл Вид Ремте« работы Настройся Справка
ЫРС Ардотовко Дата: Щй]
Закачка мЗ Сун закачка мЗ Расход. иЗ/час Сред расход мЗ/час Время съема
02 00 91 9 ¡91 46 08 45 86 ¡17.08 01:55
04 00 60 7 |152 [24.4В 38 08 17 08 03:55
06:00 60 5 |213 ¡31.96 ¡35.45 17 08 05:55
08 00 62 4 ¡275 30 96 34 29 17 08 07:56
1000
12:00
14
Р* 18
20
22
[24
За
ПП
19.00 Текущий расход 10,80 мЗ. Среднннрасход41,60мЗ. Предупреждение! Изменил сярасход! 19.09Предупрщенне!Огключениеэлек1роэнергна!
19,15 Текущий расход 2 6,64 мЗ. Среднийрасход 11.15 мЗ. Предупреждение! Изменнлсярасход! 21,42 Предупреждение! Отключение электроэнергнн!
щ
15 0 ар /\ к У и 4 € 1 а в N1 ш о
13
УРС Ардатокка Замеры за 1400 Значка 96 4 мЗ Сумзакачка .'53 мЗ Расход47 38 мЗ/час Средаий расход 39 40 мЗ/час Время саема 14 08 101356 УРСАрдатомса Замеры з а 16.00 Закачка 963 м3 Суызакачка650мЗ Расход4788мЗ/час Средаий расход 40 48мЗ/час Время смма 1408101555 УРС Аряатоиа 3awpi.ua 1800 Закачка97 1 мЗ Сум закачка 747 мЗ Расход4788 мЗ/час Среямй расти 41 31 мЧ/ч«с Врем» с»ема 1408 1017.56 14 08 1900 Текуиргё расход 10 80 иЗ Сред расход 41 60 мЗ Предупреждение1 Изменился расход! 1408 1909 Предупреждение' Отключение электроэнергии
14 08 1915 Текучей расход 26 64 мЗ Сред расход 1115 мЗ Предупреждение' Изменился расход* 14 08 3142 Предупреждаю»1 Ошаочаюч звипромиргии1_
УРСАрдатожа Замеры 5 а 2200 Закачка 0 5 мЗ Сумзакачка ОмЗ Расход 27 72 мЗ/час Средний расход 252 мЗ/час Время съема 1408 10 21 55 УРСАрдатокка Зам еры за 22 00 Заначка 0 5 мЗ Сум закачка 0 мЗ Расход 27 72 мЗ/час Средний расход 2 52 мЗ/час Время оема 1408 1021 Я УРСАрдап»ка Замеры за 22 00 Закачка I 0 мЗ Сумзакачка 1 мЗ Расход38^2ыЗЛис Срединйрасход441 мЗ/час Время сгемь 1408 10 21 56 УРС Ардатогка Замер»!за 2200 Закачка 10 мЗ Сум закачка 1 мЗ Расход 38 52 мЗ/час Средний расход 441 мЗЛпс Врем» стема 1408 1021 56 УРСАрдатоака Замеры за 22 00 ЗакачкаЗбмЗ Сум закачка 4 мЗ Расход6516 ааЗ/час Среднийрасход 15-52 ааЗАиг Время съема 140810 2200
Порт: СОМ! отпоит □ Обин, бит/с 9600 Тайнаут.ис 2000 Опрос.
Оимбки:
СМС:
Рисунок 2. Основное окно: сообщение о превышении порогового значения
6. возможность ретроспективного анализа важнейших параметров для принятия решения о плановом ремонте или замене части оборудования;
7. центральный компьютер диспетчера беспристрастно записывает поминутные графики изменения измеряемых величин, ведет журнал событий и команд с четкой персонализацией и последующей ответственностью дежурного персонала и диспетчеров;
8. возможность расширения уже существующих систем контроля (увеличение числа контролируемых параметров на объекте, подключение любых других объектов^;
Выводы: Внедрение блока АСКиР в систему автоматизации канализационных насосных станций увеличивает надёжность системы,
повышает оперативность управления, снижает затраты на обслуживание
технологического оборудования.
Список литературы:
1. Галеев А.С., Сулейманов Р.Н., Арсланов Р.И. и др. Повышение эффективности эксплуатации СШНУ. — Уфа: Изд-во УГНТУ, 2012. 126 с.
2. Попкович Г.С., Кузьмин А.А. Автоматизация систем водоснабжения и канализации. — М.: Стройиздат, 1983. 151 с.
3. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Калицун В.И. Водоотведение и очистка сточных вод. М.: Стройиздат, 1996. — 591 с.
