CC BY
5Регулирование параметров сетей водоснабжения с применением технологий удаленного контроля и связи
Куликова Лидия Васильевна
д-р техн. наук, профессор, ФГБОУ ВО Алтайский ГТУ им. И.И. Ползу-нова, liliavaskul@gmail.com.
Григорьев Алексей Владимирович
аспирант, ФГБОУ ВО Алтайский main@argum.pro.
ГТУ им. И.И. Ползунова,
Елишев Антон Викторович
студент магистратуры, ФГБОУ ВО Алтайский ГТУ им. И.И. Ползунова, mail:eva@argum.pro.
Регулирование производительности водозаборов, как правило, осуществляется с применением частотно регулируемого привода, путем контроля расхода или давления в напорном трубопроводе. Данная статья рассматривает проблему обеспечения бесперебойного и стабильного водоснабжения с использованием технологии «диктующая точка». В статье рассмотрена практика применения основных способов регулирования производительности водозаборных объектов. Приведена оптимальная структура построения автоматического контроля давления в сетях водоснабжения.
Регулирование производительности водозаборных объектов, посредством контроля давления с применением удаленной диктующей точкой и резервным датчиком давления по месту, позволяет увеличить срок службы труб и коммуникаций за счет оптимизации давления, кроме того, сократить энергозатраты на водоснабжение и обеспечить стабильное давление у потребителя даже при непредсказуемом изменении потребления. А также открывает ряд возможностей по анализу состояния сети и насосных агрегатов, что необходимо для эффективного цифрового управления насосными агрегатами. Ключевые слова: автоматизация водоснабжения, диктующая точка, контроль давления водоснабжения.
Регулирование производительности водозаборов, как правило, осуществляется с применением частотно регулируемого привода, путем контроля расхода или давления в напорном трубопроводе.
Контроль расхода уместен в системах с постоянным или прогнозируемым расходом у потребителей, например, групповые системы дождевальных установок или технологические линии. Интенсивность водопотребления при водоснабжении населенных пунктов характеризуется непостоянным расходом, поэтому регулирование производительности в таких системах, происходит по обратной связи от преобразователя давления в напорном трубопроводе. Такой способ регулирования является простым в техническом плане. Однако такой способ регулирования имеет ряд недостатков. К основным недостаткам такого способа регулирования следует отнести, что контроль давления происходит на точке водоподъёма, которая может находиться на ином горизонте относительно водосбора у потребителей, а также не учитывается гидравлическая характеристика трубопровода. Таким образом давление у потребителей будет определяться перепадом высот и динамической составляющей в соответствии с законом Бернулли.
Для компенсации потерь, в практике эксплуатации водозаборов, давление задается существенно выше требуемого в нормальных условиях. Такое завышение давления негативно сказывается на состоянии сетей и запорной арматуры, особенно на участках, приближенных к водозабору, а также существенно повышает энергозатраты на водоснабжение. «Согласно проведенному анализу данных о режимах работы существующих повысительных насосных станций, более 80 % из них поддерживают излишнее давление в сети. В среднем величина излишнего давления составляет 8,6 %. При исключении излишнего давления энергопотребление насосных станций может снижаться на 15-20 %»[1]
Для сокращения энергозатрат нередко прибегают к корректировке задания давления по времени суток, такой способ корректировки давления в сети позволяет в часы малого потребления снизить нагрузку на систему водоснабжения. Однако такой способ разгрузки сетей нежелателен, так как не гарантирует устойчивого водоснабжения, а также приводит к высвобождению воздуха, растворенного в воде при снижении давления. Воздушные пузыри в системе трубопроводов приводят к коррозии металлических частей, способствуют возникновению отложений и могут стать причиной гидроударов.
Таким образом, задача системам автоматического регулирования водозабора, поддержание стабильного давления во всей разборной сети при любом нормируемом разборе, не может быть эффективно решена контролем давления на точке водоподъема.
Эффективным решением данной проблемы может стать применение технологии «контроль диктующей точки». «Диктующая точка - это участок водопроводной сети, в которой свободный напор в час максимального водопотребления будет наименьшим. Обычно, диктующая точка наиболее удалена как от водозабора, как и от условной плоскости сравнения. Если в ней будет создан необходимый свободный напор, то во всех других точках сети он будет больше.»[2] Установка диктующей
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м «
точки возможна в колодках, водопроводных станциях, водомерных узлах или других узловых точках системы водоснабжения, что позволяет минимизировать затраты на установку диктующих точек.
Техническим решением для создания контроля диктующей токи может быть выносной преобразователь давления с оборудованием передачи данных, связанный с системой управления водозабора приведенный на рис.1. В качестве оборудования передачи данных обычно используется радиомодем или GSM-модем. Первый способен при прямой видимости по выделенному радиоканалу обеспечить дальность связи между элементами системы до 40 километров. Связь у GSM-модемов обеспечивается средствами выбранного оператора сотовой связи, что позволяет создавать более распределенные системы и не зависеть от рельефа местности, главным условием является наличие связи с сетью оператора.
Рис. 1 Пример водоснабжения с использованием технологии «диктующая точка»: Д1 - датчик точки водоподъема. Д2, - датчик давления для контроля диктующей точки.
ния сети. В отчете специалистов ростовского городского водоканала об использовании диктующих точек, - «Получаемые с диктующих точек данные автоматически заносятся в электронный архив, что создает возможность для глубокого анализа всех аспектов работы сети, технологических режимов, причин аварийности, на основе которого специалисты Водоканала принимают обоснованные технические решения по модернизации системы водоснабжения.»[3]
Таким образом, регулирование производительности водозаборных объектов, посредством контроля давления с применением удаленной диктующей точкой и резервным датчиком давления по месту, позволяет увеличить срок службы труб и коммуникаций за счет оптимизации давления, кроме того, сократить энергозатраты на водоснабжение и обеспечить стабильное давление у потребителя даже при непредсказуемом изменении потребления. А также открывает ряд возможностей по анализу состояния сети и насосных агрегатов, что необходимо для эффективного цифрового управления насосными агрегатами.
Литература
1. «Снижение энергозатрат повысительных насосных станций путем исключения завышенного давления в водопроводной сети» докт. техн. наук, проф. здор г. н., асп. Синицын а. в. белорусский национальный технический университет
2. Кошман В.С. Гидравлика, теплотехника и газовая динамика. Термины и определения: учебное пособие / В.С. Кошман, А.Т. Манташов; М-во с.-х. РФ, ФГБУ ВПО Пермская ГСХА - Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013. - 55 с.]
3. https://vodokanalmd.ru/press-tsentr/news/diktuyushchie-i-kontrolnye-tochki-pozvolyayut-operativno-regulirovat-rabotu-setey-rostovskogo-vodoka/
Regulation of parameters of water supply networks using remote control and
communication technologies Kulikova L.V., Grigoriev A.V., Elishev A.V.
Altai State Technical University named after I.I. Polzunova JEL classification: L61, L74, R53
fi CS
о
CS
in
О Ш
m x
При этом сбор и обработка данных, полученных от первичного преобразователя давления и преобразователей давления, подключенных к одной или нескольким диктующим точкам, для коррекции работы водозабора может осуществлять как локально с применением программируемого логического контроллера (ПЛК), так и удаленно с применением общей SCADA-системы.
Распространённая критика использования контроля удаленных диктующих точек базируется на рассмотрении того факта, что, как правило, используются беспроводные каналы связи. Надежность беспроводных каналов связи ограничена погодными факторами, физическими препятствиями и электромагнитными помехами. Таким образом, существует угроза бесперебойности работы водозабора. Данная проблема решается совместным использованием преобразователя давления на выходе из водозабора и диктующей точки.
Схема управления в свою очередь настраивается на работу по диктующей точке, но при появлении признаков отсутствия связи или недостоверных данных, в качестве опорного значения принимаются данные с датчика давления на водозаборе. Такая схема наряду с повышением надежности водоснабжения дает уникальные возможности по анализу состоя-
The regulation of water intake performance is usually carried out using a variable frequency drive, by controlling the flow or pressure in the pressure pipeline. This article considers the problem of ensuring uninterrupted and stable water supply using the "dictating point" technology. The article considers the practice of applying the main methods of regulating the productivity of water intake facilities. The optimal structure for constructing automatic pressure control in water supply networks is given.
The regulation of the performance of water intake facilities, by means of pressure control using a remote dictating point and a backup pressure sensor in place, allows you to increase the life of pipes and communications by optimizing pressure, in addition, reduce energy costs for water supply and ensure stable pressure at the consumer even with unpredictable changes in consumption . It also opens up a number of opportunities for analyzing the state of the network and pumping units, which is necessary for effective digital control of pumping units.
Keywords: water supply automation, dictating point, water supply pressure control.
References
1. "Reducing the energy consumption of booster pumping stations by eliminating
overpressure in the water supply network" Dr. tech. sciences, prof. healthy Mr. n., Ph.D. Sinitsyn a. V. Belarusian National Technical University
2. Koshman V.S. Hydraulics, heat engineering and gas dynamics. Terms and
definitions: textbook / V.S. Koshman, A.T. Mantashov; M-in s.-x. RF, FGBU VPO Perm State Agricultural Academy - Perm: Publishing House of FGBOU VPO Perm State Agricultural Academy, 2013. - 55 p.]
3. https://vodokanalrnd.ru/press-tsentr/news/diktuyushchie-i-kontrolnye-tochki-pozvolyayut-operativno-regulirovat-rabotu-setey-rostovskogo-vodoka/
<
m о x
X
