Автоматизация водоснабжения и орошения
Автоматизация водонасосных установок для ферм и населенных пунктов
В сельском хозяйстве воду используют для нужд населения и поения животных, приготовления пищи и кормов, полива растений, тушения пожаров и для других производственных целей. Для подъема и раздачи воды применяют водонасосные установки, состоящие из водоприемников, очистительных сооружений, резервуаров чистой воды или водонапорных башен, соединительной водопроводной сети и электронасосов со станциями управления.
В сельском хозяйстве используют водонасосные установки трех типов. Почти в 90 % случаев используют башенные водонасосные установки с расходом воды до 30 м 3 /ч. Если расход воды составляет 30. 65 м 3 /ч, то рекомендуют двухагрегатные насосные станции
с водонапорным котлом. При расходе воды более 65 м 3 /ч экономически целесообразно использовать насосные установки с непосредственной подачей воды в распределительную сеть (оросительную систему). На рис. 7.58 показаны основные схемы насосных установок, питающие сельскохозяйственных потребителей воды.
Различают одно- и двухступенчатые схемы насосных установок.
По одноступенчатой схеме вода из водоисточника непосредственно подается потребителям (рис. 7.58, а, б).
Напорно-регулирующим устройством, согласующим работу насоса с графиком расхода воды потребителями, служит пневматический котел (рис. 7.58, а) или водонапорная башня (рис. 7.58, б). В первом случае напор создается за счет давления сжатого воздуха, заполняющего пространство выше уровня воды в котле, во втором — за счет поднятия водонапорного бака на необходимую высоту.
В случае использования схемы с пневмокотлом подаваемая насосом (привод Ml) вода поступает к потребителям и заполняет котел. При повышении уровня воды в котле находящийся в нем воздух сжимается. Когда давление воздуха в котле достигнет заданного значения, реле давления PS (1) через станцию управления СУ1 отключит электронасос Ml. По мере расходования воды давление в котле снижается. Когда оно достигнет заданного минимального значения, реле давления включит насосный агрегат. Недостатком безбашенной водоспабжающей установки является малый запас воды, определяемый регулируемым объемом бака.
В случае использования схемы с водонапорной башней для управления электронасосом применяются электродные датчики уровней LS (1 и 2), установленные в баке. Их сигналы через станцию управления СУ2 воздействуют па электронасос так, что при снижении воды в баке до заданного нижнего уровня LS (2) насос включается в работу, а после наполнения бака до уровня LS (1) отключается от сети.
Двухступенчатые схемы водоподъема показаны па рис. 7.58, в и г. В этом случае вода из скважины предварительно подается в наземный безнапорный резервуар, играющий роль накопительной емкости (в нем сохраняются хозяйственный и противопожарный запасы воды), а затем насосом М2 или системой насосов (работающих на магистраль поочередно, либо одновременно, либо
Глава 7. Автоматизация типовых ТП сельскохозяйственного производства
Рис. 7.58. Схемы водоснабжения:
а — с пневматическим котлом; б — с водонапорной башней; в — с наземным резервуаром и пневматическим котлом; г — с наземным резервуаром и прямоточной работой насоса второго подъема
по заданному алгоритму) по мере необходимости подается потребителям. Автоматическим заполнением резервуара управляют электродные датчики уровней LS (1 и 2), воздействующие па погружной электронасос Ml.
На рис. 7.58, в давление в нагнетательном трубопроводе обеспечивается с помощью пневматического котла-регулятора. В схеме (рис. 7.58, г) используют прямоточную работу насоса второй ступени подъема (либо группы насосов) непосредственно на нагнетательный трубопровод. В последнем случае давление регулируют задвижкой, или изменением числа параллельно работающих насосов, или изменением скорости вращения насоса в зависимости от давления в нагнетательном трубопроводе либо расхода воды.
Чтобы скорость вращения насоса в питающей сети системы водоснабжения изменялась, целесообразно применять энергосберегающие преобразователи частоты. Преобразователь частоты, плавно регулируя скорость вращения двигателя насоса, в любых условиях, даже при резком изменении расхода, поддерживает напор в системе строго постоянным и равным заданному. Необходимо заметить, что резкий пуск двигателя насосного агрегата является причиной гидравлического удара (резкое изменение давления) в водопроводной магистрали, который может привести к аварии, а также к захвату песка насосом, что значительно снижает надежность работы системы и сокращает срок службы насосного агрегата. Поэтому применение в качестве пускового устройства частотного преобразователя позволяет обеспечить ряд защитных функций, выполняемых станциями управления.
В последнее время промышленность выпускает специализированные микропроцессорные устройства, обеспечивающие управление подающими насосами по готовым алгоритмам (управление работой основного и резервного насоса, отключение работающего насоса в случае, если в трубопроводе не обеспечено давление, и т.д). Примером таких устройств являются приборы САУ-МП фирмы ОВЕН [28J.
Во всех схемах водоснабжения должна быть предусмотрена защита от ненормальных режимов работы насоса, которые позволяет выявить датчик давления (датчик PS — позиция 2 (рис. 7.58, а), 3 (рис. 7.58, б) и 4 (рис. 7.58, в и г)).
Для автоматизации башенных насосных установок применяются станции автоматического управления различных типов: ПЭТ (контактная станция), бесконтактные станции ШЭТ (па логических элементах) и «Каскад» [30, с. 265J, микропроцессорная САУ-М2 [28J. Они обеспечивают автоматический пуск и остановку насоса в зависимости от уровня воды в баке, защиту электродвигателя от токов короткого замыкания, технологических перегрузок и перегрузок при потере напряжения в одной из фаз питающей сети, от аварийного режима работы агрегата и т.д.
Для изучения принципа работы станции управления башенной насосной установкой рассмотрим ее релейно-контактный вариант (рис. 7.59).
Режим работы установки задает положение переключателя SA: Р — ручное включение насоса; О — отключение насоса; А — авто-
Рис. 7.59. Принципиальная электрическая схема управления башенной насосной установкой с контролем давления в напорном трубопроводе
матический режим работы. В автоматическом режиме работы, если воды в башне нет, контакты (электроды) SLH верхнего и SLL нижнего уровня разомкнуты, реле KV выведено из цепи тока и его контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ1 замкнуты. Магнитный пускатель КМ1 срабатывает и включает двигатель насоса М. Одновременно замыкается контакт пускателя в цепи сигнальной лампы HL2, которая показывает, что электронасоспый агрегат находится в работе.
По мере накопления воды в башне перекрываются водой сначала контакты SLL нижнего уровня (будет подготовлена цепь самоблокировки реле KV), а затем контакты SLH верхнего уровня и реле KV получает питание. Размыкающие контакты KV разрывают цепь питания катушки магнитного пускателя КМ1. Электродвигатель насоса отключается, о чем сигнализирует лампа HL1. Повторное включение произойдет, когда уровень воды опустится ниже нижнего уровня SLL.
Защита от аварийных режимов работы насосного агрегата работает следующим образом. При срабатывании пускателя КМ1 получает питание катушка реле времени КТ. Насос начинает подавать воду, ее давление в напорном трубопроводе увеличивается, и при определенном значении контакты реле давления SP размыкаются. Катушка реле времени КТ исключается из цепи тока, а насос продолжает работать. Его отключение или включение происходит автоматически по сигналам датчика уровней.
Если же давление в напорном трубопроводе по каким-либо причинам не восстанавливается, то контакты реле давления SP остаются замкнутыми. Но через определенное время разомкнутся контакты реле времени КТ.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ1, который отключит электродвигатель насоса от сети. Реле времени КТ получает питание посредством своих же замыкающих контактов КТ.2. Сигнальная лампа HL3 указывает на аварийное отключение насосной установки. Реле давления SP защищает двигатель насосного агрегата от работы на холостом ходу. В качестве защитного устройства используют также электродный датчик сухого хода, устанавливаемый па насосном агрегате. Он отключает насос в случае отсутствия воды в скважине. На принципиальной схеме управления насосным агрегатом (см. рис. 7.59) цепи подключения датчика сухого хода Scx показаны пунктирной линией.
На рис. 7.60 изображена электрическая схема устройства «Каскад», которая обеспечивает автоматическое управление по уровню или по давлению воды в водонапорном баке, местное управление, отключение электродвигателя при возникновении аварийных режимов («сухой ход», «перегрузка», «короткое замыкание»). При автоматическом управлении по уровню (положение «АУ» переключателя SA) питание на схему подают автоматическим выключателем QF. Если уровень воды в баке ниже электрода нижнего уровня, цепи SL1 и SL2 разомкнуты и реле KV1 замыкает свой контакт в цепи питания КМ, который включает насос М. Когда уровень воды в баке достигает электрода верхнего уровня, замыка-
Рис. 7.60. Принципиальная электрическая схема комплектного устройства «Каскад»
ется цепь SL2, электронный блок Е1 отключает реле KV1, которое в свою очередь отключает КМ и тем самым — насос. Если цепь датчика сухого хода SL3, контролирующего уровень воды в скважине, разомкнута, включения насоса нс произойдет.
Станция «Каскад» может использоваться для управления по давлению, если па напорном трубопроводе установлен электро- контактный манометр или реле давления SP (положение «ДУ» переключателя SA). При снижении уровня воды до нижнего контролируемого значения замыкается контакт SP и электронный блок Е1 включает реле KV1. Оно включает пускатель КМ, который включает насос М. По истечении установленного времени электронный блок управления выдает сигнал на отключение насоса. Затем цикл повторяется. Контроль загрузки электродвигателя насоса осуществляют по амперметру РА1. При возникновении аварийных режимов происходит автоматическое отключение насоса и на панели управления загорается лампа «сухой ход» или «перегрузка» в зависимости от аварийного режима.
На рис. 7.61 приведена схема управления водоподъемной установкой с пневмокотлом. Режим работы установки устанавливают переключателем SA: Р — ручное включение насоса; О — отключено; А — автоматический режим работы. При разборе воды из котла давление в нем снижается и контакты манометрического датчика давления SP замыкаются, катушка магнитного пускателя КМ
Рис. 7.61. Принципиальная электрическая схема управления водоподъемной установкой ВУ с пневматическим котлом получает питание и включает насос. При повышении уровня воды давление в котле понижается до заданного значения, при котором контакты SP размыкаются и насос М отключается.
Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения
Наиболее известны следующие виды систем водоснабжения.
1. Хозяйственно-питьевое водоснабжение (ГВС и ХВС) . Назначением хозяйственно-питьевого водоснабжения является удовлетворение бытовых потребностей людей, а также санитарно-гигиенических нужд. Отличительной особенностью питьевого водоснабжения от производственного является подача воды, свободной от вредных химических примесей и болезнетворных бактерий. Бывает двух видов: горячее и холодное.
В наиболее простом случае, система горячего водоснабжения состоит из водонагревательной установки и трубопроводов для передачи горячей воды к водоразборным приборам.
Системы горячего хозяйственного водоснабжения классифицируют по нескольким признакам.
По способу подачи воды на горячее водоснабжение различают:
- Закрытые системы. Вода из тепловых сетей используют только в качестве энергоносителя. Подача воды на горячее водоснабжение осуществляется через водо-водяные теплообменники.
- Открытые системы. Вода из тепловой сети используется для приготовления и подачи воды в систему горячего водоснабжения (например, смешивается).
По способу подогрева воды системы ГВС бывают:
- Централизованные. Одна водонагревательная установка обслуживает как минимум одно здание, и более зданий в пределах одного квартала (микрорайона) или поселка. Такие системы установлены в большинстве многоквартирных домов. Ввод горячей воды в дом и ее распределение происходит в ИТП.
- Децентрализованные. Приготовление горячей воды происходит вблизи водоразборных приборов (например, поквартирно или непосредственно в санузлах) и осуществляется небольшими генераторами тепла: газовыми нагревателями, электрическими тэнами и т. п.
По способу поддержания температуры (обеспечение комфорта пользователя) системы ГВС могут быть:
- Бесциркуляционными, которые состоят только из подающих трубопроводов. Основной недостаток таких систем – остывание воды в трубопроводах при перерывах в потреблении. Открывая кран, например, утром, потребитель получает воду с пониженной температурой и начинает сливать эту воду в канализацию до того, как вода в кране прогреется. Системы без циркуляции являются наиболее простыми по устройству и дешевыми по первоначальной стоимости.
- Циркуляционные системы. В таких системах, находящаяся в трубах горячая вода непрерывно циркулирует, проходя через котел или теплообменник. В системах с поверхностными подогревателями циркуляция, как правило, обеспечивается центробежными насосами. В отдельных случаях циркуляция воды в системах горячего водоснабжения может обеспечиваться действием гравитационных сил.
2. Противопожарный водопровод. Создаётся в рамках системы пожарной безопасности, его предназначение – подача воды в систему водяного пожаротушения и наружные гидранты.
3. Производственное водоснабжение. Создаётся для подачи воды, используемой в технологических процессах.
4. Поливочное водоснабжение. Применяется для полива клумб и зеленых насаждений, а также для мойки территории двора, тротуаров, оборудования и полов.
Практически для всех видов водоснабжения, наружный водопровод доставляет воду по магистралям из распределительной сети города, а внутренний – поставляет воду по всему зданию (объекту), границей между ними является водосчетчик.
Системы канализации бывают:
Внутренняя канализация. Её задача – отвод сточных вод, образование которых происходит во время выполнения хозяйственно-бытовых работ или в результате санитарно-гигиенической деятельности человека.
Ливневая канализация. Применяется для отвода атмосферных осадков.
Автономная канализация. Предназначена для очистки сточных вод «на месте» для дальнейшего сброса их в водоемы хозяйственного назначения или грунт.
Автоматизация горячего водоснабжения
Как было упомянуто, горячее водоснабжение может быть централизованным и местным.
В местных системах горячего водоснабжения подогрев воды осуществляют локально, в газовых водонагревателях или колонках, с учетом того, что каждый нагреватель имеет собственную систему автоматики, разрабатывать интегрированную систему автоматизации нет смысла, достаточно обеспечить хорошую теплоизоляцию трубопроводов и вывести (при необходимости) данные о работе установки на пульт управления зданием.
В системах централизованного отопления или водоснабжения, автоматизации подлежит все технологическое оборудование: циркуляционные насосы, клапаны и вентили трубопроводов, оборудование теплообменников и радиаторов, подогреватели и т.п. Проект автоматизации ГВС разрабатывается совместно с проектом автоматизации ИТП.
Основная цель автоматизации систем ГВС – поддержание в системе заданного давления и температуры, кроме того автоматизация систем горячего водоснабжения выполняет следующие задачи:
- Повышения надежности теплоснабжения и горячего водоснабжения потребителей;
- Уменьшение зависимости от «человеческого фактора», возможность эксплуатации без постоянного присутствия оперативного персонала
- Оптимизации отпуска и потребления тепла, снижения коммунальных расходов;
- Снижения затрат электрической энергии в насосных установках;
- Увеличения ресурса работы и облегчение эксплуатации технологического оборудования;
- Контроля состояния технологического оборудования и технологических параметров;
- Оперативной передачи предупредительной и аварийной информации на диспетчерский пункт.
Автоматизация холодного водоснабжения
Автоматизация систем холодного водоснабжения предназначена для поддерживания постоянного давления в системе, не зависящего от давления на входе и расхода воды. К щитам автоматики подключают такое оборудование как реле давления, контроллеры сухого хода, манометры, пусковые и защитные автоматы насосов, блоки питания, поплавковые выключатели и т.п.
В результате автоматизации, в системах ХВС удается снизить расход воды, повысить ресурс работы оборудования и уменьшить эксплуатационные расходы, снизить затраты на электроэнергию, а также уменьшить возможность возникновения аварийных ситуаций.
Автоматизация систем водоотведения (канализации)
Автоматизация системы водоотведения предполагает контроль выполнения относительно небольшого количества процессов, связанных с контролем работы за насосами, и заполнения дренажных приямков. В большинстве случаев, алгоритм работы системы универсален – при заполнении приямка, включить насос, при отсутствии воды в приямке, выключить насос. Дополнительно на пост диспетчера передается информация о работоспособности оборудования. Основные задачи системы автоматизации канализации:
- Управление в автоматическом режиме и отображение состояния (ВКЛ-ВЫКЛ-АВАРИЯ) двигателей КНС и очистных сооружений;
- Визуализация показаний датчиков уровня жидкости в дренажных приямках;
- Возможность ручной блокировки отдельного насоса на время проведения технического обслуживания или в автоматическом режиме в случае аварийной ситуации;
- Автоматический запуск насосной станции после аварийных ситуаций при восстановлении питающего напряжения или подачи стоков;
- Поэтапный запуск насосов и снижение пиковых электрических и механических нагрузок на систему.
Подходы к построению автоматизированной системы
В основу разработки автоматизированных систем (АС) положены следующие принципы:
- Принцип развития – возможность масштабирования и обновления. АС создается с учетом возможности постоянного совершенствования ее функций и возможности расширения;
- Принцип совместимости – обеспечение взаимодействия различных АС, в едином процессе при их совместном функционировании (для объектов жилищно-коммунального строительства этот принцип обеспечивает система интеллектуального здания);
- Принцип стандартизации и унификации предполагает, по возможности, применение типовых, унифицированных и стандартизированных схем и элементов функционирования АС;
- Принцип эффективности заключается в достижении рационального соотношения между затратами на создание АС и экономическим эффектом, получаемым при ее функционировании.
Проектирование систем автоматизации водоснабжения и водоотведения
Технология системы водоснабжения разделяет два этапа обработки воды – В технологическом процессе водоснабжения можно выделить два подпроцесса — подъем и подготовку воды, распределение и подачу. Исходя из этого, автоматизация водоснабжения заключается в:
- Автоматизации управлением насосными станциями подъема и водоочисткой (фильтры, расход, распределение по стоякам и др.);
- Автоматизация подачи и распределения воды в частях здания.
Целью управления при функционировании АСУ ТП водоснабжения является обеспечение гарантированного и комфортного водоснабжения потребителей с минимальными эксплуатационными затратами.
ХВС и ГВС являются сложными системами жизнеобеспечения, разработка которых включает в себя гидравлические расчеты, составления аксонометрических схем, выбора расположения и мощности насосного и водонагревательного оборудования, разработка алгоритмов взаимодействия элементов систем и управления ими.
Автоматизацию системы ВиК можно условно декомпозировать на три крупные подсистемы – хозяйственного питьевого водоснабжения, водомерного узла и системы дренажных приямков. Систему канализации
В проекте автоматизации предусматривают оборудование контроля работоспособности основного и резервного насосов, возможности отключения оборудования по сигналу от противопожарных систем, контроль параметров систем, описывают алгоритмы работы для рабочих режимов. Проект разрабатывается с учетом проекта ИТП.
Типовой проект может содержать:
- Общие данные;
- Структурные схемы, при необходимости;
- Задание на программирование системы;
- Функциональные схемы автоматизации для каждой из подсистем, на основе которых собираются щиты автоматизации;
- Схемы связи контроллеров системы автоматизации;
- Схемы внешних соединений для щитов автоматизации;
- Схемы связи со смежными системами автоматизации;
- Принципиальные электрические схемы щитов автоматизации, двигателей насосов или вентиляторов;
- Принципиальные схемы питания щитов автоматизации;
- План расположения оборудования и проводок систем автоматизации;
- Кабельные журналы;
- Монтажные схемы;
- Спецификации оборудования и проводок.
Экономический эффект от внедрения системы автоматизации
Экономический эффект за счет разработки систем автоматизации водоснабжения и канализации обуславливается, в основном экономией энергии на подогрев, оперативного определения мест тепловых потерь, диагностирования проблем при водоотводе. Основные факторы экономии:
- Снижение расхода электроэнергии на подъем и транспортирование воды, подачу воздуха на очистных сооружениях и др.;
- Снижение расходов на ремонт и техническое обслуживание оборудования;
- Снижение стоимости аварийно-восстановительных работ вследствие быстрого обнаружения и сокращения числа аварий;
- Уменьшение количества обслуживающего персонала.
Затраты на внедрение и эксплуатацию
Как свидетельствует практика, с внедрением автоматизации систем водоснабжения общепроизводственные расходы возрастают с 11 до 15 % за счет закупки и обслуживания на объекте нового оборудования.
Наряду с этим, расходы на ресурсы (электричество, отопление и т.д.) уменьшаются на 4%, сокращаются расходы на ремонт – с 25 до 10 % и на эксплуатацию объекта – с 50 до 20 %.
Стоимость одного кубометра воды по отношению к периоду до внедрения автоматики снижается на 45 %.
Системы управления электроэнергией. Контроль и автоматизированное управление работой системы. Подробнее »
В ближайшем будущем, появится возможность увеличения КПД солнечных панелей до 50%. Эффективность. Подробнее »
Руководство Филиала КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» выражает благодарность коллективу ООО. Подробнее »
КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» 1 сентября 2015
Уважаемый Ринат Шакирзянович! ООО «ФИНПРОЕКТ» выражает благодарность компании ООО. Подробнее »
Автоматизация систем водоснабжения
Информация о компании
Компания: ЗАО НПО ”Орион-Аква”, г. Новосибирск, Россия
Заказчик: МУП г.Новосибирск ”Горводоканал”
Основной вид деятельности: компания специализируется на автоматизации систем водоснабжения, канализации и очистных сооружений канализации
Постановка задачи
Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом фильтрации и промывки скорых фильтров насосно-фильтровальной станции.
Технические требования к системе:
- Единая платформа для эффективного централизованного управления
- Мониторинг работы вышки в «реальном» времени
- Отображение параметров процесса бурения в кабине
- Объединение исполнительных устройств и датчиков в единую сеть промышленного Ethernet
- Сертификация ATEX Zone 2 для обеспечения безопасности
- Оптоволоконные линии связи с устойчивостью к ЭМ помехам
- Надежное оборудование и резервирование сети для минимизации простоев
Краткое описание системы
АСУ ТП НФС имеет трехуровневую структуру:
- Первый уровень – нижняя ступень системы сбора и передачи производственно-технологической информации и управления объектом
- Второй уровень – местный диспетчерский пункт (МДП), расположенный в административном корпусе НФС
- Третий уровень – центральный диспетчерский пункт (ЦДП) расположенный в главном офисе МУП г. Новосибирск “Горводоканал” (в помещении ЦДС)
Основные задачи системы:
- Оперативное представление параметров технологического процесса водоподготовки
- Учёт количества принятой на обработку и отпущенной потребителям воды
- Автоматизированный контроль и управление технологическими процессами, локальными автоматическими подсистемами АСУ ТП НФС
Верхний уровень реализован на единой системной платформе Wonderware System Platform 3.1 с визуализацией в InTouch 10.1.
Система позволяет бесперебойно и круглосуточно контролировать следующие технологические параметры:
- Давление в напорном трубопроводе
- Расход воды в напорном трубопроводе
- Параметры работы насосных агрегатов
- Параметры электроснабжения
- Температуру воздуха в помещении
- Динамический уровень воды в источнике
- Уровень воды в дренаже
- Контроль положения и параметры работы электроприводов запорно-регулирующей арматуры
- Уровень воды в фильтре, промывных баках, резервуаре чистой воды
- Расход воды на входе блока горизонтальных отстойников
- Перепад давления на фильтрующей загрузке
- Расход промывной воды
- Мутность фильтрованной воды
Произвести аварийное оповещение в случае:
- Отклонения от нормы контролируемых (измеряемых) параметров
- Срабатывании защиты управляемого электрооборудования
- Угрозы или затопления технологического помещения
Осуществить функции управления:
- Управление насосным оборудованием подачи воды
- Управление приводом запорно-регулирующей арматуры (закрытие, открытие)
- Управление системой вентиляции помещения в зависимости от температуры воздуха в помещении
- Управление дренажной системой помещения в соответствии с установленными параметрами
Обоснование выбора оборудования для проекта
Основными критериями выбора контроллерного оборудования являлись наличие операционной системы Windows CE (возможность разработки собственных приложения на MS Visual Studio), масштабируемость, надежность и качественная техническая поддержка.
Выгода, полученная заказчиком
Обеспечение технического персонала и административных служб МУП г. Новосибирск “Горводоканал” оперативной и достоверной информацией о технологических параметрах, состоянии оборудования и фактического объёма поданной воды, а также:
- Управление технологическими процессами промывки фильтров
- Повышение качества водоснабжения
- Повышение оперативности контроля оборудования
- Сокращение затрат времени на обнаружение неисправностей, предупреждение об аварийных ситуациях системе
- Облегчение и улучшение условий труда обслуживающего персонала
Автоматизация системы водоснабжения
Компания: ОАО “Рельеф”
Город: Кемерово
Используемая продукция ОВЕН:
Автоматизированная система управления водоснабжением (АСУ) представляет собой аппаратно-программный комплекс (АПК) и предназначена для бесперебойной подачи воды потребителям.
АПК состоит из программной части – SCADA-пакета MasterSCADA фирмы ИНСАТ (Россия), устанавливаемого на ПК в помещении дежурного персонала, и аппаратной части, которая разработана на базе микропроцессорных устройств ОВЕН.
Автоматизированная система водоснабжения ОАО «Ваганово» осуществляет:
Автоматическое управление 2-мя удаленными скважинами.
Дистанционное и автоматическое управление 6-ю сетевыми насосами с АРМ оперативного персонала.
Измерение уровня в емкостях запаса воды, давления воды в системе, расход воды к потребителям.
Управление пожарной задвижкой по расходу или давлению.
Вывод информации и аварийной сигнализации на АРМ оперативного персонала.
Описание работы АСУ
Поддержание заданного давления в подающем трубопроводе осуществляется каскадным включением 6-ти насосов, алгоритм включения выбирается пользователем в ПО МasterSCADA, также осуществляется контроль за аварийными ситуациями на насосах и включением резервных насосов.
Информация о аварии на насосе, работе насоса дублируется и отображается на экране монитора АРМ (автоматизированного рабочего места) с ПО MasterSCADA через модули ввода-вывода ОВЕН МДВВ, МУ110-16Р, МВ110-16ДН, объединенных в одну локальную сеть с универсальным 8-канальным измерителем-регулятором ОВЕН ТРМ138 и прибором контроля и управления задвижкой ОВЕН ПКП1.
На АРМ выводятся также показания датчиков уровней в баках запаса воды (L1; L2; L3), давление в подающем трубопроводе Р1 и расхода воды к потребителю F1, подключенных к ТРМ138.
При увеличении расхода воды к потребителю давление в трубопроводе снижается, и система включает дополнительный насос. MasterSCADA также фиксирует увеличение расхода и в случае выхода значения за границы верхней уставки переключает задвижку подачи воды в обход блока водоподготовки в автоматическом режиме, управление клапаном можно осуществлять вручную как с АРМ, так и по месту с ПКП1.
Для измерения уровня в баках запаса воды применены датчики гидростатического давления, на дисплее ТРМ138 показания отображают в цифровом виде, на мониторе АРМ – в цифровом и графическом виде. При понижении уровня ниже минимального (MIN), MasterSCADA дает команду на включение скважин, а при увеличении уровня выше максимального (МАХ) – команду на отключение. Связь с блоком МДВВ, установленного в помещении скважины №1, осуществляется по радиоканалу из-за удаленности. Все значения параметров, приходящих на АРМ, архивируются (глубина архива не ограничена) и могут отображаться как в виде цифровых значений, так в виде графиков или таблиц.
В системе использовано оборудование ОВЕН:
- преобразователь гидростатического давления (погружной) ОВЕН ПД100-ДГ0,06 – 3 шт.;
- преобразователь избыточного давления ПД100-ДИ (предел измерения 0…1,6 МПа, выходной сигнал 4…20 мА) – 2 шт.;
- универсальный 8-канальный измеритель регулятор ОВЕН ТРМ138 – 1 шт.;
- модули дискретного ввода вывода ОВЕН МДВВ – 1 шт.;
- модуль дискретного ввода ОВЕН МВ110-16ДН – 1 шт.;
- модуль дискретного вывода ОВЕН МУ110-16Р – 1 шт.;
- прибор контроля и управления задвижкой ОВЕН ПКП1 – 1 шт.;
- блок питания БП14Б-Д4.4.24 – 2 шт.;
- блок питания БП30Б-Д3.24 – 2 шт.;
- блок сетевого фильтра БСФ-Д3-1,2;
- преобразователи интерфейсов АС4 и АС5 – по 1 шт.
А также использовано оборудование других производителей: радиомодем НЕВОД5 (4 шт.), антенна SIRO SA703, антенны АН5-433, расходомер РСМ-05.
Приборы в шкафу автоматики №1
Универсальный измеритель регулятор восьмиканальный ТРМ138.Р-Щ7 с RS-485 – 1 шт.
Устройство управления и защиты электропривода задвижки без применения концевых выключателей ПКП1-ТИ c RS-485 – 1 шт.
Модуль дискретного ввода МВ110-16ДН с RS-485 – 1 шт.
Модуль дискретного вывода МУ110-16Р с RS-485 – 1 шт.
Радиомодем для систем телеметрии НЕВОД-5.
Приборы в шкафу автоматики №2
Модуль дискретного ввода-вывода МДВВ с RS 485 (12 каналов дискретного ввода, 8 каналов дискретного вывода) – 1 шт.
Радиомодем для систем телеметрии НЕВОД-5.
Приборы на АРМ оператора
Радиомодем для систем телеметрии НЕВОД-5.
Автоматический преобразователь АС4 USB/RS-485.
Персональный компьютер с установленной SCADA-cистемой MasterSCADA MSRT100 (на 100 точек ввода-вывода).
Автоматизация системы водоснабжения
Для того чтобы разработать функциональную схему, необходимо сначала определить какого рода информация будет отображаться на ОС, т.е. нужно определить места
Автоматизация системы водоснабжения
Другие курсовые по предмету
1. Обзор технической литературы
1.1 Система водоснабжения как объект автоматизации
1.2 Виды водоснабжения
1.3 Основные элементы системы водоснабжения
1.4 Описание технологического процесса прямоточного водоснабжения
2. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса
2.1 Структурная схема АСУ ТП водоснабжения
2.2 Подбор необходимых датчиков, исполнительных механизмов и мест их расположения
5) Резервуары для воды выбраны: РВС-100 и РВС-200 (100 и 200 м3 – резервуар 1 и 2 соответственно)
2.3 Схема информационных потоков АСУ технологическим объектом
2.4 Выбор контроллера для автоматизированной системы
2.5 Функциональная схема технологического объекта
3. Разработка алгоритмов функционирования
3.1 Алгоритм функционирования СУ технологического объекта
3.2 Алгоритм запуска технологического объекта
3.3 Алгоритм функционирования системы
3.4 Алгоритм остановки системы
3.5 Алгоритм работы системы при аварии
Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства невозможны без применения средств автоматизации. Характерной особенностью современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных систем, интегрированных систем проектирования и управления, SCADA-систем.
Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи:
вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов;
управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т. п.;
автоматически управлять процессами в условиях вредных или опасных для человека.
Решение поставленных задач предусматривает целый комплекс вопросов по проектированию и модернизации существующих и вновь разрабатываемых систем автоматизации технологических процессов и производств.
В данном курсовом проекте рассматривается автоматизация системы водоснабжения.
1. Обзор технической литературы
.1 Система водоснабжения как объект автоматизации
Многочисленные потребители требуют воду: как различного качества, так и разное его количество. Количество и качество воды, необходимое каждому предприятию, определяется характером и масштабом его основного производства. В свою очередь, эффективность работы предприятия часто сильно зависит от организации снабжения его водой требуемых параметров.
Прекращение подачи воды даже на несколько минут для многих предприятий означает массовый брак продукции, а часто и аварийный выход из строя отдельных технологических аппаратов и установок.
Подача некачественной воды (грязной, жесткой и т.п.) так же приводит к появлению брака, снижению производительности и экономичности технологических аппаратов, а часто и к аварийному выходу из строя отдельных их элементов.
С внедрением в производство автоматической системы управления технологическими процессами значительно повышается надежность системы водоснабжения и обеспечивается высокая производительность предприятия.
1.2 Виды водоснабжения
Вода расходуется различными потребителями на самые разнообразные нужды. Тем не менее все виды водопотребления можно свести к трем основным категориям.
А. Хозяйственно-питьевое водопотребление.
В этой категории вода расходуется:
) на утоление жажды рабочих и служащих предприятия, приготовления пищи и мытья посуды в столовых и буфетах;
) для помывки рабочих и служащих предприятия в душевых и умывальниках;
) на стирку в заводских прачечных, уборку помещений, цехов и т.п.;
) на полив зеленых насаждений, тротуаров и т.п.
Б. Производственно-техническое водопотребление.
Потребители этой воды сведены в группы. При этом вода расходуется:
) в качестве теплоносителя для охлаждения продуктов производства и технологических аппаратов, с целью обеспечения необходимого температурного уровня либо процессов, либо оборудования.
Например, защита оборудования от прогара, для конденсации паров хладагента в холодильных установках, водяного пара в паротурбинных установках, охлаждения компрессоров и т.п. В этом случае вода обычно не загрязняется, только нагревается.
Эта группа водопотребителей самая значительная, на ряде производств она расходует 70-90% всего количества производственной воды;
) для выработки пара в паровых котлах, системах испарительного охлаждения и других утилизационных установках.
На эту группу потребителей расходуется от 2 до 20% всей производственной воды;
) на промывку различных материалов, машин, деталей, мокрую очистку газов, вентвыбросов и т.п. Вода при этом сильно загрязняется;
) на гидротранспорт, гравитационное обогащение материалов, гидрозолоудаление. Загрязнение тоже сильное, главным образом механическими примесями;
) на приготовление растворов, электролитов и т.п. Это характерно для химической и рудообогатительной (при флотации руд) промышленности, электрохимического производства и т.п.;
) для комплексного использования. В этом случае вода служит средой охлаждающей, поглощающей, транспортирующей и т.п.
Например, очистка дымовых газов, мокрое тушение кокса, грануляция шлаков и т.д.
На потребителей групп 3) – 6) может расходоваться от 5 до 15% всего количества производственной воды.
В. Пожарное водопотребление.
Вода расходуется на тушение пожаров и внутренних возгораний.
1.3 Основные элементы системы водоснабжения
Система водоснабжения – это комплекс сооружений для обеспечения потребителей водой в требуемых количествах и требуемого качества.
В состав системы водоснабжения входят следующие сооружения:
а) водоприемные сооружения (водозабор);
б) водоподъемные сооружения (насосные станции);
в) сооружения для очистки, обработки и охлаждения воды;
г) водоводы и водопроводные сети;
д) башни и резервуары. Это регулирующие и запасные емкости для сохранения и аккумулирования воды.
На состав и схему системы водоснабжения большое влияние оказывают местные природные условия, источник водоснабжения и характер потребления воды. Поэтому в некоторых случаях могут отсутствовать те или иные сооружения. Например, в самотечных системах отсутствуют насосные станции, в системах водоснабжения от артезианских скважин нет очистных сооружений, при равномерном графике потребления не устанавливают водонапорные башни или резервуары и т.п.
На предприятиях может быть несколько систем водоснабжения одновременно. Например, отдельно системы производственно-технического, хозяйственно-питьевого назначения.
Систему противопожарного водоснабжения обычно объединяют с какой-либо другой. Чаще всего с хозяйственно-питьевой в силу ее разветвленности. Но может быть создана и отдельная противопожарная система.
1.4 Описание технологического процесса прямоточного водоснабжения
Прямоточная система применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения. В некоторых случаях применяется и для производственно-технического водоснабжения.
На рис.1 приведена схема взаимосвязи основных элементов в прямоточной системе водоснабжения. Именно по такой схеме осуществляется водоснабжение городов, поселков и других населенных пунктов.
Рис. – Схема прямоточной системы водоснабжения: 1 – водозабор; 2.1 – насосная станция 1-го подъема; 3.1 – очистные сооружения природной воды; 3.2 – очистные устройства для загрязненных стоков; 4.1 – резервуар чистой воды; 5 – водоводы; 6 – водонапорная башня (резервуар); 7.1-7.6 – потребители воды (цеха, здания); 8 – водопроводная сеть; 9 – сеть трубопроводов для сбора отработавшей воды; 10 – водоохлаждающее устройство.
При работе этой системы вода забирается из источника с помощью водозаборного устройства 1 и подается насосами насосной станции 1-го подъема (НС 1) на очистные сооружения 3.1. Здесь обычно вода идет самотеком. Очищенная до необходимого качества она собирается в резервуаре очищенной воды 4.1. Отсюда насосами насосной станции 2-го подъема (НС 2) вода по водоводам 5 подается на территорию предприятия. Из водоводов вода попадает в водопроводную сеть 8 и подается потребителям 7.1-7.6.
Присоединенная к сети регулирующая емкость 6 позволяет сглаживать влияние пиков водопотребления на работу насосов НС 2. Она может быть установлена в любой точке водопроводной сети.
Вся отработавшая вода сбрасывается в источник ниже (по течению) места забора воды. При необходимости эта вода очищается и охлаждается перед сбросом. В этом случае в системе предусматриваются устройства 3.2 и 10.
Недостатки прямоточной системы водоснабжения:
а) производительность всех элементов приходится выбирать из условия покрытия максимума суточного расхода. Это увеличивает размеры сооружений и мощности всех элементов системы, что удорожает ее. Возрастает и удельный расход энергии из-за ра
АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОРОШЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ БЕЗБАШЕННОЙ И БАШЕННОЙ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
Сельскохозяйственное производство является крупным потребителем воды, расходуемой для нужд населения, поения животных, приготовления пищи и кормов, полива растений, уборки навоза и для других целей.
Водоснабжение сельскохозяйственных потребителей хорошо механизировано и автоматизировано. Благодаря автоматизации человек практически освобожден от ручного труда при добыче, доставке и распределении воды на животноводческих фермах и в быту. Автоматизация позволила увеличить производительность труда по водоснабжению в 20 раз, снизить эксплуатационные затраты в 10 раз. Кроме того, при поении животных из автопоилок увеличивается продуктивность КРС на 10%, а птиц —на 15. 20 %.
Для подъема и раздачи воды применяют водонасосные установки, состоящие из водоприемников, очистительных сооружений, резервуаров чистой воды или водонапорных башен, соединительной водопроводной сети и электронасосов со станциями управления. Наиболее широко в сельском хозяйстве распространены центробежные и осевые насосы. Насосы выполняют в моноблоке с электродвигателями и погружают в воду или располагают на поверхности земли.
Для подъема воды из открытых водоемов и шахтных колодцев используют также плавающие центробежные насосы. Широко распространены так называемые объемно-инерционные насосы с электромагнитным вибрационным приводом, рассчитанные на малую подачу воды (до 1 м 3 /ч при напоре 20 м).
В сельском хозяйстве используют водонасосные установки трех типов: башенные с водонапорным баком, безбашенные с водонапорным котлом и непосредственной подачей воды в водопроводную сеть. Почти в 90 % случаев используют башенные водонасосные установки с расходом воды до 30 м 3 /ч. Если расход воды составляет З0. 65м 3 /ч, то рекомендуют двухагрегатные насосные станции с водонапорным котлом. При расходе воды более 65 м 3 /ч экономически целесообразно использовать насосные установки с непосредственной подачей воды в распределительную сеть.
Безбашенная автоматическая водоподъемная установка типа ВУ (рис. 8.20) предназначена для подъема воды из открытых водоемов и шахтных колодцев глубиной до 5 м при напоре 25. 80 м. Установка состоит из всасывающей трубы 1 с приемным фильтром насосного агрегата 2, нагнетательной 3 и водоразборной 12 труб с запирающими вентилями 5, воздушно-водяного бака 4 с датчиком давления 8 и струйным регулятором запаса воздуха, имеющего камеру смешивания 6, воздушный клапан 7, жиклер 10 и диффузор 11.
Схема управления в автоматическом режиме работает следующим образом. Вода к потребителю поступает под давлением воздушной подушки, расположенной над водой в котле. При разборе воды из котла давление в котле снижается и контакты манометрического датчика давления ВР замыкаются, катушка магнитного пускателя КМ получает питание и включает электронасос.
Рис. 8.20. Технологическая схема водоподъемной установки тина ВУ (а) и принципиальная электрическая схема управления ею (б):
/ — всасывающая труба; 2— насосный агрегат; 3— нагнетательная труба; 4 — воздушно-водяной бак; 5 — запирающий вентиль; 6- камера смешивания; 7— воздушный клапан; ? —датчик давления; 9— предохранительный клапан; 10 — жиклер; // — диффузор; 12— водоразборная труба
Давление включения, МПа, рассчитывают по формуле
где Нсл — свободный напор у потребителя, м (для автопоилок 4. 6 м, для одноэтажных зданий 8 м, для двухэтажных — 12 м); Нр — разность отметок расчетных точек водопроводной сети и минимального уровня воды в бакс, м; Нпах — потери напора в водопроводной сети, м.
При увеличении уровня воды давление в котле повышается до заданного значения, при котором контакты размыкаются и насос отключается.
Давление выключения, МПа, определяют по формуле
Ручное управление электронасосом осуществляется кнопками SB2 «Пуск» и SB1 «Стоп».
Объем воздушной подушки в баке постоянно уменьшается, так как часть воздуха растворяется и выносится с водой. Вследствие этого уменьшается давление воздушной подушки и регулирующий объем в котле снижается.
Для автоматического поддержания объема воздушной подушки служит регулятор, обеспечивающий подкачку воздуха до давления в баке 250 кПа. При максимальных аварийных давлениях срабатывает предохранительный клапан 9. Пополнение воздуха происхо-
дит, когда жиклер 10 перекрыт водой. Струя воды под действием насоса создает разрежение в камере 6 (эффект пульверизации), воздушный клапан 7 открывается, и воздух, смешиваясь с водой, поступает в котел.
Безбашенные водоподъемные установки имеют низкий коэффициент использования объема бака (0,15. 0,2) Р, большой перепад давлений (20. 30 м) при малом регулирующем объеме Vp и взрывоопасны. Поэтому их применяют ограничено.
Башенная система водоснабжения обычно работает по следующей схеме: водоисточник — насосный агрегат — напорный агрегат — напорный трубопровод — водонапорная башня — водопроводная сеть — потребители воды.
При включении насоса вода поступает одновременно к потребителям и в напорный бак башни. Количество поступающей в бак воды равно разности между подачей насоса и расходом потребителей. После наполнения бака насосный агрегат отключается и водоснабжение потребителей обеспечивается водой, запасенной в баке. Вместимость бака стандартных водонапорных башен-колонн 15. 50 м 3 и более. При этом общая вместимость бака определяется как сумма трех объемов: регулирующего, запасного и «мертвого». «Мертвый» объем, как правило, невелик. В него входят отстойная часть бака и часть объема бака от его верхней кромки до максимального уровня воды (высотой примерно 0,3 м).
Запасной объем должен хранить хозяйственно-производственный запас на случай перерыва в электроснабжении и, главное, пожарный запас воды, размеры которого определяются строительными нормами и правилами.
Регулирующий объем Vp (м 3 ), подача насоса G,, (м 3 /ч) и текущее потребление воды Gp (м 3 /ч) определяют продолжительность работы насосного агрегата
Соответственно время цикла Ти = Тр + Тп и число включений насоса в течение часа
Максимальное число включений будет при GH = 2GP: 
Наибольшее число включений в течение суток
По этой формуле определяют рабочий объем Ур, ограничивающий максимальное число включений насосного агрегата ятах:
Рабочий объем бака при автоматическом управлении насосным агрегатом определяется расстоянием И между датчиками верхнего и нижнего уровней.
Таким образом, для того чтобы обеспечить число включений погружного насоса не более допустимого по техническим условиям, расстояние между датчиками верхнего и нижнего уровней (зона неоднозначности двухпозиционного регулятора) должно быть
где F— площадь зеркала воды в баке, м 3 .
Опыт эксплуатации погружных насосов свидетельствует о том, что лтах не должно превышать 50. 70 (в зависимости от конструкции) с интервалом между включениями не менее 5 мин.
Схема башенной водонасосной станции с датчиком уровня воды изображена на рисунке 8.21, а, 6. Погружной электродвигатель / в монолите с многоступенчатым насосом 2 закреплен на водоподъемных трубах 3 и опущен в скважину 5. Трубы закреплены в плите 7, установленной в санитарно-техническом помещении 11. Скважины укреплены обсадными трубами диаметром 100. 450 мм. Электродвигатели выполнены сухими, полусухими или заполненными водой. Наиболее распространены электродвигатели, заполненные водой. Резинометаллические или пластиковые подшипники также смазываются водой. К электродвигателю подведен кабель б, закрепленный на водоподъемных трубах хомутами 4. Всасывающая часть трубы снабжена сеткой, задерживающей крупные примеси, которые могут содержаться в воде.
‘Бак 12 башни выполнен сварным из листовой стали и установлен на кирпичной, железобетонной или металлической опоре. К баку подведен напорно-разводящий трубопровод 10. Конец напорной трубы доведен до верхнего уровня, а отвод воды из бака происходит через обратный клапан у нижнего уровня. Бак оборудован внешней /7 и внутренней 18 лестницами, люком /б, вентиляционным клапаном /5, датчиком уровня 14 и водосливной трубой 13, исключающей переполнение бака водой в случае не- отключения насоса. На водопроводе установлен манометр 8 и задвижки 9.
Рис. 8.21. Башенная водонасосная установка с погружным электродвигателем (о), схема датчика уровня воды (6) и принципиальная электрическая схема управления (в):
/—погружной электродвигатель; 2— многоступенчатый насос; 3 — водоподъемные трубы; 4— хомуты; 5—скважина; 6— кабель; 7— плита; 8— манометр; 9— задвижки; 10— напорно-раз- водяший трубопровод; //-санитарно-техническое помещение; 12— бак; 13— водосливная труба; 14—датчик уровня; /5—вентиляционный клапан; 16— люк; /7 и 18— внешняя и внутренняя лестницы; 19— скоба; 20— защитный корпус; 21, 22 и 23— электроды соответственно верхнего, нижнего и общего уровней
Электродный датчик уровня состоит из защитного корпуса 20, скобы 19 для крепления датчика в баке и трубчатых электродов: верхнего 2/, нижнего 23 и общего 22 уровней. Внутри центрального электрода расположен нагревательный элемент, который включен в холодное время для исключения обмерзания электродов.
На рисунке 8.21, в показана принципиальная электрическая схема управления типа ПЭТ башенной водонасосной установкой. Она позволяет в ручном и автоматическом режимах пускать и останавливать электронасос, защищает электродвигатель от перегрузок и коротких замыканий, сигнализирует при помощи сигнальных ламп о включенном и отключенном состояниях насоса.
Ручное включение электронасоса осуществляют переводом переключателя SA в положение Р, а отключение — в положение 0. Автоматический режим работы задают переводом переключателя в положение А. Если в баке воды нет, то контакты (электроды) датчика верхнего SL1 и нижнего SL2 уровней разомкнуты, следовательно, контакты реле KVв цепи катушки магнитного пускателя КМ замкнуты. Магнитный пускатель срабатывает и включает электронасос М. По мере накопления воды в баке перекрываются водой сначала контакты SL2 нижнего уровня, а затем SL1 верхнего уровня. При этом реле KVполучает питание через воду. Контактами KV: 1 оно разрывает цепь питания магнитного пускателя КМ, и электронасос отключается. Реле KV остается включенным через контакты KV:2, SL1 и SL2. Оно отключается только тогда, когда вода разомкнет не только верхние контакты, но и нижние. В этом случае контакты KV: 1 в цепи магнитного пускателя КМ вызовут повторное включение электронасоса М. Отключенное состояние насоса определяется по зеленой лампе HL1, а включенное — по красной HL2.
Защита двигателя осуществляется при помощи типовых расцепителей магнитного пускателя КМ и автомата QF.
На холодный период года выключателем S включается электрообогреватель ЕК датчика, предотвращающий обледенение и промерзание электродов датчика уровня.
Загрузка...
