Автоматизация и диспетчеризация водоотведения: назначение, функции и устройство

Автоматизация водоснабжения — это управление работой насосов, задвижек и очистных сооружений без постоянного вмешательства человека.

Диспетчеризация — это удаленный сбор данных (давление, расход) с оборудования на единый пульт для мониторинга и оперативного принятия решений. Вместе они обеспечивают бесперебойную и эффективную подачу воды.

Для каких объектов нужна автоматизация и диспетчеризация водоотведения

На данных объектах протекает комплекс взаимосвязанных гидравлических, физико-химических и биологических процессов. Системы водоснабжения и водоотведения как объекты автоматизации характеризуются рядом специфических особенностей:

1. Повышенный уровень ответственности, требующий обеспечения максимальной надежности и бесперебойности функционирования.
2. Эксплуатация в условиях нестабильной нагрузки, которая постоянно изменяется.
3. Зависимость технологических режимов от колебаний качества поступающей воды.
4. Значительная территориальная распределенность сооружений, обуславливающая потребность в централизованном управлении и координации их работы.
5. Технологическая сложность процессов, требующая строгого контроля для достижения высоких показателей очистки воды.
6. Задача оптимизации энергопотребления и обеспечения экономичной эксплуатации насосного оборудования.
7. Требование сохранения функциональности системы при возникновении аварийных ситуаций на локальных участках.

Автоматизации подлежат следующие ключевые элементы систем водоснабжения и канализации:

• артезианские скважины;
• насосные станции первого и второго подъема, а также повысительные;
• фильтровальные станции;
• сети диктующих точек;
• канализационные насосные станции (КНС) и очистные сооружения.

Устройство систем автоматизации и диспетчеризации водоотведения

1. Датчик – это компонент технических систем, основной задачей которого является получение информации о состоянии устройства или процесса для последующего измерения, подачи сигнала, регулирования или управления.
2. Измерительный преобразователь представляет собой техническое средство с нормируемыми метрологическими свойствами. Его функция заключается в преобразовании измеряемого параметра в другой вид величины или измерительный сигнал, который пригоден для обработки, передачи, хранения, индикации или дальнейших преобразований, но не может быть воспринят оператором напрямую.
3. Модули ввода/вывода данных – это аппаратные компоненты, которые выполняют функцию преобразования аналоговых сигналов от датчиков в цифровой код, передаваемый компьютеру или программируемому контроллеру, а также обеспечивают передачу командных сигналов от управляющего устройства к исполнительным механизмам.
4. Контроллер – это управляющее устройство в области электроники и вычислительной техники. Программируемый логический контроллер (ПЛК, PLC) является специализированным устройством управления для автоматизации процессов в промышленности, энергетике, ЖКХ, на транспорте и других областях. По своей сути, ПЛК – это специализированный компьютер, ориентированный на работу в режиме реального времени. В отличие от универсальных компьютеров, ПЛК оснащены развитой системой ввода-вывода для подключения датчиков и исполнительных устройств, рассчитаны на продолжительную автономную работу и устойчивы к воздействию неблагоприятных внешних условий.
5. Исполнительное устройство – это элемент системы автоматического управления, который оказывает непосредственное воздействие на технологический процесс в соответствии с поступающей командой. Конструктивно такие устройства являются преобразователями, которые трансформируют входной управляющий сигнал (электрический, пневматический, оптический и т.д.) в выходное механическое действие, изменяющее состояние объекта управления. К ним относятся электродвигатели, электрические, пневматические и гидравлические приводы, реле и другие аналогичные механизмы.

Проектирование систем автоматизации водоснабжения и водоотведения

Процесс организации водоснабжения технологически разделяется на два ключевых этапа: подъем и очистку воды, а также ее последующее распределение и подачу. Соответственно, автоматизация данной сферы заключается в решении двух основных задач:

1. Внедрение систем автоматического управления насосными станциями и узлами водоочистки, что включает контроль за фильтрацией, расходом, распределением по стоякам и другие операции.
2. Организация автоматизированной подачи и распределения водных ресурсов внутри здания.

Главная цель внедрения АСУ ТП в сфере водоснабжения — это гарантированное и бесперебойное обеспечение потребителей водой при одновременном снижении эксплуатационных расходов.

Качественно разработанный проект автоматизации систем водоснабжения и водоотведения дает заказчику возможность осуществлять полный контроль над всеми стадиями работ — от монтажа оборудования до пусконаладочных мероприятий и ввода объекта в эксплуатацию.

Системы холодного и горячего водоснабжения представляют собой сложные инженерные комплексы. Их проектирование требует проведения гидравлических расчетов, создания аксонометрических схем, подбора месторасположения и определения мощности насосного и водонагревательного оборудования, а также разработки алгоритмов взаимодействия и управления всеми элементами.

Автоматизацию систем водоснабжения и канализации (ВиК) можно разделить на несколько крупных модулей: автоматизацию хозяйственно-питьевого водоснабжения, узла учета воды (водомерного узла), системы дренажных приямков и непосредственно канализации.

В проект автоматизации включается оснащение средствами контроля исправности основного и резервного насосного оборудования, функции аварийного отключения по сигналу от противопожарных систем, мониторинг ключевых параметров, а также описание алгоритмов функционирования в различных режимах. Проект создается с учетом решений, заложенных в проекте ИТП.

Стандартный проект автоматизации обычно содержит следующую документацию:

• Общие данные по проекту.
• Структурные схемы (при необходимости).
• Техническое задание на программирование управляющей системы.
• Функциональные схемы автоматизации для каждой подсистемы, служащие основой для сборки щитов автоматики.
• Схемы подключения и связи контроллеров.
• Схемы внешних соединений для шкафов управления.
• Схемы интеграции со смежными автоматизированными системами.
• Принципиальные электрические схемы щитов автоматизации и подключения двигателей насосов/вентиляторов.
• Принципиальные схемы электропитания щитов.
• Планы размещения оборудования и трасс прокладки кабелей.
• Кабельные журналы.
• Монтажные схемы.
• Спецификации на оборудование и кабельную продукцию.

Эффект от внедрения автоматизированной системы управления

После внедрения автоматизированной системы управления на предприятии удалось сократить численность дежурного персонала. Порядок работы значительно изменился: теперь мы можем в реальном времени контролировать все режимы работы насосов и параметры датчиков. Кроме того, мы отслеживаем производительность артезианских скважин и ведем оперативный учет добываемой из них воды.

Заключение

Автоматизация и диспетчеризация водоотведения критически важны для технологически сложных, территориально распределенных и ответственных объектов: артезианских скважин, насосных станций, очистных сооружений и КНС. Их внедрение обеспечивает бесперебойность, надежность, экономию ресурсов и позволяет централизованно управлять всей системой в реальном времени, минимизируя человеческий фактор.

Вопрос-ответ

Какой экономический эффект от внедрения системы автоматизации водоотведения?

Главный экономический эффект заключается в значительном сокращении эксплуатационных расходов. Это достигается за счет оптимизации энергопотребления, особенно дорогостоящего насосного оборудования, и сокращения численности дежурного персонала. Дополнительная экономия формируется за счет снижения рисков аварийных ситуаций и связанных с ними затрат, а также за счет точного оперативного учета ресурсов.

Какие затраты на внедрение и эксплуатацию водоотведения?

Затраты на внедрение включают проектирование системы, закупку оборудования (датчики, контроллеры, исполнительные устройства) и его монтаж, а также пусконаладочные работы. Эксплуатационные затраты состоят из обслуживания технических средств, обеспечения их энергопитанием и потенциального обновления программного обеспечения. Полный перечень необходимого оборудования и работ отражен в проектной документации.