Автоматизация станций КНС: задачи, оборудование и схемы

Задачи

К задачам системы автоматизации насосной станции относятся — контроль работы насоса в зависимости от уровня сточных вод, защита насосов от отказов (например, сухого хода, фазового сбоя, перегрузки), оптимизация энергопотребления путем регулировки мощности в соответствии с потребностями, а также контроль и аварийная сигнализация состояния насосной станции, включая обнаружение переливов или отказов оборудования.

Основные задачи автоматизации:

1. Управление насосом:

• Регулирование уровня сточных вод. В автоматических системах используются регуляторы уровня (например, поплавки, гидрозонды) для запуска и остановки насосов в зависимости от текущего уровня сточных вод в резервуаре.
• Регулировка производительности. Автоматика позволяет насосам работать последовательно, поочередно или подстраивает их производительность под объем перекачиваемых сточных вод, что повышает эффективность работы системы.

2. Обеспечение безопасности и защиты устройств:

• Защита насоса. Контроллеры защищают насосы от неблагоприятных условий, таких как сухой ход (работа без жидкости), сбой фаз в электропитании или перегрузка двигателя.
• Сигнализация и реагирование на сбои. Система автоматически обнаруживает чрезмерный уровень сточных вод (риск переполнения), и уведомляет персонал об аварийном состоянии.
• Автоматический запуск резервных насосов. В случае выхода из строя основного насоса система может автоматически запустить резервный, обеспечивая непрерывную работу.

3. Мониторинг и надзор:

• Визуализация рабочего состояния. ПО позволяет контролировать все рабочие параметры насосной станции в режиме реального времени.
• Сбор данных. Система автоматизации насосных станций регистрирует часы работы насоса, что упрощает планирование технического обслуживания и диагностику.
• Дистанционная связь. Данные и аварийные сигналы могут передаваться в вышестоящие системы управления, а операторам могут отправляться SMS-уведомления.

4. Повышение эффективности и экономичности насосных станций:

• Оптимизация работы. Регулировка скорости работы насоса в соответствии с текущим спросом позволяет более эффективно использовать энергию.
• Снижение эксплуатационных расходов. Автоматическое управление и защита от неисправностей сводят к минимуму риск дорогостоящих простоев и повреждения оборудования.

Автоматизация также обеспечивает эффективность, экономичность технологического процесса и дистанционное управление насосной станцией.

Оборудование

Современная насосная станция требует комплексной автоматизации. Эффективность работы обеспечивается набором взаимосвязанных технических средств. Основные компоненты включают программируемые логические контроллеры, частотные преобразователи, измерительные приборы и операторские интерфейсы. Каждый элемент выполняет строго определенную функцию.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК)

ПЛК — центральный вычислительный модуль системы. Оборудование обеспечивает логическую обработку сигналов и управление исполнительными механизмами. Выбор контроллера определяется конкретными задачами проекта.

Ключевые параметры:

• Общее число дискретных и аналоговых входов и выходов.
• Поддержка промышленных сетевых протоколов Modbus, Profinet, EtherNet/IP.
• Степень пыле- и влагозащиты корпуса, устойчивость к вибрациям.
• Возможность наращивания аппаратной конфигурации модулями расширения.
• Реализация режима горячего резервирования процессоров и источников питания.

Преобразователи частоты (ПЧ)

Частотные преобразователи применяются для точного регулирования скорости асинхронных двигателей насосов. Использование ПЧ повышает экономическую и технологическим эффективность.

Ключевые преимущества частотного управления:

• Плавное изменение производительности насосного агрегата.
• Снижение потребления электроэнергии.
• Исключение гидравлических ударов в трубопроводной сети.
• Увеличение межремонтного интервала оборудования.
• Комплексная защита электродвигателя от перегрева и перегрузок.

Датчики и измерительные приборы

Исполнительные команды формируются на основе данных от первичных измерительных преобразователей. Точность и надежность датчиков определяют качество всего управления.

Стандартная конфигурация предполагает использование:

• Датчиков избыточного и дифференциального давления.
• Расходомеров электромагнитного или ультразвукового типа.
• Сигнализаторов уровня в резервуарах и емкостях.
• Термопреобразователей для мониторинга температуры двигателей и подшипников.
• Вибродатчиков для прогнозирования технического состояния агрегатов.
• Анализаторов параметров перекачиваемой жидкости.

Человеко-машинный интерфейс (HMI)

Операторский интерфейс обеспечивает визуализацию технологического процесса и диалог с системой. HMI отображает текущую информацию и архивы, позволяет вводить уставки.

Интерфейс реализуется с помощью нескольких устройств:

• Локальных сенсорных панелей на щитах управления.
• Диспетчерских SCADA-систем на промышленных компьютерах.
• Защищенных веб-порталов для удаленного доступа через сеть.
• Специализированных мобильных приложений для мониторинга.

Грамотный подбор перечисленного оборудования гарантирует создание надежной, экономичной и легко управляемой насосной станции.

Схемы автоматизации

Схема автоматизации насосной станции — важный проектный документ. Регламентирует структуру автоматизированного управления технологическим процессом. Определяет состав средств контроля, регулирования и сигнализации. В документе фиксируются взаимосвязи между технологическим оборудованием и аппаратурой автоматики.

Структурный состав схемы автоматизации:

• Диспетчерский пункт. Выполняет функции централизованного мониторинга и управления. Обеспечивает визуализацию технологического процесса на мониторах операторов. Формирует архивы данных и отчетные документы. Реализуется на базе промышленных ПК или специализированных панелей.
• Локальные панели управления. Отвечают за взаимодействие персонала с оборудованием на месте. Оснащаются устройствами индикации и органами управления. Отображают текущее состояние агрегатов и параметры процесса. Позволяют выполнять локальное управление и настройку.
• Шкафы управления и автоматики. Внутри размещаются программируемые логические контроллеры (ПЛК), устройства коммутации, защиты и пуска. Отвечают за сбор телеметрической информации с первичных датчиков. Реализуют алгоритмы управления исполнительными механизмами.

Уровень автоматизации может варьироваться. Возможно управление отдельной станцией или централизованный диспетчерский контроль группой объектов.

Результаты автоматизации

Каков результат проекта автоматизации насосной станции? Внедрение современных систем автоматизации дает значительные технико-экономические преимущества.

Среди которых:

1. Снижается потребление электроэнергии на 20-50%. Достигается за счет оптимизации рабочих режимов насосных агрегатов.
2. Круглосуточный контроль технологических параметров. Контролируются давление, уровень, расход, температура и вибрация.
3. Повышается надежность и безопасность эксплуатации. Внедряются автоматические блокировки и защитные алгоритмы. Предотвращаются аварийные ситуации.
4. Сокращаются объемы аккумулирующих емкостей. Оптимизация режимов работы канализационных насосных станций уменьшает необходимый объем регулирующих резервуаров.
5. Осуществляется постоянный мониторинг технического состояния оборудования. Своевременно выявляются отклонения от нормальной работы.
6. Уменьшаются затраты на техническое обслуживание и ремонт. Работа оборудования в номинальных режимах снижает износ.
7. Удаленный мониторинг и управление в реальном времени.

В результате автоматизации насосной станции сокращается численность эксплуатационного персонала. Отпадает необходимость в постоянном дежурстве на объекте. Также исключается ведение бумажных журналов учета. Все данные регистрируются системой автоматически.

Заключение

В результате автоматизации насосной станции достигается значительное повышение энергоэффективности и надежности работы оборудования. Также оптимизируются эксплуатационные расходы, поддерживается бесперебойное функционирование устройств и минимизируется риск аварийных ситуаций.

Вопрос — ответ

Для чего нужна автоматизация насосных станций?

Автоматизация насосных станций отвечает за повышение надежности и отказоустойчивости. Система автоматически контролирует параметры работы оборудования — защищает от сухого хода, перегрузок, скачков давления. Снижается риск аварийных ситуаций и повреждения дорогостоящего оборудования. Исключаются неоправданные затраты электроэнергии. Насосные агрегаты работают в наиболее экономичных режимах. Отпадает необходимость в постоянном присутствии обслуживающего персонала. Автоматика обеспечивает круглосуточный мониторинг и управление. Оперативно включаются резервные агрегаты при отказе основных.

Для каких объектов необходима автоматизация насосных станций?

Автоматизация насосных станций необходима для системы водоснабжения и водоотведения населенных пунктов. Станции подъема и перекачки воды, очистные сооружения, канализационные насосные станции (КНС). Отвечают за стабильное давление в сетях, бесперебойная подача воды потребителям и отвод стоков. Также автоматизация актуальна для промышленных предприятий, объектов тепло- и энергоснабжения, сельскохозяйственных комплексов.