Снип 20402-84 пособие по проектированию

Автоматизация водоснабжения (к СНиП 2.04.02-84) Пособие по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ СОЮЗВОДОКАНАЛПРОЕКТ ГОССТРОЯ СССР

по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения

приказом СоюзводоканалНИИпроекта от 5 марта 1985 г. №41

Рекомендовано к изданию техническим советом Союзводо-канал-проекта Госстроя СССР.

Содержит сведения об объемах автоматизации, технологического контроля и системах управления водопроводными сооружениями. Для инженерно-технических работников проектных организаций.

При пользовании Пособием следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале «Бюллетень строительной техники» Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты. СССР» Госстандарта.

Пособие разработано на основании проведенных исследований, обобщения отечественного и зарубежного опыта проектирования и эксплуатации систем автоматизации водопроводных сооружений, а также «Инструкции по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения» (СН 516-79).

В Пособии приведены рекомендуемые объемы технологического контроля, автоматизации, диспетчерского управления и телемеханизации в сетях и на сооружениях, обеспечивающих нормальную эксплуатацию систем водоснабжения; освещены основные вопросы проектирования автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) водоснабжения; приведена методика расчета экономической эффективности АСУ ТП и системы телемеханизации (как первого этапа) для определения целесообразности их проектирования.

По мере накопления опыта эксплуатации установок автоматизации, а также появления новых разработок и результатов исследований Пособие будет дополнено принципиальными схемами и решениями по автоматизации отдельных механизмов и систем, методикой расчета технико-экономического обоснования выбора регулируемого привода и другими материалами.

Пособие разработано Союзводоканалпроектом — инженеры П.А. Беленькая, А.Е. Высота, И.М. Хинчин (разд. 1-4) совместно с ВНИИ ВОДГЕО ¾ д-р техн. наук Д.Н. Смирнов, кандидаты техн. наук Б.С. Лезнов, Я.Н. Гинзбург, инж. А.С. Дмитриев (разд. 1 и 2) и АКХ им. К.Д. Памфилова ¾ кандидаты техн. наук И.С. Эгильский, Т.А. Урнова, В.В. Финкельштейн (разд. 5).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Система автоматического управления предусматривается на всех сооружениях водоснабжения.

1.2. При определении объема автоматизации сооружений водоснабжения учитываются их производительность, режим работы, степень ответственности, требования к надежности, а также перспектива сокращения численности обслуживающего персонала, улучшение условий труда работающих, снижение потребления электроэнергии, расхода воды и реагентов.

1.3. Контролируемые параметры определяются исходя из принятой степени автоматизации сооружений, условий их эксплуатации и требований органов санитарно-эпидемиологической службы к составу и свойствам воды.

1.4. Система автоматизации сооружений водоснабжения должна предусматривать: автоматическое управление основными технологическими процессами в соответствии с заданным режимом или по заданной программе; автоматический контроль основных параметров, характеризующих режим работы технологического оборудования и его состояние; автоматическое регулирование параметров, определяющих технологический режим работы отдельных сооружений и их экономичность.

1.5. При разработке систем автоматизации, телемеханизации и технологического контроля, как правило, необходимо использовать приборы и оборудование, серийно изготовляемые промышленностью, а также типовые конструкции.

1.6. Для автоматизации сооружений с большим количеством объектов управления или технологических процессов с количеством логических операций свыше 25 целесообразно использовать микро-про-цессорные контроллеры вместо релейно-контактной аппара-туры.

Применение микропроцессорных контроллеров является прогрес-сивным направлением развития автоматики.

Контроллер обеспечивает управление объектом или группой объектов, работающих независимо друг от друга или взаимосвязанных одной технологической системой, позволяет осуществлять логические зависимости программным путем без вмешательства в его устройство, а также менять программу в случае необходимости в процессе работы.

1.7. Для измерения параметров, контроль которых еще не автоматизирован, должен быть предусмотрен лабораторный контроль.

1.8. Система автоматического управления должна предусматривать возможность местного управления отдельными устройствами или сооружениями.

2. ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

2.1. На водозаборах поверхностных вод предусматривается автоматическая промывка вращающихся сеток.

2.2. Автоматическую промывку вращающихся сеток рекомендуется выполнять по перепаду уровней до и после сеток (длительность промывки устанавливается программным реле) и по временной программе, при этом должна быть предусмотрена возможность изменения интервала между промывками, уточняемого в процессе эксплуатации сооружения.

2.3. На водозаборах подземных вод при переменном водопотреблении рекомендуется предусматривать следующие способы управления насосами:

дистанционное или телемеханическое — по командам из пункта управления (ПУ);

автоматическое — в зависимости от уровня воды в резервуаре;

автоматическое-по давлению в сети.

2.4. Технологические параметры, подлежащие контролю на водозаборных сооружениях, приведены в табл. 1.

Цель измерения или сигнализации

Водозаборные сооружения поверхностных вод

Уровень воды в водоеме и водоприемном колодце

Перепад уровней на вра-щающихся сетках

Водозаборные сооружения подземных вод

Температура в наземном павильоне или заглублен-ной камере

Контроль, автома-ти-за-ция электроото-пления

Расход воды от каждого водозаборного сооружения (скважины, шахтного ко-лодца и т.д.)

Аварийный уровень воды в скважинах, уровень воды в приемных колодцах

Отключение насоса при аварийном по-нижении уровня

Давление в напорном тру-бопроводе каждого водоза-борного сооружения

Давление на насосном агре-гате

Измерение и сигнализация

Вакуум во всасывающих линиях насосов и в вакуум-установках

Уровень воды в резервуарах и приемных камерах

Измерение и сигнализация

Контроль, отключе-ние насосов

Уровень воды в дренажном приямке

Автоматизация ра-боты дренажных на-сосов

Температура подшипников аг-регатов (если предусмот-рена установка датчиков)

Отключение агрегата при перегреве

Температура обмотки ста-тора электродвигателя (при необ-ходимости)

Температура в помещениях необслуживаемых насосных станций

Контроль, автомати-зация электроотопле-ния и вентиляции

Уровень воды в вакуум-котле

Автоматизация ра-боты вакуум-насосов

Давление в баке-ресивере

Автоматизация ра-боты насосов и ком-прессоров в гидро-пневматических на-сосных станциях

Уровень воды в баке-реси-вере

Затопление машинного зала

Аварийный уровень затоп-ления

Контроль, автомати-ческое отключение всех насосов

2.20. Электрические и трубные проводки, монтаж и установку контрольно-измерительных приборов следует выполнять в соответствии с руководящими материалами (РМ 4), типовыми чертежами и нормалями Главмонтажавтоматики.

2.21. Расход воды, подаваемой по водоводам насосных станций, следует измерять расходомерами переменного перепада с диафрагмами или трубами Вентури, ультразвуковыми или электромагнитными расходомерами. На насосных станциях с подачей воды до 100 м 3 /ч по каждому водоводу допускается использовать турбинные водосчетчики для измерения объема поданной воды.

2.22. Для уменьшения трудоемкости, исключения контакта людей с реагентами и экономного расходования реагентов все операции, связанные с использованием химических реагентов на водоочистных станциях, максимально автоматизируются.

Для упрощения автоматизации технологическая схема реагентного хозяйства должна быть построена по блочному принципу, без усложняющих переключений оборудования.

2.23. В качестве дозирующих устройств растворов коагулянтов и других реагентов в автоматизированных системах рекомендуется применять насосы-дозаторы, регулирующие клапаны и бункерные дозаторы.

При использовании плунжерных насосов-дозаторов необходимо предусматривать полную очистку раствора от абразивного шлака в отстойниках, гидроциклонах или других устройствах.

Применение плунжерных насосов-дозаторов для дозирования известковой суспензии не рекомендуется. Для дозирования известковой суспензии рекомендуется применять бункерные дозаторы.

Плунжерные насосы-дозаторы предусматриваются, как правило, при постоянных расходах обрабатываемой воды.

Регулирующие клапаны должны записываться из баков постоянного уровня или через регуляторы напора.

Бункерные дозаторы следует устанавливать выше расходных баков. При дозировании в напорный трубопровод растворы реагентов подаются во всасывающую линию насосов.

2.24. Системы автоматического дозирования раствора коагулянта в обрабатываемую воду рекомендуется выполнять:

по соотношению расходов обрабатываемой воды и раствора коагулянта;

по заданному приращению удельной электрической проводимости (УЭП) воды, смешанной с коагулянтом.

При всех системах дозирования оптимальную дозу коагулянта следует устанавливать пробным коагулированием.

2.25. Системы автоматического дозирования по заданному соотношению расходов обрабатываемой воды и раствора коагулянта строятся на базе расходомеров воды (обычно существующих на водоочистных станциях для учета воды), электромагнитных и иных расходомеров раствора коагулянта с преобразователем, футерованных эмалью или фторопластом.

Системы дозирования, построенные по соотношению расходов обрабатываемой воды и раствора коагулянта, требуют постоянной стабилизации концентрации рабочего раствора коагулянта.

2.26. Системы дозирования коагулянта, действующие по заданной УЭП воды, строятся на базе узкопредельных кондуктометрических концентратомеров повышенной чувствительности с дифференциальной измерительной схемой.

Кондуктометры, предназначенные для этой цели, должны быть рассчитаны на измерение приращения УЭП воды в диапазоне 0,5-35 мСм/см и иметь чувствительность не менее 0,0025 мСм/см. Кондуктометры с указанными данными практически пригодны для контроля процессов коагуляции природных вод бассейнов рек на всей территории СССР.

В качестве кондуктометров для измерения приращения УЭП воды за счет введенного коагулянта могут использоваться приборы, разрабатываемые на базе серийных приборов КК-1.

При колебаниях расходов обрабатываемой воды, не превышающих 5 % среднего часового расхода, можно применять одноконтурные CAP потока коагулянта, не связывая их с расходом обрабатываемой воды.

2.27. Систему стабилизации концентрации рабочего раствора коагулянта рекомендуется строить на базе бесконтактных (индукционных), кондуктометрических концентратомеров и запорных задвижек с электрическим приводом.

Кондуктометры должны быть рассчитаны на диапазон измерения 1-6×10 -2 См/см [растворы коагулянта с концентрацией 3-15 % AL2(SO4)3].

В качестве кондуктометрических концентратомеров для рабочих растворов коагулянта на указанные пределы измерения разрабатываются приборы на базе приборов КК-8,9.

Подача в обрабатываемую воду растворов полиакриламида, кремниевой кислоты и других флокулянтов ввиду их весьма малых расходов может строиться по упрощенным схемам без применения кондуктометрии, с использованием дистанционно управляемого клапана, регулирующего подачу раствора. При необходимости может быть применена схема пропорционального дозирования по расходу.

2.28. Подача щелочного реагента (известкового молока) в процессе коагуляции воды автоматизируется по величине рН (характеризующей в данном случае гидратную щелочность). Ввиду медленного изменения щелочности в природных водах следует ограничиться одноконтурной CAP, действующей по отклонению от заданного значения величины рН, реализующей законы ПИ-регулирования. Датчик рН-метра рекомендуется устанавливать в створе полного перемешивания реагента с обрабатываемой водой (на выходе из смесителя или вблизи него).

При выборе электродов следует руководствоваться техническими данными на них и технологической характеристикой контролируемой среды.

2.29. При фторировании воды автоматическое дозирование фторсодержащих реагентов следует производить при помощи CAP, построенных с применением ионоселективных фторидных электродов. В паре с электродом на фтор-ионы применяются вспомогательные электроды ЭХСВ-1 или ЭВП-ЛЗ. В качестве первичных и вторичных преобразователей при измерении концентрации фтор-ионов рекомендуется менять датчики и преобразователи промышленных иономеров (рН-метров).

Необходимо обеспечить постоянный расход контролируемой среды через датчик.

CAP подачи фторсодержащих реагентов рекомендуется проектировать одноконтурными, действующими по принципу отклонения от заданной концентрации фтор-ионов в обработанной воде.

Процесс обесфторивания рекомендуется контролировать теми же средствами.

2.30. Все CAP процесса обработки воды газообразным (жидким) хлором для обеззараживания и иных целей строятся на базе автоматизированных вакуумных дозаторов (хлораторов).

В качестве автоматизированных хлораторов рекомендуется применить дозаторы хлора комплексной системы «Аквахлор» НИКТИ ГХ УССР.

Дозаторы системы «Аквахлор» выпускаются производительностью от 5 до 150 кг/ч. Автоматизированный дозатор входит в состав комплексной системы «Аквахлор», состоящей из автоматически управляемых испарителей, эжекторов, анализаторов хлора, панелей управления и сигнализации.

Лучшими дозаторами хлора признаны хлораторы Таллинского водопровода. Они имеют две модификации: с ручным (С-0277) и с автоматическим (С-0378) управлением.

Хлораторы Таллинского водопровода серийно не выпускаются, однако на указанные хлораторы эстонским институтом Коммуналпроект разработаны техническая документация и рабочие чертежи.

2.31. Современные CAP процесса хлорирования воды относятся к типу стабилизационных, действующих по отклонению от заданных концентраций остаточного хлора в обработанной воде, с автоматическим анализатором в канале обратной связи. САР хлора должна обеспечивать содержание хлора в обработанной воде с отклонением от норм +0,05 мг/л.

Характерной особенностью CAP процесса обеззараживания воды хлором является большое запаздывание сигнала, поступающего на регулятор и исполнительный механизм от анализатора хлора.

Продолжительность контакта свободного активного хлора с водой должна быть не менее 30 мин, связанного хлора — не менее 1 ч. Такая продолжительность контакта определяет расстояние между точкой ввода хлора в воду и точкой отбора хлорированной воды на анализ, т.е. основное время транспортного запаздывания.

Указанные неблагоприятные динамические свойства объекта регулирования требуют применения в CAP процесса хлорирования воды регулирующих устройств с высокими динамическими качествами (например, регуляторов Р27, системы «Каскад-2» или РБИЗ-П системы АКЭСР) и динамических преобразователей с памятью (например, Д07 или БДП-П).

Динамические качества CAP процесса хлорирования воды можно повысить, уменьшив время запаздывания путем приближения точки отбора хлорированной воды к точке ввода хлора. В этом случае для контроля за содержанием остаточного хлора устанавливается второй анализатор в створе, где обеспечивается нормированная продолжительность контакта хлора с водой.

Наиболее распространенный способ улучшения динамических свойств CAP процесса хлорирования воды заключается в устройстве двухконтурной (двухкаскадной) CAP.

Первый контур обеспечивает заданное соотношение между расходом хлор-газа и расходом обрабатываемой воды, второй корректирует эти соотношения по отклонению от нормы количества остаточного хлора в обработанной воде.

Если надежность автоматического анализатора хлора недостаточно высокая, в длительном режиме работы ограничиваются устройством первого контура, т.е. строят CAP стабилизации принятой дозы хлора в зависимости только от расхода обрабатываемой воды, корректируя эту дозу вручную по данным лабораторных измерений или по показаниям анализаторов.

2.32. При обработке воды хлором с целью ее обесцвечивания или борьбы с биологическими отложениями, когда оптимальная доза хлора устанавливается по опытным данным, системы управления хлораторами строятся также по схемам стабилизации с коррекцией дозы хлора по концентрации остаточного хлора.

2.33. При проектировании и устройстве систем автоматизации и технологического контроля процесса хлорирования воды следует иметь в виду, что современные анализаторы хлора в воде построены по амперметрическому методу измерения. В режиме работы с применением реагентов (йодистого калия — для перевода хлора в эквивалентное количество йодида и буферного раствора — для создания кислой среды с рН = 4,5 в пробе воды, поступающей в электрохимическую ячейку анализатора) анализаторы амперметрического типа измеряют содержание общего активного хлора (свободного + связанного). В режиме работы без применения йодистого калия анализатор измеряет только содержание свободного активного хлора.

2.34. В отстойниках и осветлителях предусматривается устройство для автоматического контроля предельного уровня осадка. Автоматизации выпуска осадка должна осуществляться в тех случаях, когда предусмотренная проектом частота выпуска осадка из каждой секции больше одного раза в сутки.

2.35. Автоматизацию выпуска осадка следует осуществлять по достижении предельного уровня, при котором сигнал от датчика уровня осадка должен подаваться на привод выпускной задвижки, или при механизированном удалении осадка на привод соответствующего оборудования, например скребков.

Возможно дистанционное управление выпуском осадка из ПУ по сигналу о достижении предельного уровня. Продолжительность выпуска осадка должна уточняться в процессе эксплуатации.

2.36. При автоматическом выпуске осадка вводится блокировка, исключающая, как правило, возможность одновременного выпуска осадка из нескольких отстойников или осветлителей.

Фильтры, контактные осветлители

2.37. На фильтрах регулирование скорости фильтрования осуществляется по расходу фильтрованной воды или по уровню воды в фильтре.

Смотрите так же:  Сколько штраф за непристегнутого ребенка 2019

При регулировании по уровню воды в фильтрах должно быть обеспечено равномерное распределение ее между фильтрами, находящимися в работе.

2.38. В качестве дросселирующего устройства в регуляторах скорости фильтрования рекомендуется применять дисковые затворы и дроссельные поворотные заслонки. Допускается применение простейших поплавковых клапанов.

2.39. В тех случаях, когда скорость фильтрования необходимо изменять, применяются управляемые регуляторы скорости фильтрования, позволяющие регулировать режим работы фильтров дистанционно с пульта управления.

2.40. Вывод фильтров на промывку рекомендуется осуществлять по потере напора в загрузке или по положению дросселирующего органа, установленного на трубопроводе фильтрованной воды.

Допускается вывод фильтров на промывку по сигналу о повышении уровня в фильтре или по временной программе.

2.41. На станциях очистки воды с числом фильтров свыше 10 автоматизируется процесс промывки. При числе фильтров до 10 предусматриваются сигнализация о необходимости вывода фильтра на промывку и полуавтоматическое сблокированное управление промывкой с пультов или щитов.

2.42. Схема автоматизации процесса промывки фильтров и контактных осветлителей должна обеспечивать выполнение в определенной последовательности следующих операций: управления по заданной программе затворами и задвижками на трубопроводах, подводящих и отводящих обрабатываемую воду, пуска и остановки насосов промывной воды и воздуходувок при воздуховоздушной промывке.

2.43. В схемах автоматизации следует предусматривать блокировку, допускающую, как правило, промывку только одного фильтра.

2.44. Насосы промывной воды, как правило, принимаются с низковольтными приводными электродвигателями. При установке насосов с высоковольтными двигателями необходимо обеспечить такую последовательность промывки фильтров, при которой число включений насосов будет минимальным.

2.45. При подаче промывной воды из бака должна быть обеспечена возможность стабилизации ее расхода.

2.46. Автоматический вывод фильтров на промывку возможен при наличии запаса промывной воды в резервуаре.

2.47. При подаче промывной воды насосами перед промывкой фильтров рекомендуется предусматривать автоматический выпуск воздуха из трубопровода промывной воды.

2.48. Продолжительность промывки следует устанавливать по времени или по мутности промывной воды в отводящем трубопроводе.

2.49. На ионитовых фильтрах процесс регенерации рекомендуется автоматизировать.

Вывод на регенерацию катионитовых фильтров рекомендуется предусматривать по остаточной жесткости обработанной воды, анионитовых фильтров ¾ по электропроводности воды.

Допускается полуавтоматический режим управления фильтрами, при котором вывод фильтра на регенерацию осуществляется по команде дежурного.

2.50. Процесс регенерации фильтров автоматизируется: взрыхление загрузки — по времени; подача регенерационного раствора — по его объему или по времени; отмывка загрузки — по времени; включение фильтра в работу — по окончании процесса регенерации.

2.51. Смешивание воды, прошедшей Na-катионитовые и Н-катионитовые фильтры, осуществляется по заданному значению рН смешанной воды или по ее щелочности.

2.52. Технологические параметры, подлежащие контролю на станциях очистки и подготовки воды, приведены в табл. 3.

Цель измерения или сигнализации

Общие параметры для площадки очистных сооружений

Расход исходной воды

Автоматизация до-зирования реагентов, контроль

рН исходной и обра-ботанной воды

2 ) и проверять на фактическую нагрузку. К местам установки и транспортирования оборудования необходимо предъявлять аналогичные требования.

4.75. Двери, через которые предусмотрено транспортировать оборудование, должны иметь ширину 1,3 м, высоту — не менее 2,3 м.

4.76. Все двери должны открываться наружу в направлении эвакуации людей.

4.77. Вход в диспетчерскую по возможности должен быть расположен в поле зрения диспетчера, находящегося на своем рабочем месте за пультом.

4.78. Для раскладки кабелей в диспетчерской и аппаратной следует:

при расположении ПУ в нижнем этаже здания предусматривать кабельные каналы глубиной 400-600 мм;

при расположении диспетчерской и аппаратной на верхних этажах предусматривать двойной пол высотой 200-400 мм в чистоте над отметкой черного пола.

Съемные плиты двойного пола должны быть только в местах прокладки кабельных коммуникаций.

При размещении диспетчерской и аппаратной на верхних этажах допускается предусматривать конструкции для кабельных раскладок по потолку нижерасположенного этажа.

4.79. Внутреннюю отделку помещений ПУ следует принимать в соответствии с требованиям СНиП 2.04.02-84.

4.80. В диспетчерской желательно иметь подвесной потолок, скрывающий его выступающие части (балки, прогоны) и служащий для установки светильников и вентиляции.

Требования к освещению ПУ

4.81. Помещение диспетчерской должно иметь естественное освещение. Устройство световых фонарей в диспетчерской не допускается. В помещениях без постоянного дежурного персонала естественное освещение не обязательно.

4.82. Помещения диспетчерской и аппаратной необходимо обеспечить рабочим, аварийным и ремонтным освещением, прочие помещения ПУ — только рабочим и ремонтным.

4.83. Искусственное освещение диспетчерской должно быть равномерным и отраженным. Поверхность диспетчерского щита должна освещаться без бликов, а сигналы на щите должны быть хорошо различимы. Освещенность (от общего освещения) поверхности диспетчерского щита должна быть равна 200 лк, за щитом и в проходах ¾ 100 лк в соответствии с требованиями СНиП II-4-79.

4.84. Искусственное освещение аппаратной должно обеспечивать освещенность в проходах между рядами аппаратуры 100 лк (от общего освещения).

4.85. Для искусственного освещения диспетчерской и аппаратной предпочтительнее светильники с люминесцентными лампами.

В диспетчерской светильники должны быть встроены в конструкцию подвесного потолка.

4.86. Освещение аккумуляторной следует выполнять в соответствии с требованиями ПУЭ.

4.87. В помещениях мастерской и лаборатории освещенность на рабочих местах (от комбинированного освещения) должна составлять 1000 лк при люминесцентном освещении и 500 лк при освещении лампами накаливания в соответствии с требованиями СНиП 1М-79.

4.88. Для ремонтного освещения рекомендуется использовать переносные электролампы на напряжение 12-42 В.

Требования к вентиляции ПУ

4.89. В диспетчерских помещениях при объеме на одного человека свыше 40 м 3 и при наличии окоп используется естественная вентиляция в соответствии с требованиями СП 245-71.

При необходимости и для условий тропического климата применяется кондиционирование воздуха.

4.90. Вентиляция помещений аппаратной рассчитывается с учетом тепловых потерь от установленного оборудования.

4.91. ПУ должны быть оборудованы пожарной сигнализацией.

5. АСУ ТП ВОДОСНАБЖЕНИЯ

5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

АСУ ТП представляют собой высший этап автоматизации водопроводных сооружений и призваны обеспечивать оптимальное ведение технологических процессов водоснабжения.

В технологическом процессе водоснабжения можно выделить два подпроцесса — подъем и обработку воды, подачу и распределение воды. В соответствии с этим под АСУ ТП водоснабжения следует понимать комплекс систем, состоящий из:

АСУ ТП подъема и обработки воды (АСУ ТП ПОВ), осуществляющей управление насосными станциями I подъема и водоочистными сооружениями (фильтровальными станциями, отстойниками, дозированием химических реагентов и др.);

АСУ ТП подачи и распределения воды (АСУ ТП ПРВ), охватывающей резервуары чистой воды, насосные станции II и последующих подъемов, водопроводные сети.

АСУ ТП ПРВ создаются на водопроводах с поверхностными и подземными водоисточниками, АСУ ТП ПОВ ¾ на крупных водоочистных станциях с поверхностными водоисточниками.

Целью управления при функционировании АСУ ТП водоснабжения является обеспечение надежного водоснабжения населения и промышленности города с минимальными эксплуатационными затратами.

Переменная часть эксплуатационных затрат, зависящая от режима работы сооружений, включает расход электроэнергии на насосных станциях, утечки и нерациональные расходы воды, расход химических реагентов.

Известно, что в городских водопроводах имеется значительный перерасход электроэнергии (до 10-15 %), обусловленный избыточными напорами воды, нерациональным распределением нагрузки между насосными станциями, а также работой насосных агрегатов при пониженных значениях КПД.

Водопотребление в жилых зданиях существенно зависит от напоров воды. Поскольку в централизованных системах подачи и распределения воды напор водоисточника (насосной станции или резервуара) выбирается из условия обеспечения требуемых давлений в конечной или наиболее высоко расположенной точке сети (диктующей точке), в большинстве районов сети имеются избыточные напоры. Часть избыточных напоров является неизбежной, так как зависит от конструкции сети, и необходима для подачи воды в более удаленные точки сети, другая часть зависит от режима работы системы. Избыточные напоры в сети вызывают повышенный расход воды.

При оптимизации режимов работы водопроводов необходимо минимизировать не только потребление электроэнергии и потери воды, по также и недоотпуск воды вследствие недостаточных напоров в диктующих точках сети.

Поэтому в качестве критерия оптимальности I следует рассматривать составную функцию

где I1 ¾ потери воды и перерасход электроэнергии, вызванные избыточными напорами в сети;

I2 — штраф за недоотпуск воды потребителям при недостаточных напорах в ряде точек сети;

I3¾ затраты на управление (повышенный расход электроэнергии при переключениях насосов, потери энергии при дросселировании напора задвижками и др.).

На водоочистных станциях отмечается перерасход химических реагентов (на 20-30 %).

При внедрении АСУ ТП с помощью ЭВМ, телемеханической и другой аппаратуры осуществляются сбор информации о напорах в диктующих точках водопроводной сети и параметрах работы насосных станций (подаче, напоре, расходе электроэнергии, значениях уровня воды в резервуарах) и контроль за расходованием реагентов и работой фильтров, производится анализ этой информации и выполняются расчеты по определению оптимальных условий эксплуатации.

АСУ ТП водоснабжения представляет собой систему, в которой человек (диспетчер) с помощью различных технических средств осуществляет управление, используя рекомендации по оптимальному ведению технологического процесса водоснабжения, а ЭВМ производит первичную обработку информации, необходимые расчеты и выполняет функции «советчика» диспетчера.

Участие человека в управлении необходимо из-за сложности систем водоснабжения, наличия ряда неформализованных факторов, влияющих на принятие решений, а также из-за отсутствия ряда автоматических регуляторов и других устройств, необходимых для комплексной автоматизации сооружений. Включение человека в контур управления требует использования специальных технических средств отображения информации и ввода команд управления (мнемощитов, дисплеев, диспетчерских пультов и др.).

Таким образом, АСУ ТП водоснабжения является системой информационно-советующего типа. Для отдельных локальных технологических процессов рекомендуется осуществлять автоматическое управление без участия человека (управление группой насосов, работающих на резервуар, управление артезианскими скважинами, дозирование химических реагентов, управление (фильтрами и др.). В таких случаях автоматическое управление осуществляется по определенной, заранее разработанной программе.

Управление процессами подъема, очистки, подачи и распределения воды производится в условиях функционирования АСУ ТП по принципу . Это означает, что ЭВМ производит расчет прогнозируемого оптимального режима работы сооружений на предстоящий период (обычно на 24 ч), а затем операционно контролирует напоры в сети, корректируя при необходимости расчетный режим. Таким образом может осуществляться управление в нормальных условиях эксплуатации.

Однако на водопроводах нередки аварийные ситуации, связанные с разрывом труб или выходом из строя насосных агрегатов, необходимостью подачи больших количеств воды при тушении пожаров и т.п. В таких случаях диспетчер должен с помощью ЭВМ выбрать наиболее эффективный вариант действия по локализации аварий, т.е. определить, какие задвижки должны быть переключены и какие напоры должны развивать насосные станции для обеспечения водой в создавшихся условиях наибольшего числа потребителей.

АСУ ТП водоснабжения включает в свой состав устройства локальной автоматики, системы централизованного сбора информации о технологических параметрах и состоянии оборудования, средства вычислительной техники и аппаратуру диспетчеризации. Поэтому АСУ ТП можно рассматривать как дальнейший этап развития автоматизации водоснабжения.

Основной характерной чертой АСУ ТП водоснабжения, отличающей ее от системы диспетчерского управления, является использование вычислительной техники для расчетов оптимальных режимов работы водопроводных сооружений.

При проектировании АСУ ТП водоснабжения необходимо разработать:

организационную структуру диспетчерского управления;

функциональную структуру, т.е. состав автоматизируемых функций управления и алгоритмы решения задач;

программное обеспечение, т.е. программы выполнения на ЭВМ расчетов по задачам АСУ ТП;

техническое обеспечение, т.е. комплекс технических средств, необходимых для реализации функций АСУ ТП. Проект должен включать также расчет экономической эффективности создаваемой АСУ ТП.

5.2. ОРГАНИЗАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

В условиях АСУ ТП требуется перестройка организационной структуры диспетчерского управления, которая учитывала бы технологическую взаимосвязь объектов водоснабжения, их территориальное расположение, технические возможности современных систем сбора и передачи информации.

В условиях функционирования АСУ ТП водоснабжения, как правило, должна создаваться одноступенчатая диспетчерская служба, но допускается двух- и трехступенчатая организационная структура оперативного управления.

Верхней иерархической ступенью оперативного управления является центральный пункт управления (ЦПУ) или центральный диспетчерский пункт (ЦДП). Следующие ступени управления ¾ пункт управления (ПУ) или местный диспетчерский пункт (МДП) и операторский пункт (ОП).

В условиях АСУ ТП в составе диспетчерской службы необходимо создавать специализированное подразделение ¾ отдел АСУ. Помимо решения задач оперативного управления режимом работы сооружений диспетчерская служба должна также руководить работами по текущей эксплуатации водопроводных сетей, насосных станций подкачки, водоводов. Эти функции выполняет диспетчерский пункт распределительных сетей, который функционально подчинен диспетчеру ЦДП.

ЦДП предназначается для контроля и оперативного управления ходом выполнения плановых заданий всей системы водоснабжения (включая станции и распределительные сети), сбора и предварительной обработки информации о ходе технологических процессов с фиксацией отклонений фактического выполнения заданий от плановых показателей. При этом обеспечивается координация работы всех сооружений водопровода, участвующих в технологическом процессе.

Главному диспетчеру ЦДП функционально подчинены диспетчеры местных диспетчерских, операторы ОП и начальник отдела АСУ.

МДП предназначается для осуществления непрерывного контроля работы и управления технологическим процессом на группе водопроводных сооружений (водопроводной станции, кусте артезианских скважин и др.), сбора и предварительной обработки информации о состоянии технологического процесса с фиксацией отклонений выполнения заданий от плановых показателей. Решение указанных задач возложено на диспетчера МДП.

Непосредственным административным руководителем диспетчера МДП является начальник указанной группы сооружений.

Функционально диспетчер МДП подчиняется главному диспетчеру водопровода.

Диспетчеру МДП водопроводной станции функционально подчинены оператор ОП станции I подъема, оператор очистных сооружений, оператор насосной станции II подъема, эксплуатационный персонал реагентного хозяйства, оператор котельных установок, дежурный электрик, дежурные лаборанты цеховой химической лаборатории.

Диспетчер МДП следит за ходом технологического процесса обработки воды, осуществляет связь с ЦДП и управляющим вычислительным комплексом для решения задач оптимального управления технологическим процессом и руководит работой ОП.

ОП предназначены для управления отдельными сооружениями и оборудованием, участвующими в технологическом процессе. ОП ¾ нижняя ступень системы сбора и передачи производственно-технологической информации и управления объектом. На ОП решаются задачи поддержания заданного технологического режима, устранения отклонений и нарушений производственного процесса и ликвидации аварийных ситуаций.

ОП оснащается приборами контроля, аппаратурой дистанционного управления и сигнализации, средствами связи. Информация на ОП поступает от датчиков, установленных на водопроводных сооружениях, от блок-контактов пусковой электроаппаратуры насосов, задвижек и др. и воспроизводится на мнемосхеме и щитах контроля. Непосредственным административным руководителем оператора ОП является начальник указанного объекта. Функционально оператор подчинен диспетчеру МДП.

Отдел АСУ включает информационно-вычислительный центр (ИВЦ) и службы технической эксплуатации телемеханики и средств связи.

Смотрите так же:  Приставы г нефтекамска

ИВЦ состоит из группы обслуживания ЭВМ и группы сопровождения задач, решаемых на ЭВМ.

В зависимости от состава комплекса технических средств АСУ ТП и количества решаемых задач численность подразделений отдела АСУ может быть различной.

Диспетчерский пункт распределительных сетей (ДПРС) предназначен для оперативного управления технической эксплуатацией водопроводных сетей, насосных станций подкачки, работами по ремонту, включению и отключению трубопроводов, ликвидации аварий.

Диспетчеру функционально подчинены дежурная бригада по ремонту и эксплуатации станций подкачки, дежурные бригады по эксплуатации и ремонту водопроводов è водопроводных сетей.

В крупных городах создается двухуровневый ДПРС, в состав которого могут быть включены подчиненные диспетчерские пункты отдельных участков водопроводной сети (ДПУВС).

5.3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА

Оñновными функциями АСУ ТП являются:

5.3.1. Централизованныйконтроль состояния технологического объекта управления (ТОУ)

В подсистеме ПОВ эта функция реализуется 3-4 раза в 1 ч следующим комплексом задач:

а) периодический контроль значений технологических параметров:

качества исходной воды;

качества воды на очистных сооружениях;

расхода воды через очистные сооружения;

расхода воды на собственные нужды;

расхода электроэнергии станций I подъема;

состояния насосных агрегатов станции I подъема

б) периодическое измерение технических параметров и показателей состояния оборудования;

в) оперативное отображение значений технологических параметров (по вызову);

г) обнаружение, оперативное отображение и сигнализация отклонений значений технологических параметров от установленных пределов;

д) обнаружение, îïåðàòèâíîå отображение и сигнализация изменения показателей состояния оборудования;

е) обнаружение, оперативное отображение и сигнализация об аварийных состояниях (при возникновении аварии);

ж) периодическая регистрация значения технологических параметров и состояния оборудования;

з) периодическая регистрация (отклонений значений технологических параметров;

и) оперативное отображение и регистрация результатов математических и логических операций;

к) ручной ввод информации.

В подсистеме ПРВ эта функция реализуется тем же комплексом задач, но для других значений технологических параметров:

подачи воды по водоводам;

подачи воды по станциям;

напора на выходе станции;

уровня воды в резервуарах;

расхода электроэнергии станции;

состояния насосных агрегатов станции;.

давления в контрольных точках сети.

5.3.2. оперативный учет

В подсистеме ПОВ эта функция реализуется один раз в смену решением задач учета следующих параметров:

подачи воды очистными сооружениями;

расхода воды на собственные нужды;

расхода электроэнергии станций I подъема;

времени работы оборудования.

Эти задачи решаются для каждой технологической линии обработки воды и для станции в целом.

В подсистеме ПРВ эта функция реализуется один раз в смену решением задач учета следующих параметров:

подачи воды по водоводам, станциям и по сети в целом;

запаса воды в резервуарах;

расхода электроэнергии по водопроводным сооружениям;

времени работы оборудования.

5.3.3. Расчет технико-экономических показателей

В подсистеме ПОВ эта функция реализуется один раз в сутки решением задач расчета следующих показателей:

технологической себестоимости по каждой технологической линии и по станции в целом;

фактическою расхода электроэнергии на станции I подъема;

фактического расхода реагентов;

удельного расхода реагентов;

фактической подачи воды;

удельного расхода электроэнергии на собственные нужды;

удельного расхода воды на собственные нужды.

В подсистеме ПРВ эта функция реализуется решением задачи (один раз в сутки).

5.3.4. Диагностика технологического процесса

В подсистеме ПРВ эта функция реализуется решением задач анализа следующих отклонений от заданных условий:

фактических напоров в диктующих точках (задача решается при возникновении отклонений);

фактических расходов электроэнергии (задача решается один раз в сутки).

5.3.5. Прогнозирование хода технологического процесса

В подсистеме ПОВ эта функция реализуется один раз в сутки решением задач расчета:

графика работы насосной станции I подъема;

распределения воды по технологическим линиям;

оптимальных доз реагентов;

графика вывода фильтров на промывку.

В подсистеме ПРВ эта функция реализуется один раз в сутки решением задач расчета:

прогнозированного графика подачи воды станциями II подъема;

требуемых напоров станций II подъема;

оптимального графика работы насосных агрегатов статей II подъема;

графика заполнения и срабатывания резервуаров;

оптимальных графиков работы групп артезианских скважин;

оптимальных режимов работы систем дальнего транспортирования воды;

распределения воды между основными пользователями общего водоисточника группового водопровода.

5.3.6. Определение рационального режима технологического процесса

В подсистеме ПОВ эта функция реализуется один раз в 1 ч решением задач коррекции:

режима работы станции I подъема;

распределения воды по технологическим линиям.

В подсистеме ПРВ эта функция реализуется решением задач расчета коррекции:

режима работы станции II подъема (задача решается по инициативному сигналу);

режима заполнения и срабатывания резервуаров (задача решается один раз в 1 ч).

На первых этапах создания АСУ ТП расчет оптимальных режимов работы насосных станций предусматривается производить для нормальных условий эксплуатации. В дальнейшем состав задач АСУ ТП водоснабжения должен также включать расчет режимов работы насосных станций и водопроводных сетей в аварийных ситуациях (при отключении отдельных участков водоводов или сети, отключении некоторых насосов и т.д.).

5.4. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Для АСУ ТП ПОВ и АСУ ТП ПРВ сбор и обработка информации предусматриваются следующим образом:

измерение, контроль и учет текущих значений параметров ¾ путем циклического опроса датчиков с последующей фильтрацией полученных показаний (для устранения резких случайных выбросов), сравнением сигнала, полученного после фильтрации, с границами допуска и выдачей сигнала диспетчеру в случае выхода показаний за допустимые пределы;

измерение, контроль и учет интегральных значений параметров ¾ путем запоминания количества импульсов с выходов счетчиков и накопления их в интегрирующих устройствах телемеханики;

решение задач контроля и учета параметров, полученных с помощью телесигнализации, ¾ методом логического анализа.

В задачах оперативного учета и расчета технико-экономических показателей используется метод прямого счета.

Критерием при решении задач оптимизации работы станций I подъема и очистных сооружений является технологическая себестоимость воды, поданной потребителям.

Задача расчета графика работы насосной станции I подъема, работающей на резервуар, решается методами нелинейного программирования. Для упрощения решения ее можно свести к задаче, решаемой методом прямого счета при выполнении следующих условий: на участке нарастания водопотребления в момент равенства подачи и потребления воды объем ее в резервуаре должен быть максимальным; на участке спада водопотребления в момент равенства подачи и потребления воды объем воды в резервуаре должен быть минимальным. Исходя из этих условий определяются моменты включения дополнительных насосных агрегатов.

Задача распределения воды по технологическим линиям заключается в определении подачи воды каждой линией так, чтобы минимизировать общую технологическую себестоимость обработки воды на станции при заданной общей подаче воды станцией и заданных технологических ограничениях на пропускную способность линии. Эта задача решается методом проекции градиента. Исходные данные получаются из решений задачи расчета оптимальных доз реагентов при различных величинах подачи воды.

Расчет оптимальных доз реагентов заключается в нахождении доз реагентов, обеспечивающих минимальное значение технологической себестоимости обработки воды при условиях, которые определяют связь между входами технологических звеньев, и учете технологических ограничений на производительность сооружений и качество обработанной воды. Задача решается методом линейного программирования. Для корректировки модели применен релаксационный алгоритм идентификации (алгоритм Качмажа).

Расчет оптимального режима работы фильтров заключается в определении подачи воды каждым фильтром так, чтобы суммарный расход воды на нужды станции за заданное время был минимальным при заданных технологических ограничениях и общей подаче воды станцией. Задача решается методом проекции градиента. Расчет производится по математическим моделям фильтров. Коэффициенты моделей корректируются с помощью алгоритма Качмажа.

Решение задачи прогнозирования суточного графика вoдoпoтpeблeний в различных проектах ЛСУ ТП может осуществляться несколькими методами: построением моделей авторегрессии или проинтегрированного скользящего среднего, методом «предельных циклов» и др.

Для расчета оптимальных режимов работы насосных станций используются математические модели, связывающие напор и подачу насосных станций и давления в диктующих точках сети. Такие модули имеют вид полиномов, коэффициенты которых определяют на основе статистической обработки данных о параметрах работы системы за прошедшие две-три педели.

Для расчета оптимальных режимов работы систем с несколькими насосными станциями могут быть использованы методы линейного программирования.

Задача оптимального управления группами артезианских скважин (колодцев) предусматривает расчет для каждого часа суток необходимого числа работающих артезианских скважин с учетом их экономичности, длительности работы и уровня воды в скважинах. При увеличении водопотребления предусматривается включение наиболее экономичных скважин, а при уменьшении — отключение наименее экономичных. Задача решается методом логического анализа.

Взаимосвязь задач АСУ ТП, последовательность, периодичность и обусловленность их решения определяются общим алгоритмом функционирования, который отражает принятую стратегию оперативного управления.

Задачи централизованного контроля должны решаться круглосуточно-непрерывно. Учетные задачи, как правило, решаются ежечасно, тогда как расчет технико-экономических показателей должен проводиться один раз в смену или один раз в сутки.

Оперативное планирование режимов производится один раз в сутки, а также при резком изменении водопотребления или условий работы водопровода. Задачи коррекции режимов решаются по мере возникновения необходимости изменения расчетного плана работы сооружений.

Управление сооружениями производится в соответствии с расчетным оперативным планом-графиком оптимального режима или в результате решения задач коррекции режима.

На блок-схеме общего алгоритма функционирования АСУ ТП водоснабжения показана взаимосвязь задач.

5.4.1. Задачи централизованного оперативного контроля

Комплекс этих задач предусматривает непрерывный контроль технологических параметров и состояния оборудования на насосных станциях, водоочистных сооружениях и на водопроводной сети с помощью датчиков и телемеханической аппаратуры или других средств сбора и передачи информации.

Алгоритмы решения задач достаточно просты и во многом зависят от характеристик используемых технических средств передачи данных. Общей чертой этих алгоритмов являются использование операций усреднения, линеаризации или интегрирования измеряемых величин, сравнение контролируемых параметров с предельно допустимыми значениями и т.д.

5.4.2. Задачи оперативного учета

Оперативный учет контролируемых параметров осуществляется путем их регистрации с заданной периодичностью, формирования в виде массивов данных, хранимых в памяти ЭВМ, и выдачи диспетчеру выходных документов, содержащих учитываемые данные в часовом, сменном и суточном разрезах.

5.4.3. Задачи расчета и анализа основных технико-экономических показателей

В объеме этих задач предусматриваются ежесменный и ежесуточный расчеты следующих технико-экономических показателей эксплуатации по насосным станциям:

фактических значений удельных расходов электроэнергии;

фактических значений удельных расходов химических реагентов;

водоподачи отдельными насосными станциями;

процента расхода воды на собственные нужды;

фактических значений технологической себестоимости воды по насосным станциям и водопроводу в целом

Анализ технико-экономических показателей производится сравнением фактических значений с планируемыми. Результаты расчетов регистрируются, индицируются и представляются в виде сменных и суточных рапортов дежурному диспетчеру.

5.4.4. Алгоритм управления подземными водоисточниками

Управление подземными водоисточниками (артезианскими скважинами, шахтными колодцами, лучевыми водозаборами и др.) имеет ряд особенностей и должно учитывать следующие факторы:

эксплуатационные особенности скважин (колодцев);

гидравлические условия скважин (колодцев) и аспекты совместной работы группы скважин (колодцев);

экономические показатели скважин (колодцев).

Эксплуатационные особенности накладывают ряд ограничений на работу скважин (колодцев). Необходимо избегать частых «рывков», т.е. включений и выключений скважин, так как это может привести к ссыпке песка (пескованию скважин). Во многих случаях пуск скважин связан с необходимостью кратковременного выпуска воды с примесью песка. Скважины необходимо периодически останавливать для профилактического осмотра или ремонта насоса.

Во избежание перегрузок сборного водовода и энергетических линий необходимо осуществлять пуск нескольких скважин постепенно через определенные временные интервалы (например, через 10 мин). Скважины, работающие на специальных потребителей, отключать нельзя. В шахтных колодцах, имеющих два насоса, целесообразно, чтобы один насос постоянно находился в работе, а второй включался и отключался по мере необходимости.

Необходимо обеспечить контроль уровня воды в скважинах и не допускать его снижения ниже предельно допустимого значения.

Алгоритмы управления артезианскими скважинами предусматривают разделение их на три группы:

первая (группа А) — скважины, работающие в настоящий момент;

вторая (группа В) ¾ скважины, находящиеся в резерве;

третья (группа С) ¾ скважины, находящиеся в простое (готовые к работе).

Массивы номеров скважин упорядочиваются в памяти ЭВМ по величине удельного расхода электроэнергии. При необходимости уменьшения подачи воды от водозабора необходимо исключить из массива А скважину, имеющую наибольший удельный расход электроэнергии. Номер этой скважины следует перенести из массива А в массив С. Обратные действия следует производить при необходимости увеличения подачи воды. Одновременно необходимо контролировать продолжительность работы каждой скважины с целью своевременного проведения профилактического осмотра или ремонта. При этом номер выведенной из работы скважины следует перевести из массива А в массив В.

5.4.5. Координированное управление несколькими водоисточниками групповой системы водоснабжения

В последние годы все большее распространение получают групповые системы водоснабжения, обеспечивающие водой несколько городов, поселков, предприятий, рассредоточенных на значительной территории. Обычно в таких системах водоснабжения используются один общий источник (водозабор) и несколько местных источников. Управление такими водоисточниками представляет сложную проблему.

В задачи оперативного управления здесь входят помимо стабилизации давлений в диктующих точках каждой водопроводной сети также координация работы водоисточников, распределение воды общего водоисточника между населенными пунктами, оптимизация режимов работы сооружений центрального и локальных водоисточников и др. Общий алгоритм функционирования системы оперативного оптимального управления включает следующие расчеты:

прогнозирование почасовой и суточной потребностей в воде населенных пунктов, питаемых групповой системой водоснабжения;

определение максимально возможной суточной подачи воды общего и локальных водоисточников;

определение потребностей в воде от общего водоисточника каждого населенного пункта;

распределение подачи воды от общего водоисточника к каждому населенному пункту;

определение оптимальных условий работы сооружений общего водоисточника;

определение оптимальных режимов сооружений локальных водоисточников;

контроль и регистрацию параметров работы сооружений водоисточников и водопроводных сетей населенных пунктов;

расчет и анализ технико-экономических показателей работы групповой системы водоснабжения в целом и сооружений общего и локальных водоисточников.

Наиболее сложным является координированное управление общим и местными водоисточниками. При этом целесообразно в общем случае принять общий водоисточник в качестве базового и покрывать пики водопотребления за счет местных источников. Однако в ряде конкретных случаев может оказаться необходимым принять в качестве базовых некоторые местные водоисточники.

В отдельных случаях (например, в периоды летнего водопотребления) производительность водоисточников может оказаться недостаточной для удовлетворения потребности в воде всех потребителей групповой системы водоснабжения. Для этого используется алгоритм распределения воды общего водоисточника между всеми потребителями (городами, населенными пунктами, предприятиями и др.) пропорционально их потребности и с учетом приоритетов.

5.4.6. Оперативное управление системами подачи распределения воды

Структура системы подачи и распределения воды зависит от планировки города, месторасположения водоисточников, рельефа местности и других факторов. Несмотря на разнообразие схем водопроводных сетей городов, можно выделить ряд типовых элементов, из которых складывается структура большинства систем подачи и распределения воды:

Смотрите так же:  Минимальная пенсия в новороссийске

а) насосная станция питает изолированную зону;

б) несколько насосных станций питают общую зону;

в) насосная станция подает воду в сеть и резервуар;

г) насосная станция питает сеть и несколько резервуаров;

д) насосная станция питает сеть, резервуар и насосную станцию следующей зоны.

Алгоритм расчета оптимального режима работы каждой конкретной системы подачи и распределения воды имеет индивидуальный характер и строится на сочетании алгоритмов управления типовыми элементами, входящими в состав данного водопровода.

Наиболее сложными и важными являются задачи оперативного планирования оптимальных режимов. Трудность таких расчетов связана с необходимостью построения математических моделей системы подачи и распределения воды и прогнозирования колебаний водопотребления на предстоящий период.

Анализ задач оперативного управления показал, что для расчета оптимальных режимов работы насосных станций в большинстве случаев нецелесообразно производить гидравлический расчет водопроводных сетей и использовать принятые при проектировании традиционные модели потокораспределения — расчетные схемы сетей. Это объясняется трудностью получения данных о фактических и требуемых значениях узловых расходов для каждого часа предстоящих суток, а также чрезмерно большими для оперативного управления затратами машинного времени на проведение расчетов даже при использовании мощных современных ЭВМ.

Гидравлический расчет следует производить при анализе нагруженности различных магистралей водопроводной сети, при поиске наивыгоднейших вариантов развития сетей, перераспределения водопотоков при использовании управляемых задвижек или поворотных затворов на магистралях, а также при анализе аварийных ситуаций на сети и поиске вариантов локализации аварий или минимизации недоотпуска воды при отключении аварийных участков и др.

Для выбора оптимальных режимов работы насосных станций требуются только данные о напорах на насосных станциях и в диктующих точках сети. В то же время основная часть информации, получаемой при гидравлическом расчете (о потерях напора и расходах по участкам), при этом не используется и является избыточной.

В связи с этим для расчета оптимальных режимов работы насосных станций рекомендуется использовать обобщенные математические модели, выражающие взаимосвязь напора Нн.ст и подачи Qн.ст воды насосной станции с давлением в диктующей точке сети Ндт:

где а, b, с ¾ коэффициенты, полученные в результате статистической обработки данных о параметрах работы насосных станций и водопроводной сети.

В ряде случаев характеристика сети достаточно хорошо описывается простой линейной моделью:

Использование математических моделей указанного вида существенно облегчает расчет оптимальных режимов насосных станций при достаточной для практических целей точности решения. В целях повышения точности целесообразно производить периодическое уточнение моделей, т.е. программа расчета должна включать блок идентификации параметров .модели.

Важной особенностью оперативного планирования является необходимость учета колебаний водопотребления в течение предстоящих суток. Водопотребление носит случайный характер, поэтому при планировании режимов необходимо осуществлять расчет по прогнозированию этого процесса на основе данных о подаче воды насосными станциями за прошедший период.

Оперативное планирование режимов работы насосной станции рекомендуются осуществлять путем декомпозиции этой задачи на ряд последовательно решаемых подзадач. При этом планируемый период разделяется на отрезки времени, в течение которых водопотребление принимается неизвестным и непрерывный график водопотребления заменяется дискретным (например, почасовым).

Оперативное планирование производится в такой последовательности:

расчет прогнозированного почасового графика водопотребления на предстоящие сутки;

расчет оптимальных параметров работы насосных станций (подачи, напора) для каждого часа предстоящих суток;

выбор оптимального состава работающих насосов для каждого часа суток.

В настоящее время разработаны алгоритмы и программы решения задач прогнозирования, выбора оптимального состава насосов, а также расчета оптимальных параметров работы насосных станций для ряда характерных структур систем подачи и распределения воды, сетей с одной или несколькими насосными станциями, сетей с насосными станциями и резервуарами, сетей с резервуарами и др.

В некоторых алгоритмах предусматривается одновременное решение задач расчета оптимальных параметров работы насосных станций и выбора оптимального состава работающих насосов.

5.5. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АСУ ТП

Эффективность системы управления во многом зависит от рационального выбора комплекса технических средств (КТС), позволяющего своевременно получать и обрабатывать информацию в АСУ ТП и обеспечивать выполнение задач технологического управления.

Выбор технических средств должен производиться с учетом совместимости технических средств, модульности, надежности, максимальной эффективности и системного подхода.

Решение задач управления в АСУ ТП характеризуется интеграцией управления технологическим оборудованием и оперативно-производственного управления в единую систему при наличии тесного логического и информационного взаимодействия между ними. В соответствии с этим выбор КТС определяется функциональной структурой АСУ ТП, организационной структурой управления и информационной структурой, устанавливающей содержание и последовательность этапов обработки информации в системе.

КТС АСУ ТП должен выполнять следующие функции: связь с объектом и сбор информации, передачу информации, связь с оператором и отображение информации, обработку информации в соответствии с принятыми алгоритмами, накопление и хранение информации.

В соответствии с изложенным КТС АСУ ТП водоснабжения должен включать следующие основные виды аппаратуры: датчики, исполнительные механизмы, аппаратуру регулирования, средства связи и аппаратуру телемеханики, ЭВМ, диспетчерское оборудование.

Основой для получения первичной информации и технологических параметров процесса подачи, обработки и распределения воды являются датчики: расходомеры, манометры, уровнемеры, измерители и сигнализаторы динамического уровня воды в скважинах, измерители тока или потребляемой электроэнергии, качественных параметров воды и др.

В число исполнительных механизмов входят станции автоматического управления насосными агрегатами, электроприводы задвижек и поворотных затворов, механизмы управления электрооборудованием насосных станций, дозаторы химических реагентов. Некоторые виды исполнительных механизмов (например, герметичные, взрывобезопасные электроприводы для управления задвижками или затворами, установленными в затапливаемых или загазованных камерах на сети) пока еще не изготовляются, и это затрудняет автоматизацию водоснабжения. В АСУ ТП необходимо предусматривать применение на насосных станциях аппаратуры регулирования частоты вращения насосов (асинхронно-вентильных установок, частотных преобразователей, индукторных муфт скольжения и др.).

Так как городские водопроводные сооружения (насосные станции, резервуары, водоводы и распределительная сеть) рассредоточены на значительной территории, необходимой частью управления являются средства связи, с помощью которых осуществляется передача информации от сооружений в диспетчерские пункты и в обратном направлении. Для этих целей используются телемеханические комплексы, аппаратура управления и передачи информации.

Для передачи и первичной обработки информации рекомендуется также использовать микропроцессорные устройства, связанные между собой с помощью модемов и линий связи.

В качестве каналов связи используются, как правило, выделенные линии связи городской телефонной сети или радиоканалы. Ввиду трудности обеспечения такими каналами связи в условиях современных крупных городов целесообразно использовать для этих целей коммутируемые линии связи городской телефонной сети и соответствующую аппаратуру автоматического вызова и контроля передачи информации.

Для обработки поступающей информации и расчета оптимальных режимов работы водопроводных сооружений в АСУ ТП рекомендуется использовать мини и микро-ЭВМ и построенные на их базе управляющие вычислительные комплексы.

Современные тенденции развития технических средств контроля и управления предусматривают ориентацию на использование программируемых микропроцессорных устройств, позволяющих совмещать функции первичной обработки, контроля и регистрации информации (ведение рабочих журналов эксплуатации) с функциями расчета режимов работы и технико-экономических показателей, а также с управлением по заданной программе.

Диспетчерское оборудование должно включать средства отображения и регистрации информации, аварийной связи с сооружениями и т.п. (дисплейные модули, диспетчерские щиты, мнемосхему водопроводной сети, электроуправляемые пишущие машинки, средства телефонной и радиосвязи).

5.6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АСУ ТП ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Внедрение АСУ ТП водоснабжения позволяет значительно улучшить водоснабжение городов, получить экономию электроэнергии на подъем и транспортирование воды, снизить потери воды и уменьшить число аварий, сократить численность обслуживающего персонала.

Вместе с тем создание АСУ ТП связано с большими затратами на проектирование системы, приобретение и монтаж средств вычислительной техники, телемеханики, автоматики и контрольно-измерительной аппаратуры. При планировании работ по созданию АСУ ТП водоснабжения и анализе их работы необходимо правильно оценить показатели экономической эффективности АСУ ТП водоснабжения и определить пути их повышения.

Изложенные ниже методы позволяют оценить экономическую эффективность АСУ ТП, а также систем диспетчерского управления водоснабжением.

Внедрение АСУ ТП и систем диспетчерского управления водоснабжением позволяет получить экономию в сфере управления за счет частичного или полного высвобождения производственного персонала автоматизированных водопроводных сооружений.

Величину этой экономии ЭDч, руб., рекомендуется определять по формуле

где ¾ число высвобожденных работников, чел.;

Фп.п, чп.п¾ соответственно фонд зарплаты, руб., и численность производственного персонала, чел.

Экономия в сфере производства достигается за счет автоматизации, телемеханизации сооружений, а также решения задач контроля, оперативного оптимального планирования, управления оборудованием и анализа режимов работы сооружений.

Рассмотрим вначале факторы, влияющие на производственные затраты. К их числу относятся:

расход электроэнергии на подъем и транспортирование воды;

расход химических реагентов на обработку воды;

стоимость аварийно-восстановительных работ вследствие сокращения числа аварий.

Уменьшение стоимости электроэнергии эл.эн, руб., потребляемой насосными станциями, обеспечивается за счет оптимизации режима работы насосов (уменьшения напора на выходе станций, уменьшения потерь электроэнергии при выборе оптимальной комбинации íàñîñîâ и их работой при максимальных КПД и др.) и подсчитывается по формуле

эл.эн = Со.эл.эн (b1 + b2),

где Со.эл.эн ¾ стоимость израсходованной насосной станцией электроэнергии в год обследования;

Qпл, Qо ¾ подача воды соответственно в планируемом году внедрения АСУ ТП и в год обследования, тыс. м 3 ;

b1, b2 ¾ коэффициенты влияния АСУ ТП соответственно на сокращение потерь электроэнергии внутри насосной станции и на уменьшение расхода электроэнергии насосами на подачу воды в сеть.

Уменьшение стоимости расхода химических реагентов х.р, руб., подсчитывается по формуле

х.р = Со.х.р ар,

где Со.х.р ¾ стоимость затрат химических реагентов в год обследования, руб.;

ар¾ коэффициент влияния АСУ ТП на сокращение расхода химических реагентов.

Снижение стоимости аварийно-восстановительных работ DСав.р, достигаемое вследствие уменьшения числа аварий при оптимизации режимов работы насосных станций и сети, подсчитывается по формуле

DСа-в.р =

где Lпл ¾ планируемая протяженность водопроводной сети на год внедрения АСУ ТП, км;

Nо¾ число аварий на сети в год обследования;

Со.а-в.р, ¾ средняя стоимость аварийно-восстановительных работ на одну аварию, руб.;

g ¾ коэффициент влияния АСУ ТП на уменьшение числа аварий.

При внедрении АСУ ТП уменьшаются различные виды потерь воды (утечки из сети, потери воды при авариях, заводомерные утечки за счет уменьшения избыточных напоров в сети и др.).

Уменьшение потерь воды влияет на экономические показатели работы водопроводно-канализационных предприятий.

Поскольку водопроводы обычно действуют в условиях постоянного роста потребности в воде, уменьшение потерь воды приводит к соответствующему увеличению объема ее реализации.

Экономия за счет роста реализации воды р.в, руб., подсчитывается по формуле

где аут.с, ас.н, аав¾ коэффициенты влияния АСУ ТП соответственно на уменьшение расхода воды на утечки из сети, потери воды при авариях и на собственные нужды;

Тв.ср ¾ средний тариф на воду в год внедрения АСУ ТП, руб/м 3 .

Увеличение объема реализации воды будет сопровождаться увеличением объема воды, поступающей в канализацию, и соответствующим ростом прибыли по системе канализации кан, равным:

кан =,

где Пкан.о ¾ прибыль по системе канализации в год обследования, руб.

Уменьшение потерь воды дает также народнохозяйственную экономию капитальных вложений, которые потребовались бы при отсутствии АСУ ТП для соответствующего развития мощностей водопровода и канализации.

Приведенная народнохозяйственная экономия капитальных вложений кап, руб., подсчитывается по формуле

кап = Ен

где Tн — нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений в отрасли;

Бв.ф, Бк.ф ¾ стоимость основных фондов водопровода и канализации в год обследования, руб.;

азав ¾ коэффициент влияния АСУ ТП на уменьшение заводомерных утечек.

Кроме этого, решение задач анализа работы водопроводных сетей и расчета оптимальных путей строительства новых линий позволит уменьшить потребность в капитальных вложениях на развитие водопровода. Приведенная годовая народнохозяйственная экономия стр, руб., подсчитывается по формуле

где Кстр ¾- среднегодовые затраты на строительство новых линий, руб.;

астр ¾ коэффициент влияния АСУ ТП на уменьшение стоимости строительства.

Определенный народнохозяйственный и социальный эффект достигается за счет уменьшения расхода электроэнергии, которая может быть использована в других отраслях народного хозяйства, а также за счет улучшения водоснабжения населения и промышленности, однако численная оценка этих факторов затруднительна. С учетом сказанного общая экономия Э, руб., от внедрения АСУ ТП будет равна:

Характерной чертой приведенных расчетов является экспертная оценка влияния АСУ ТП на ожидаемую экономию электроэнергии, реагентов, воды и другие факторы.

Рекомендуемые значения коэффициентов влияния автоматизации управления на показатели экономии приведены в табл. 8.

Другие публикации:

  • Кредитный договор газпрома Кредитный договор газпрома В рамках подписанного 21 апреля 2017 г. между Банком «РОССИЯ» и ПАО «Газпром нефть» Кредитного договора был выдан транш в размере 15 млрд рублей. Срок кредитования по договору составляет 5 лет. Кредитные средства будут направлены […]
  • Госпошлина за загранпаспорт саратовская область Госпошлина за выдачу загранпаспорта увеличится до пяти тысяч рублей 19 июня 2018, 13:26 Госдума РФ приняла закон об увеличении госпошлины за выдачу загранпаспорта нового поколения с электронным носителем информации. Как сообщает РИА "Новости", стоимость […]
  • Защита прав потребителей в абакане телефоны Защита прав потребителей в Абакане Права потребителей в Абакане защищают органы государственного надзора и общественные организации: Роспотребнадзор, Общество защиты прав потребителей «Справедливость» и Центр экспертиз на автомобильном […]
  • 4 коллективный трудовой спор Коллективный трудовой спор Подборка наиболее важных документов по запросу Коллективный трудовой спор (нормативно-правовые акты, формы, статьи, консультации экспертов и многое другое). Нормативные акты: Коллективный трудовой спор Статьи, комментарии, ответы […]
  • Как подать заявление для поступления Как и когда подавать заявление на поступление? Свидетельства о результатах ЕГЭ В 2014 году нет свидетельств ЕГЭ, вся информация о ваших результатах находится в электронной базе данных. Приёмные комиссии будут просматривать ваши результат ЕГЭ в этой базе […]
  • Компенсация раскулаченным в 30-х годах Раскулачивание-2018 Бесплатно выполняемый запрос нужно делать в Госархив того региона, где было раскулачивание Волгоград, Санкт-ПетербургСообщений: 4160Регистрация: 1 нояб. 2012Рейтинг: 5147 Сообщений: 6Регистрация: 25 янв. 2018Рейтинг: 1 оренбургСообщений: […]

Вам также может понравиться