Материал: Автоматизація насосних установок

Автоматизація насосних установок

Вступ

Автоматизація машин, установок і виробничих процесів є в даний час одним з найважливіших напрямів технічного прогресу у всіх галузях народного господарства.

Устаткування насосних станцій та режими його роботи дозволяють порівняно легко автоматизувати ці споруди. Автоматизація забезпечує управління насосними агрегатами без постійної присутності обслуговуючого персоналу, підвищує надійність роботи станції, збереження її устаткування і забезпечує найбільш економічні режими роботи насосних агрегатів і станції в цілому.

1. Автоматизація

.1 Автоматизація систем керування міським водопостачанням

автоматизація радіомережа водопостачання

Впровадження системи керування міським водопостачанням дозволяє зменшити споживання електроенергії на 10-15%, зменшити втрати, пов'язані з аваріями, швидко реагувати на різкі зміни водоспоживання, зменшити витрати на обслуговування. Також автоматизація процесу постачання води згладжує перехідні процеси та збільшує час роботи обладнання. На насосних станціях всі процеси, пов'язані з пуском, зупинкою й контролем за станом насосно-силового устаткування, здійснюються в строго встановленій послідовності автоматичними пристроями, без участі людини.

Основними контрольованими й регульованими параметрами роботи насосної станції є:

тиск води в напірних водоводах (тиск перебуває в діапазоні 0-1Мпа);

витрата води в напірних водоводах;

витрата води в усмоктувальних водоводах;

рівень води на підлозі машинного залу насосної станції;

температура підшипників насосних агрегатів (не повинна підніматися вище 60 град. С).

Крім контролю й регулювання цих параметрів у схемі автоматизації передбачена світлова сигналізація про аварійний рівень води в машинному залі й збільшенні температури підшипників на всіх насосних агрегатах до припустимого значення.

1.2 Автоматизовані станції керування на об'єктах ЖКГ

У зв'язку з актуальністю впровадження в промисловості й житлово-комунальному господарстві енергозберігаючих технологій багато компаній розробляють і випускають автоматизовані станції керування групою насосних агрегатів, що забезпечують повну автоматизацію роботи насосних агрегатів потужністю від 2.2 кВт до 315 кВт, що працюють у системах водовідведення. А також автоматизовані системи керування (АСУ). АСУ будується як відкрита система, що дозволяє нарощування виконуваних функцій і модернізацію окремих елементів системи в процесі експлуатації.

Моніторинг і керування технологічним процесом може здійснюватися з панелі керування оператором або з автоматизованого робочого місця оператора (АРМ). У якості інструментального програмного забезпечення для створення SCADA-Системи пропонується програма Vijeo Look, Monitor Pro.

Зв'язок між контролером і АРМ здійснюється по високошвидкісному протоколі Internet. При достатньому видаленні насосної станції від диспетчерського пункту можливий зв'язок по виділеній, що комутується, телефонній лінії або через радіоканал.

1.3 Побудова розподілених радіомереж телеметрії

Пошук оптимального рішення при організації автоматизованих комплексів на великих територіях приводить до цілого комплексу проблем, одна з яких - організація надійного зв'язку між вилученими об'єктами й пунктами збору й аналізу інформації. Це завдання на території нашої країни знаходять свої відтінки, іноді не до кінця зрозумілі за межею. Кліматичні умови, масштабність, більші відстані й людський фактор з’єдналися в один вузол суперечливих вимог. Провідні лінії зв'язку найбільш надійні, але при побудові протяжних каналів передачі інформації можуть стати

нерентабельні. Крім того, у густонаселених районах нерідкі випадки вандалізму зі сторони «мисливців за міддю», що руйнують дорогі комунікації. Тому при побудові розподілених мереж телеметрії й керування радіозв'язок найчастіше виявляється єдино прийнятним рішенням. Хоча й тут багато ускладнень. Вибір апаратури, частотного діапазону й потужності, що забезпечують надійний зв'язок в умовах забрудненого промисловими перешкодами радіоефіру з однієї сторони й не створення перешкод власними сигналами іншим радіостанціям часто підштовхують до використання дорогих імпортних систем цифрового бездротового зв'язку.

1.4 Методи і схеми телевимірювання

Телевимірювальною системою називається сукупність технічних засобів, необхідних для здійснення телевимірювання. Основний принцип телевимірювання може бути пояснений структурною схемою передачі результатів вимірювання на відстань (Рисунок 1.4.1). У початковому пункті контрольована величина X вимірюється датчиком 1 і перетворюється в пропорційну їй величину Y₁.

Рисунок 1.4.1 - Функціональна схема телевимірювання

Передавальний пристрій 2 здійснює передачу по каналу зв'язку 3 допоміжної величини в приймальний пристрій 4. У приймальному пристрої допоміжна величина У2 перетвориться і подається на реєструючий прилад 5.

Залежно від особливостей і прийнятого методу телевимірювання в якості сигналу вибирають величину, що піддається можливим меншим перетворенням в каналі зв'язку і в процесі перетворення.

Для збільшення кількості сигналів електричного струму застосовують декілька способів їх модуляції. Основні способи модуляції сигналів телевимірювання показані на Рисунок 1.4.2. Вибір того або іншого методу модуляції сигналу роблять з урахуванням складності перетворення сигналу і умов передачі його на відстань.

Рисунок 1.4.2 - Діаграма видів модуляції телевимірювання

Модуляція дозволяє створювати сигнали на основі наступних імпульсних ознак струму.

Амплітуда імпульсу. Для якісного розпізнавання імпульсів використовується різна амплітуда струму. Для чіткої різниці імпульсів зазвичай використовують два імпульси з амплітудою, що значно відрізняється (у 2..3 рази і більше). Розшифровка амплітудних імпульсних сигналів на приймальній стороні може виконуватися з допомогою реле різної чутливості.

Частота змінного струму. У лінію зв'язку посилається змінний струм різної частоти. На приймальній стороні встановлюються пристрої (частотні селектори), що реагують на струм певної частоти. Такими пристроями можуть бути резонансні реле або фільтри, які пропускають певну смугу частот, на виході яких через випрямлячі включаються реле.

Тривалість (час) імпульсу. Для якісної відмінності імпульсів використовують різну тривалість. Для чіткої відмінності імпульсів зазвичай застосовують два імпульси: довгий і короткий. У деяких системах ТУ і ТС змінюють тривалість паузи між імпульсами. На приймальній стороні тимчасові імпульсні ознаки фіксуються за допомогою реле часу.

Фаза змінного струму. У лінії зв'язку посилаються синусоїдальні струми однакової частоти, але змішенні по фазі відносно базового (опорного) струму. Для чіткого обрання зазвичай застосовують дві якісні ознаки із змішенням по фазі на 180°. На приймальній стороні фазові якісні ознаки фіксуються за допомогою фазочутливих пристроїв.

Полярність імпульсу. Якісна відмінність імпульсів характеризується напрямом постійного або випрямленого струму. Розшифровка полярних ознак робиться поляризованими реле або нейтральними (неполяризованими) реле, включеними через випрямлячі.

У системах телевимірювання ближньої дії для передачі сигналів використовується простий метод інтенсивності, при якому вимірювана величина передається шляхом зміни інтенсивності струму чи напруги в каналі зв'язку. Для зменшення втрат енергії в лінії, передача здійснюється малими струмами і малими напругами. Передачу зручніше вести постійним струмом. Передача сигналів може виконуватись балансним або не балансним шляхом. Недоліком цього методу є спотворення сигналів при зміні параметрів каналу зв'язку. Через ці недоліки метод інтенсивності не застосовується при передачі сигналів на великі відстані.

У системах телевимірювання далекої дії використовують методи імпульсної і частотної передачі сигналу, при яких вимірювана величина перетвориться в імпульси постійного струму або змінного струму. Завдяки цьому зміни загасання, які проводить канал зв'язку, не спотворюють параметрів телепередачі.

1.5 Загальні відомості та призначення ШАСУ

Шафа автоматизованого керування насосною станцією служить для безпосереднього управління обладнанням насосною станцією водопостачання в ручному, автоматичному і змішаних режимах роботи. ШАСУ має можливість працювати автономно або в складі
системи автоматичного керування насосними станціями (АСУ-НС),
здійснює віддалений контроль і координацію роботи групи
насосних станцій (НС) у системі водопостачання. ШАСУ дозволяє організувати роботу НС в автоматичному режимі без постійної присутності обслуговуючого персоналу.

ШАСУ забезпечує:

· Управління:

         трьома або двома насосами;

         приводом засувки магістралі;

         електрокалорифером.

· Вимірювання:

         тиску води на виході НС;

         тиску води на вході НС;

         температури в павільйоні від -50°С до +150°С;

         струму двигуна для кожного насосу з точністю не менше 5%.

· Контроль:

         наявності фаз (А, В, С) мережі;

         наявності напруги на ШАСУ;

         стан механізмів управління;

         сигнал АВАРІЯ кожного насосу;

         сигнал ВІДКРИТО/ЗАКРИТО та ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ ПО МОМЕНТУ приводу засувки магістралі;

         датчиків мінімального та максимального тиску на вході та виході НС;

         датчика затоплення;

         пожежного датчика;

         датчика охоронної сигналізації.

· Зв'язок по каналу GSM (SMS повідомлення).

· Дистанційне та місцеве управління процесом роботи НС в автоматичному режимі в тому числі:

         відображення стану НС на екрані дисплеїв ШАСУ;

         індикацію фактичних значень вимірювальних параметрів;

         індикацію миттєвого стану механізмів;

         індикацію миттєвого стану дискретних датчиків;

         індикацію стану модему;

         індикацію та оперативну зміну параметрів роботи механізмів та технологічного процесу з клавіатури панелі управління.

· Установку величин параметрів технологічного процесу (параметри регулювання і аварійних зупинок).

· Безперервний контроль стану технологічного процесу, керованого устаткування і датчиків. Оперативне реагування на виникнення аварійних ситуацій:

         Коректне виключення несправного устаткування;

         Звукова сигналізація;

         Посилка аварійних повідомлень на центральний пункт;

         Індикація діагностичного повідомлення на дисплеї ШАСУ з вказівкою причини аварії.

· Налаштування режимів роботи і діагностові устаткування НС з пульта управління ШАСУ.

· Ручне управління механізмами з пульта ШАСУ. Допускається виконувати управління частиною устаткування в автоматичному режимі, частиною - в ручному (змішане управління). При ручному управлінні функції контролю устаткування зберігаються.

· Світлову індикацію стану устаткування НС на передній панелі шафи управління.

· Включення (відключення) режиму автоматичної постановки на охорону. · Опит лічильників електроенергії і витрати води, передача їх свідчень на центральний пункт.

1.6 Принцип дії ШАСУ

Принцип дії шафи управління пояснює функціональна схема, представлена на Рисунку 1.6.1.

Рисунок 1.6.1 - Алгоритм управління

Алгоритм роботи системи можна представити у вигляді 2-х рівневої схеми: • Менеджер процесу:

         виробляє збір інформації про поточний стан датчиків;

         забезпечує інтерфейс користувача (обробку натиснень клавіатури, виведення інформації на екран дисплея);

         забезпечує обмін інформацією і командами з центральним пунктом;

         відстежує і обробляє аварійні ситуації;

         визначає завдання управління для механізмів.

• Драйвери механізмів: служать для адекватного управління механізмами з врахуванням їх поточного стану і специфічних особливостей.

Можливі стани і переходи менеджера процесу представлені на Рисунку 1.6.2

Рисунок 1.6.2 - Стан менеджера процесу

• ШАСУ може знаходитись в одному з представлених станів:

         стоп;

         зупинка;

         контроль тиску;

         старт;

         робота.

• Стани Стоп і Зупинка - це стани, в яких насоси вимкнені, регулювання тиском не виконується. Відмінністю цих станів є лише стан засувки, в стані Стоп - засувка закрита, а в Зупинка - відкрита.

Перехід в стан СТОП виконується при натисненні однойменної кнопки на пульті ШАСУ або по команді «STOP» з центрального пункту. Стан сигналізується індикатором СТОП. Для початку автоматичного (або по командах) управління устаткуванням насосної станції необхідно натискувати кнопку «ПУСК» або передати команду «START» з центрального пункту, при цьому система переходить в стан «КОНТРОЛЬ ТИСКУ».

В стані КОНТРОЛЬ ТИСКУ виконується моніторинг тиску на вході (за наявності датчика тиску на вході) і на виході та порівнюється із заданими межами включення і відключення насосів. У цьому стані індикатори «ПУСК» і «СТОП» на панелі ШАСУ поперемінно блимають. При зменшенні тиску нижче заданого значення «Pвм», система переходить в стан СТАРТ - попереднє закриття засувки перед включення насоса (для пом'якшення гідроудару). Після повного закриття засувки, система переходить в стан РОБОТА - включається насос і відкривається засувка. В стані РОБОТА виконується автоматичне управління роботою насосів по забезпеченню необхідного тиску на виході НС. Цьому стану відповідає свічення індикатора ПУСК.

При виникненні аварійної ситуації система розпізнає тип аварії і виконує необхідні дії залежно від серйозності аварії і технологічних налаштувань реакції на даного типа аварії. Якщо аварія серйозна (можливість коректного виконання основних функцій, що виключає) всі механізми вимикаються, подальше їх включення блокується, включається індикатор АВАРІЯ і звуковим сигналом, передається аварійне повідомлення на центральний пункт. Вихід із стану АВАРІЯ виконується лише після усунення несправності і ручного скидання стану аварії. Перехід ШАСУ з одного статичного стану в інший виконується з дотриманням певної технологічної послідовності і займає деякий час. Перехідний стан процесу відображається шляхом почергового мигання індикаторів ПУСК і СТОП.

У будь-якому стані системи допускається ручне управління устаткуванням з місцевого пульта ШАСУ. При ручному управлінні відповідальність за коректність роботи устаткування несе оператор.

Окрім основної функції - підтримка заданого тиску, ШАСУ виконує ряд важливих технологічних завдань, необхідних для комплексної автоматизації процесу: