Для Москвы
8 495 720 54 44

по России бесплатно
8 800 555 61 84



Решение МЗТА для комплексной автоматизации калужского водоканала

Борисов Г.Б., Походня А.Н., Малык К.С., АО МЗТА

Водоснабжение и водоотведение является важнейшим компонентом жизнедеятельности людей. Централизованное водоснабжение в мире стало массово появляться лишь в последние два века.

Бурное развитие электроники и компьютерных технологий открыли новые возможности для совершенствования процессов водоснабжения и водоотведения. Стало возможным внедрение систем учета воды, автоматизации и оптимизации процессов водозабора, водоподготовки, хранения и транспортировки воды, внедрения круглосуточного мониторинга через центральную диспетчерскую, автоматическое уведомление о неисправностях на мобильные устройства наладчиков и сервисных инженеров [1, 2].

В данной публикации рассматривается решение МЗТА [3] для автоматизации водоканалов на примере комплексного внедрения решения «от датчика до диспетчерской» на Южном водозаборе государственного предприятия «Калугаоблводоканал». Решение МЗТА использовано для автоматизации скважин, систем водообработки, водохранения, транспортировки воды и водоотведения, для комплексной диспетчеризации (локальные пульты диспетчера, локальная и центральная диспетчерские) и интеграции со службами «умного города».

Рассматриваемое предприятие – государственное предприятие «Калугаоблводоканал» (рис. 1) – занимается холодным водоснабжением и водоотведением в Калуге и Калужской области уже 130 лет. Ежесуточно подается 165 тысяч тонн воды, очищается более 185 тыс. м³ стоков. Водоснабжение в Калуге и Калужской области осуществляется из подземных и поверхностных источников. 50 % от общего объема приходится на долю поверхностных водозаборов: вода в Калуге транспортируется из Оки, в Кондрове из Угры, а в городе Людиново из водохранилища Ломпадь. Водоснабжение Калуги осуществляют водоочистные станции Окского, Южного и Северного водозаборов с насосными станциями 1-го и 2-го подъема. Дополнительно в Калуге эксплуатируются 20 повысительных насосных станций. Для водоотведения в Калуге используются 44 канализационно-насосные станции.

В ГП «Калугаоблводоканал» активно проводятся мероприятия по модернизации и замене водоводных систем, систем автоматики и диспетчеризации. 18 октября 2018 года была открыта обновленная центрально-диспетчерская служба, которая начала свою работу в рамках федерального проекта «Умный город».

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-1.jpg

Рис. 1. ГП «Калугаоблводоканал», центральный офис

Задачи автоматизации

Система автоматизации МЗТА внедряется в рамках соглашения по реализации проекта «Цифровой водоканал». В результате внедрения планируется достигнуть следующих результатов:

  • Автоматическое и ручное включение и отключение скважин в зависимости от приоритета;
  • Управление производительностью насосных агрегатов второго подъема;
  • Управление технологическими процессами фильтрации, хлорирования, обезжелезивания;
  • Управление производительностью насосных агрегатов КНС;
  • Технический учет и анализ водопотребления и энергопотребления;
  • Контроль состояния водопроводной сети.

По предварительным оценкам будут достигнуты следующие показатели эффективности:

  • на 85 % будет сокращено время реакции на нештатные ситуации, благодаря внедрению местной и центральной диспетчеризации;
  • на 20 % будет сокращен износ технологического оборудования и на 19 % будет сокращены затраты электроэнергии благодаря внедрению гибкого регулирования производительности насосов и их плавному пуску;

Описание автоматизируемой системы водоснабжения

На первом этапе внедрения автоматика МЗТА применена для автоматизации части систем водозабора «Южный» и для автоматизации канализационной насосной станции «Малинники». Автоматизируемая система водоснабжения состоит из 14 станций первого подъема (скважин), оборудования для фильтрации и хлорирования, 3 резервуаров чистой воды, станции насосов второго подъема, сети трубопроводов и оборудования учета энергоресурсов.

Водозабор «Южный» занимает отдельную огороженную охраняемую территорию (рис. 2). На территории водозабора расположены в соответствующих помещениях оборудование для процессов обезжелезивания, фильтрации и хлорирования, машинный зал станции второго подъема, резервуары чистой воды (РЧВ), две скважины и вспомогательные помещения.

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-2.JPG

Рис. 2. Вход на территорию водозабора «Южный»

Рассмотрим этапы водоснабжения более подробно.

Внешние скважины. За пределами водозабора «Южный» имеется группа из четырех скважин, группа из пяти скважин и три одиночных скважины. Итого - 12 внешних скважин. Скважины снабжены глубинными погружными насосами мощностью от 26 до 65 кВт. Каждая одиночная скважина и каждая группа скважин оснащена утепленным отапливаемым павильоном (рис. 3) для защиты от неблагоприятных погодных условий и несанкционированного доступа.

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-3.jpg

Рис. 3. Павильон скважины

Вода от всех удаленных скважин по напорным трубопроводам подается на территорию водозабора «Южный». Независимо от них на «Южный» может при необходимости подаваться подпитка водой с Окского водозабора, для чего предусмотрена соответствующая задвижка. Вода с Окского водозабора подается в случае нехватки воды (пикового водопотребления) или в случае избыточного давления на Окском водозаборе.

Вода от скважин подается в систему разрыва струи, затем происходит обезжелезивание и фильтрация.

Обезжелезивание.Процесс обезжелезивания осуществляется за счет окисления растворенных соединений железа кислородом атмосферного воздуха, нагнетаемого воздушными компрессорами. Ввод потоков воздуха в воду осуществляется во многих точках, при помощи специальных форсунок; точки ввода располагаются на трубопроводах. Интенсивное перемешивание воздуха с водой и начало реакции окисления происходит в аэраторах и статических миксерах.

Фильтрация.Дальнейшая реакция обезжелезивания, сопровождающаяся выпадением осадка, а также очистка фильтрацией и дополнительная обработка воды производится в регенерируемых насыпных фильтрах. Фильтры выполнены в виде полей – бассейнов (рис. 4). Важной особенностью насыпных фильтров является возможность регенерации, то есть процесса, когда в результате последовательности автоматизированных промывок загрязнения из фильтра удаляются, а вещество фильтра подготавливается к новому циклу фильтрации. Для этого в бассейнах фильтров проложены сложные каналы промывки. Регенерация фильтров происходит за счет давления и расхода воды, обеспечиваемых насосной станцией второго подъема и воды, запасенной в РЧВ.

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-4.JPG

Рис. 4. Фильтрация воды от скважин

Обеззараживание. После очистки вода подвергается процедуре химического обеззараживания. Из специальных емкостей с помощью управляемого дозирующего насоса в воду добавляется раствор гипохлорита натрия. Для управления насосом дозации используется данные о суммарном количестве поступающей на обработку воды.

Система хранения. Очищенная обеззараженная вода самотеком попадает в систему буферного хранения очищенной воды. Здесь ее роль выполняют резервуары чистой воды (РЧВ). В водозаборе «Южный» используются три заглубленных резервуара чистой воды, суммарным объемом сотни кубометров. РЧВ заглубленного типа не очень боится замерзания воды, однако, уровень воды в нем невысок, статического давления он практически не создает, и, следовательно, нуждается в использовании совместно с насосной станцией второго подъема, причем заглубленной ниже уровня дна РЧВ.

Второй подъем. Очищенная вода из резервуаров чистой воды передается потребителю с помощью станции второго подъема. В машинном зале второго подъема расположены 6 насосов мощностью от 132 до 250 кВт, сблокированных по два (часть насосов в резерве) – рис. 5. Насосы подают под давлением воду потребителям через три магистральных трубопровода, которые далее разделяются на более мелкие трубопроводы порайонно и поквартально.

Диктующие точки. Параметры подачи воды потребителям (давление) контролируются в так называемых диктующих точках. Диктующей точкой называется самая удаленная и высоко расположенная от ввода водоразборная точка, до которой суммарные потери напора будут наибольшими. Зная давление и распределение давления по магистрали можно принять решение о необходимости увеличения или уменьшения напора на насосной станции. Это может сделать как диспетчер, так и система автоматического регулирования. Сейчас на мониторинг выводится 17 диктующих точек. Диктующие точки территориально располагаются в разных местах, например, в водонапорной башне (рис. 6).

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-5.JPG

Рис. 5. Насосы второго подъема водозабора «Южный»

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-6.jpg

Рис. 6. Диктующая точка, расположенная в водонапорной башне.

Канализационная насосная станция. В рассматриваемой канализационной насосной станции «Малинники» канализационные стоки самотеком попадают в приемный резервуар. Далее насосами (рис. 7) стоки перекачиваются в систему сброса сточных вод. Имеются два насоса высокого напряжения на 10 кВ и один новый насос на 380 В.

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-7.JPG

Рис. 7. Насосы канализационной насосной станции.

Функции системы автоматизации

Московский завод тепловой автоматики одним из первых в России совершил переход к свободно программируемым контроллерам, к активному развитию инструментов мониторинга (классическая SCADA и браузерная диспетчеризация, использование GSM/GPRS и СМС‑связи). В настоящее время тысячи контроллеров от МЗТА работают на большом количестве объектов на всей территории нашей страны, ближнего зарубежья и США. Множество внедрений, в частности, имеется в сфере жилищно-коммунального комплекса: котельные, тепловые пункты, системы вентиляции и кондиционирования, системы водоснабжения.

На территории водоканала установлены 29 шкафов автоматизации МЗТА. Опишем далее функции систем автоматики.

Скважины. В павильоне скважин располагаются силовые шкафы электрики и шкафы автоматики скважинного насоса. До модернизации насосы управлялись шкафами прямого пуска. При модернизации ставится автоматика МЗТА с устройствами плавного пуска. Система управления реализована в виде шкафа автоматики с сенсорным пультом локального управления (рис. 8).

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-8.JPG

Рис. 8. Шкаф управления скважинным насосом с сенсорным пультом.

Новая автоматика позволяет осуществлять:

  • управление работой скважинного насоса (плавный пуск/останов, аварийные блокировки);
  • мониторинг электрического режима работы насоса (данные с многофункциональных измерительных устройств EKF SM-963H обрабатываются алгоритмом контроллера);
  • контроль давления воды;

В будущем планируется установка расходомеров на каждой скважине для контроля их дебита.

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-9.JPG

Рис. 9. Пусконаладочные работы систем автоматики для системы водообработки и водохранения

Система водообработки и водохранения. Шкафы управления состоят из силовых шкафов и шкафов автоматики МЗТА (рис. 9). На дверце шкафов размещены сенсорные пульты управления. Автоматика выполняет следующие задачи:

  • управление насосом промывки фильтров;
  • учет расхода воды от трех входных ультразвуковых расходомеров жидкости «ИРВИКОН СВ-200» (внутренние скважины, внешние скважины, Окский водозабор). Информация о текущем объеме воды, подаваемой на очистку, является очень важной, на ее основе дозируется раствор гипохлорита натрия;
  • управление производительностью дозирующего насоса системы обеззараживания;
  • контроль уровня гипохлорита натрия в емкостях системы хранения (текущий и аварийные);
  • контроль уровня воды в каждом РЧВ (текущий и аварийные);
  • технический учет электроэнергии (обмен данными по цифровому интерфейсу с трехфазными электросчетчиками типа Меркурий-230).

Второй подъем. Автоматика МЗТА управляет насосной станцией второго подъема и насосом внутренней скважины Южного водозабора. Часть насосов второго подъема управляется с помощью прямого пуска, используется СУИЗ – станция управления и защиты. СУИЗ планируют заменить на преобразователи частоты (ПЧ). Уже установленные ПЧ на части насосов управляют их пуском и производительностью. Производительность насосов с СУИЗ регулируется регулирующими задвижками. Задвижки используются и для насосов с ПЧ. Регулирование задвижками осуществляется, когда требуется очень малая производительность, которую ПЧ не могут обеспечить.

Функции автоматики:

  • управление насосами второго подъема (плавный пуск/останов, аварийные блокировки);
  • управление преобразователями частоты насосов второго подъема (ПИД регулирование);
  • управление работой задвижек (ПИД регулирование);
  • управление работой скважинного насоса (плавный пуск/останов, аварийные блокировки);
  • мониторинг электрического режима работы скважинного насоса (данные забираются с многофункциональных измерительных устройств EKF SM-963H и обрабатываются алгоритмом контроллера);
  • контроль давления на трубопроводах;
  • мониторинг уровня в дренажном приямке;
  • технический учет расхода очищенной воды потребителям по трем выходным ультразвуковым расходомерам жидкости «ИРВИКОН СВ-200», установленным на магистральных трубопроводах.

Диктующие точки. Шкафы автоматики 17-ти территориально распределенных диктующих точек предназначены для удаленной передачи на центральную диспетчерскую следующей информации

  • давление воды в точке;
  • наличие подвода сетевого электропитания;
  • достаточного уровня заряда в аккумуляторах автономной резервной системы электроснабжения.

Канализационная насосная станция «Малинники». Устаревшие шкафы с силовой частью и релейным управлением сейчас выводятся из эксплуатации и заменяются на шкафы автоматики МЗТА. Новая автоматика решает следующие задачи:

  • управление канализационными насосами (плавный пуск/останов, аварийные блокировки);
  • управление преобразователями частоты канализационных насосов (ПИД регулирование);
  • управление работой канализационных задвижек (ПИД регулирование);
  • контроль уровня дренажного приямка и управление дренажными насосами.

Диспетчеризация

Данные от шкафов автоматизации водоканала передаются в локальную диспетчерскую Южного водозабора и в центральную диспетчерскую ГП «Калугаоблводоканал». Используются два основных канала передачи:

  • проводной Интернет (предоставлен ПАО Ростелеком);
  • сотовая связь GSM GPRS;

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-10.JPG

Рис. 10. Рабочее место диспетчера локальной диспетчерской на Южном водозаборе

Локальная диспетчерская. На локальном диспетчерском пункте на водозаборе Южный установленный устаревший пульт управления с аналоговыми показывающими приборами и механическими кнопками управления сейчас выводится из эксплуатации. Его функции теперь выполняет сервер диспетчеризации МЗТА с рабочим местом оператора (рис. 10). Локальная диспетчерская управляет технологическими процессами, относящимися к Южному водозабору. В частности, она принимает решение о пуске той или иной скважины, в зависимости от текущего потребления воды населением. Ранее пуск скважин осуществлялся локальной диспетчерской вручную. Предварительно локальная диспетчерская связывалась по телефону с центральной диспетчерской для согласования разрешения на пуск. Это затрудняло и замедляло процесс пуска, усложняло работу диспетчеров. Сейчас осуществляется выработка механизма автоматического пуска скважин на основе гибко настраиваемой системы приоритетов включения. Приоритет устанавливается в зависимости от текущего состояния скважины и местных условий.

Центральная диспетчерская. Центральная диспетчерская ГП «Калугаоблводоканал» осуществляет мониторинг за технологическими процессами на объектах водоканала: водозаборных узлах, станциях первого и второго подъемов, водонапорных башнях, повысительных насосных станциях, канализационных насосных станциях и других сооружениях.

В центральной диспетчерской установлена трехметровая видеостена, куда выводится план всех населенных пунктов Калужского региона с размещенными на нем коммуникациями и объектами, а также информацией об их технологической работе (Рис. 11).

В центральной диспетчерской развернут сервер диспетчеризации МЗТА, осуществляющий сбор данных от удаленных шкафов автоматики, архивирование параметров технологических процессов, передачу данных в геоинформационную систему ZuluGis [4], и предоставляющий доступ к данным для рабочих станций. На нескольких рабочих станциях, также находящихся в центральной диспетчерской, осуществляется визуализация технологических мнемосхем. Визуализация состоит из набора мнемосхем, главной (рис. 12), основных (рис. 13) и вспомогательных. В настоящее время осуществляется обучение операторов для работы с диспетчеризацией МЗТА, ведутся пусконаладочные работы по выводу всех объектов на диспетчерскую.

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-11.jpg

Рис. 11. Демонстрация работы системы диспетчеризации Комега.

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-12.jpg

Рис. 12. Главная мнемосхема диспетчеризации Южного водозабора.

b_200_250_16777215_00_images_upload_1677_risunok-13.jpg

Рис. 13. Мнемосхема управления группой скважин.

Планы на будущее

Сейчас осуществляется активная пусконаладка и ввод в эксплуатацию систем автоматики, подключение их к локальной и центральной диспетчерской, обучение сервисного персонала и диспетчеров. После окончательного ввода в эксплуатацию всех систем планируется дальнейшее поэтапное развитие системы автоматизации и диспетчеризации в Калуге:

  • интеграцию данных от систем автоматики МЗТА с расчетными моделями тепловых и гидросистем ZuluGis, для проведения анализа поведения системы водоканала и прогнозирования будущего;
  • автоматизацию работы сервисных и аварийных бригад, call-центра;
  • развертывание аналогичной системы автоматизации МЗТА для теплоснабжения города;
  • создание глобального сервера мониторинга за всеми инженерными сетями города: водоканал, тепловая сеть, наружное освещение;
  • развертывание глобального сервера АСКУЭ, интеграция с биллинговой системой.

Литература

1. Баженов В.И., Данилович Д.А. и др. Цифровой водоканал – миф или реальность? // Наилучшие Доступные Технологии водоснабжения и водоотведения. 2017. № 6

2. Крюков О.В. Электрооборудование и автоматизация комплекса канализационных насосных станций. //Автоматизация в промышленности. 2011. №12

3. Борисов Г.Б. МЗТА представляет линейку бюджетнойавтоматики «Комега Basic» для автоматизации зданий и технологических линий // Информатизация и системы управления в промышленности. 2018. №4

4. Отечественные технологии для жилищно-коммунального комплекса// Экономика и ТЭК России. 2014. №26



Отправляя любую форму на сайте, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности данного сайта.


Для Москвы
8 495 720 54 44

по России бесплатно
8 800 555 61 84

Адрес: Россия, 105318, Москва,
ул. Мироновская, д.33




МЗТА в социальных сетях:

Copyright АО «МЗТА» © 1999-2019 г.
Карта сайта



Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter