АВТОНОМНАЯ  СИСТЕМА  КОНТРОЛЯ  И  МОНИТОРИНГА  РАБОТЫ  НАСОСНЫХ  АГРЕГАТОВ  КАНАЛИЗАЦИОННОЙ  НАСОСНОЙ  СТАНЦИИ

Галеев  Ахметсалим  Сабирович

д-р  техн.  наук,  профессор  филиала  ФГБОУ  ВПО  УГНТУ,  г.  Октябрьский

Сулейманов  Раис  Насибович

канд.  техн.  наук,  доцент  филиала  ФГБОУ  ВПО  УГНТУ,  г.  Октябрьский

Арсланов  Исмагил  Ганеевич

д-р  техн.  наук,  профессор  филиала  ФГБОУ  ВПО  УГНТУ,  г.  Октябрьский

E-mail: 

AUTOMATED  MONITORING  AND  CONTROL  SYSTEM  OF  SEWERAGE  PUMPING  STATION  PUMPING  UNITS’  WORK

Ahmetsalim  Galeev

doctor  of  engineering  science,  professor  of  a  branch  of  SEI  HPE  Ufa  State  Petroleum  Technological  University,  Oktyabrski

Rais  Suleimanov

candidate  of  engineering  sciences,  associate  professor  of  a  branch  of  SEI  HPE  Ufa  State  Petroleum  Technological  University,  Oktyabrski

Ismagil  Arslanov

doctor  of  engineering  science,  professor  of  a  branch  of  SEI  HPE  Ufa  State  Petroleum  Technological  University,  Oktyabrski

АННОТАЦИЯ

Рассматриваются  вопросы  модернизации  системы  автоматизации  и  управления  насосными  агрегатами  канализационных  насосных  станций  (КНС).  В  качестве  перспективного  варианта  решения  проблемы  мониторинга  работы  КНС  предлагается  разработанная  авторами  автоматизированная  система  контроля  и  регистрации  технологических  параметров  «АСКиР».  Система  «АСКиР»  предназначена  для  обеспечения  "on-line  "  сбора,  регистрации,  хранения  и  передачи  на  диспетчерский  пункт  технической  и  технологической  информации,  а  также  своевременной  сигнализации  при  внештатных  отклонениях  в  режиме  работы  технологического  оборудования.

ABSTRACT

In  the  article  there  are  considered  questions  of  modernization  of  automation  and  management  of  pumping  units  of  sewerage  pumping  stations  (SPS).  As  a  promising  option  of  the  problem  of  SPS  work  monitoring  there  is  proposed  the  automated  processing  and  control  system  of  technological  parameters  “ASKIR”  worked  out  by  the  authors.  The  system  “ASKIR”  serves  to  “on-line”  collection,  logging,  storage  and  transfer  of  technical  and  technological  information  to  a  control  station  as  well  as  to  an  early  warning  while  emergencies  in  work  of  processing  equipment. 

Ключевые  слова:  автоматизация,  насосные  станции,  контроль,  мониторинг,  управление

Keywords:  automation;  pumping  stations;  control;  monitoring;  management. 

Развитие  и  внедрение  вычислительной  техники,  программного  обеспечения,  средств  измерений  приводит  к  существенному  увеличению  информационных  потоков.  Это  в  полной  мере  относится  к  объему  передаваемых  технологических  данных.  Опыт  показывает:  если  современное  предприятие  хочет  постоянно  развиваться  и  совершенствоваться,  ему  просто  необходимо  оперативно  принимать  правильные  управленческие  решения,  направленные  на  оптимизацию  технологических  процессов  и  режимов  работы  оборудования.  Одним  из  основных  путей  решения  этих  задач  является  автоматизация  технологических  процессов. 

Автоматизация  процессов  имеет  особое  значение  в  системе  водоотведения  и  канализации,  т.  к.  это  связано  не  только  с  процессами  эффективного  управления,  но  и,  что  не  менее  важно,  с  экологическими  вопросами.  Несмотря  на  высокий  уровень  требований  к  водоканалам  по  непрерывности  подачи  воды  в  наши  квартиры  и  отведения  стоков,  уровень  автоматизации  на  этих  предприятиях  не  всегда  соответствует  современным  требованиям.  Однако,  автоматизация  на  водоканалах  необходима  для  более  эффективного  управления  технологическим  процессом  добычи  и  транспортировки  воды,  т.  к.  это  позволяет  снизить  затраты  энергии  и  более  эффективно  распорядиться  имеющимися  ресурсами.  Особенно  это  касается  работы  насосных  станций.  Внедрение  систем  автоматического  управления  технологическим  процессом  водоотведения  и,  в  частности,  управления  насосными  станциями  является  одним  из  важнейших  направлений  технического  прогресса  в  области  создания  энергосберегающих  и  экологически  безопасных  технологий.

Канализационные  насосные  станции  (КНС)  систем  водоотведения  представляют  собой  комплекс  сооружений  и  оборудования,  обеспечивающий  водоотведение  стоков  в  соответствии  с  нуждами  потребителя.  Состав  сооружений,  их  конструктивные  особенности,  тип  и  число  основного  и  вспомогательного  оборудования  определяются  исходя  из  принципов  комплексного  использования  водных  ресурсов  и  охраны  природы  с  учетом  назначения  насосной  станции  и  предъявляемых  к  ней  технологических  требований  [3]  .  На  насосных  станциях  автоматизируются:  пуск  и  остановка  насосных  агрегатов  и  вспомогательных  насосных  установок;  контроль  и  поддержание  заданных  параметров  (например,  уровня  воды).  Основным  параметром  автоматизированного  управления  работой  станции  является  допустимый  уровень  в  приемном  резервуаре.

Основным  режимом  работы  автоматики  КНС  является  автономный  режим,  в  котором  управление  перекачкой  бытовых  стоков  осуществляется  без  вмешательства  технического  и  диспетчерского  персонала.  Для  реализации  этого  режима  в  автоматике  предусмотрены  входы  для  подключения  датчиков  уровня  стоков  в  сборном  приямке.  Обычно  в  комплекте  поставки  для  одной  КНС  присутствует  три  таких  датчика.  Уровни,  о  которых  сигнализируют  датчики  можно  обозначить  следующим  образом: 

1.  «первый  рабочий»  —  соответствует  20—35  %  заполнения.

2.  «второй  рабочий»  —  соответствует  45—50  %  заполнения. 

3.  «перелив»  —  аварийный  уровень,  при  котором  заполнение  сборного  приямка  достигает  70  %  и  более. 

Как  правило,  в  машинном  зале  канализационной  насосной  станции  имеется  три  насоса  перекачки  стоков  (один  из  них  находится  в  режиме  «ремонт»  или  «техническое  обслуживание»)  и  один  дренажный  насос. 

Автоматика  управляет  насосами  КНС  по  следующему  алгоритму:

1.  Если  уровень  стоков  выше  уровня  «первый  рабочий»  —  автоматика  включает  один  из  насосов  КНС.

2.  При  достижении  «второго  рабочего»  уровня  —  включается  ещё  один  насос.  В  итоге  перекачку  стоков  осуществляют  уже  два  насоса.

3.  Автоматическое  включение  второго  насоса  предусмотрено  и  при  аварийном  состоянии  первого  насоса.

4.  Если  уровень  стоков  в  сборном  приямке  выше  уровня  «перелив»  —  в  диспетчерский  пункт  и  на  телефоны  обслуживающего  персонала  должен  отправляться  сигнал  аварии.  Тем  временем  оба  насоса  продолжают  работать.

5.  Дренажный  насос  включается  при  затоплении  машинного  зала.  При  этом  в  диспетчерский  пункт  так  же  должен  поступать  аварийный  сигнал  [2].

Несмотря  на  такой  высокий  уровень  требований  к  системе  управления  канализационных  насосных  станций,  уровень  автоматизации  на  большинстве  КНС  недостаточен  и  зачастую  ограничивается  простым  регулированием  уровня  без  сигнализации  об  предаварийных  и  аварийных  ситуациях  на  диспетчерские  пункты.  Такая  ситуация  приводит  к  необходимости  содержать  дополнительный  обслуживающий  персонал,  который  должен  периодически  выезжать  на  КНС  для  визуального  анализа  ситуации.  Управление  работой  КНС  в  «ручном»  режиме  ведет  к  дополнительным  финансовым  и  трудовым  затратам  и  существенно  снижает  оперативность  реагирования  на  аварийные  ситуации.  При  этом  нельзя  забывать  и  о  экологической  составляющей  проблемы,  т.  к.  канализационные  насосные  станции  являются  объектами  повышенной  экологической  опасности.

Эффективное  управление  работой  КНС  на  основе  применения  современных  средств  связи  и  автоматики  может  позволить  своевременно  выявлять  предаварийные  ситуации  и  соответственно  снизить  затраты  на  обслуживание  оборудования  и  более  эффективно  распорядиться  имеющимися  трудовыми  и  финансовыми  ресурсами.  Предложения  по  комплексной  автоматизации  КНС,  поступающие  от  многочисленных  фирм  и  институтов,  очень  затратны,  т.  к.  в  них  заложена  дорогостоящая  полная  замена  существующей  системы  автоматизации. 

Более  приемлемым  с  экономической  точки  зрения  является  модернизация  существующей  схемы  автоматизации,  которая  в  принципе  справляется  с  управлением  КНС.  Такую  возможность  представляет  разработанный  коллективом  авторов  комплекс  АСКиР  [1]. 

Автоматизированная  система  контроля  и  регистрации  технологических  параметров  «АСКиР»  предназначена  для  обеспечения  "on-line  "  сбора,  регистрации,  хранения  и  передачи  на  диспетчерский  пункт  технической  и  технологической  информации,  а  также  своевременной  сигнализации  при  внештатных  отклонениях  в  режиме  работы  технологического  оборудования  (рис.  1).  Ядром  системы  является  центральный  микропроцессор,  устанавливаемый  в  основном  блоке  системы  в  станции  управления.  Модуль  контроллера  обеспечивает  последовательный  опрос  и  передачу  данных  следующих  модулей:  опроса  и  сбора  данных,  индикации,  связи  с  компьютером.

Блок  опроса  данных  обеспечивает  последовательный  опрос  и  сбор  данных  до  восьми  отдельных  входов.  Опрос  и  передача  данных  идут  в  цифровом  виде,  за  счет  чего  каждый  вход/выход  может  передавать  до  десяти  независимых  параметров. 

Блок  связи  с  персональным  компьютером  обеспечивает  двухстороннюю  связь  с  компьютером  по  последовательному  интерфейсу  RS-485.

Блок  индикации  обеспечивает  передачу  данных  в  модули  индикации.  Индикация  позволяет  визуально  оценить  контролируемые  параметры  одного  из  выбранных  датчиков  по  уровню  вертикальной  шкалы.

Микроконтроллер  представляет  собой  полностью  интегрированную  на  одном  кристалле  систему  для  обработки  смешанных  (аналого-цифровых)  сигналов.

Для  передачи  данных  от  центрального  котроллера  на  диспетчерский  пункт  используется  промышленный  беспроводной  GSM/GPRS  модем  Овен  ПМ01.  Он  предназначен  для  удаленного  обмена  данными  через  беспроводные  системы  связи  стандарта  GSM  с  оборудованием,  оснащенным  последовательными  интерфейсами  связи. 

Для  принятия  информации  от  приборов  КНС  диспетчер  должен  иметь  персональный  компьютер  и  обычный  USB-модем  с  активной  SIM-картой.  Вся  регистрируемая  информация  с  центрального  контроллера  попадает  в  базу  данных,  где  сопоставляется  с  установленными  пределами  значений  по  каждому  контролируемому  параметру.

Основное  окно  программного  обеспечения  системы  представлено  на  рис.2.  Для  контролируемого  параметра  имеется  два  предельных  значения,  соответствующие  тревожному  и  аварийному  состоянию.  Тревожному  состоянию  параметра  соответствует  оранжевый  цвет,  аварийному  —  красный.  В  случае  превышения  установленного  порога,  система  выдает  на  экран  окно,  содержащее  сообщение  о  характере  отклонения.

Внедрение  системы  на  канализационной  насосной  станции  позволит  обеспечить  значительное  увеличение  эффективности  управления  и  мониторинга  основными  режимами.  В  режиме  "Канализационная  насосная  станция"  на  экране  компьютера  отображаются  уровень  стоков,  токи  и  уровень  вибрации  насосных  агрегатов.

Рисунок  1.  Автоматизированная  система  контроля  и  регистрации  технологических  параметров  «АСКиР»

При  этом  система  обеспечивает: 

1.  мониторинг  и  учет  выходных  параметров  насосных  агрегатов  КНС; 

2.  индикацию  уровня  воды  в  накопительном  резервуаре  и  машинном  зале  насосной  станции; 

Обоснование  применения  системы  АСКиР:

1.  быстрая  и  достоверная  диагностика  состояния  объектов,  разбросанных  на  большой  территории,

2.  отказ  от  использования  дорогих  самописцев  на  объектах,  расходов  на  их  обслуживание  и  расходных  материалов  к  ним; 

3.  круглосуточный  компьютерный  контроль  за  технологическими  процессами;

4.    контекстные  подсказки  оператору  в  аварийных  ситуациях;

5.  компьютерный  анализ  всех  параметров  работы  оборудования  и  предупреждение  оператора  о  подходе  значений  параметров  к  границе  опасной  зоны;

Рисунок  2.  Основное  окно:  сообщение  о  превышении  порогового  значения

6.  возможность  ретроспективного  анализа  важнейших  параметров  для  принятия  решения  о  плановом  ремонте  или  замене  части  оборудования;

7.  центральный  компьютер  диспетчера  беспристрастно  записывает  поминутные  графики  изменения  измеряемых  величин,  ведет  журнал  событий  и  команд  с  четкой  персонализацией  и  последующей  ответственностью  дежурного  персонала  и  диспетчеров;

8.  возможность  расширения  уже  существующих  систем  контроля  (увеличение  числа  контролируемых  параметров  на  объекте,  подключение  любых  других  объектов);

Выводы:  Внедрение  блока  АСКиР  в  систему  автоматизации  канализационных  насосных  станций  увеличивает  надёжность  системы,  повышает  оперативность  управления,  снижает  затраты  на  обслуживание  технологического  оборудования.

Список  литературы:

1.Галеев  А.С.,  Сулейманов  Р.Н.,  Арсланов  Р.И.  и  др.  Повышение  эффективности  эксплуатации  СШНУ.  —  Уфа:  Изд-во  УГНТУ,  2012.  126  с. 

2.Попкович  Г.С.,  Кузьмин  А.А.  Автоматизация  систем  водоснабжения  и  канализации.  —  М.:  Стройиздат,  1983.  151  с.

3.Яковлев  С.В.,  Карелин  Я.А.,  Ласков  Ю.М.,  Калицун  В.И.  Водоотведение  и  очистка  сточных  вод.  М.:  Стройиздат,  1996.  —  591  с.