По роду деятельности наше предприятие тесно связано с коммунальным хозяйством. Неотъемлемой частью коммунального хозяйства являются водоканалы. Это организации, обладающие большим, разнородным хозяйством, располагающимся на значительных площадях. Водоканалы также относятся к ресурсодобывающим предприятиям, что предусматривает значительную энергоемкость производства.

Водозаборы, являющиеся ресурсодобывающим подразделением водоканалов, нуждаются в постоянном контроле и обслуживании применительно ко всем аспектам их функционирования. К таким аспектам относятся, например, целостность трубопроводов, качество работы насосов, химический состав воды и т.д.

Также немаловажным аспектом вододобычи является себестоимость добываемой воды. На подавляющем большинстве водоканалов объем добываемой воды определяется на основании паспортных данных установленных насосов. При этом не учитывается ни глубина установки насосов, ни взаиморасположение скважин, ни реальное техническое состояние насосного агрегата. Учет поставляемой воды ведется из тех же соображений. И такие факты, как самовольная врезка в трубопроводы, т.е. хищения воды, обнаруживаются зачастую, случайно.

На на данный моментшний день, в водоканалах сложилась следующая ситуация: общее количество добываемой и поставляемой воды не известно; расчет с потребителем часто ведется, исходя из его потенциальных возможностей, т.е. по диаметру труб подачи; количество потребляемой электроэнергии определяется на стадии ее оплаты; постоянный дефицит воды, который чаще всего решается за счет ввода в эксплуатацию новых скважин или целых водозаборов; отсутствие контроля текущего технического состояния не позволяет выводить из эксплуатации насосы, находящиеся в предаварийном состоянии; любой дефект скважины или электропитания неизбежно вызывает выход насоса из строя.

возникает задача контроля и учета производительности артезианского водозабора. Задача эта не нова: существовали даже штатные системы телемеханики, но такие системы были больше ориентированны на насосные станции, чем на скважинное хозяйство.

На эксплуатируемых в настоящее время водозаборах, имеется тот или иной набор аппаратуры, решающей задачи контроля. К таким устройствам можно отнести, например, контрольные шкафы, шкафы дистанционного управления скважинами, манометры, установленные на скважинах и т.д.

Строящиеся водозаборы не оснащаются даже минимумом стационарных измерительных устройств. А из проектов водозаборов исчезли средства автоматизации, в связи с тем, что проектные институты коммунального хозяйства не в силах самостоятельно проектировать системы автоматизации в целом. Попытки использовать переносные измерительные устройства, например ультразвуковой расходомер Акрон, не приводят к желаемым результатам. Это связано с тем, что для ведения постоянного контроля за состоянием водозабора необходимо проводить измерения регулярно, а добраться до скважины иногда просто невозможно.

Системы управления скважинами водозаборов 20-летней давности не соответствуют современным требованиям, предъявляемым к системам контроля скважинного хозяйства. И, несмотря на то, что на на данный моментшний день не есть жесткого стандарта на системы контроля, де-факто сформирован перечень функций, которые должна выполнять такая система: работа в режиме реального времени, постоянный мониторинг цикла вододобычи и ее доставки потребителю, отображение результатов измерения в интуитивно понятной форме, хранение значений параметров в течение максимально возможного отчетного периода, управление технологическим циклом, контроль аварийных и предаварийных режимов работы насосного агрегата, документирование, протоколирование аварийных и предаварийных ситуаций, протоколирование действий дежурного оператора, звуковая и световая сигнализация состояния технологического цикла.

Из всего перечня старые системы или системы телемеханики в полной мере позволяют лишь дистанционно включать и выключать двигатели насосов и осуществлять функции технологического контроля на уровне работает/не работает.

Кроме набора функций, также де-факто, сформирован ряд требований к системам контроля на водозаборе: наращиваемость и масштабируемость защищенность от электрических помех способность работать в условиях сложных климатических условий наличие средств самодиагностики всех компонентов системы наличие средств диагностики средств связи и линий связи ремонтопригодность и простота в обслуживании, защищенность от сбоев вычислительной аппаратуры за счет построения распределенных систем и дублирования основных компонентов, наличие средств резервного хранения результатов измерения, принцип. возможность использования современных способов передачи информации, таких как радиосвязь, Internet, и мобильная телефонная связь защищенность от несанкционированного доступа к управлению технологическим циклом, принцип. возможность взаимодействия с другими средствами автоматизации наличие проектной документации, инструкций и руководств пользователей системы.

Системы телемеханики не удовлетворяют, например, требованию наращиваемости и масштабируемости. Дело в том, что системы телемеханики, вводились в эксплуатацию вместе с водозабором, и порядок их использования определялся существующим набором механизмов и порядком их работы. Внесения изменений в системы такого типа не предполагалось. И действительно, насосные станции, базовой объект применения систем телемеханики, - достаточно стационарный объект, чего крайне не желательно сказать о водозаборе: на водозаборе могут быть заменены насосные агрегаты и шкафы управления, может меняться взаиморасположение скважин и их количество. Эти факторы могут потребовать внесения значительных изменений в систему телемеханики, или отказа от использования такой системы в целом. Даже если система телемеханики вводилась в эксплуатацию, то в цикле работы водозабора такие системы требовали регулярной модификации, которая проводилась силами обслуживающего персонала, что в конечном итоге, приводило к полному или частичному выходу системы из строя.

На смену системам телемеханики, с огромной разницей во времени, пришли современные автоматизированные системы контроля, управления и диагностики (АСКДУ). Многоуровневые и иерархические системы АСКДУ является программно-аппаратным комплексом, т.е. объединением аппаратных и программных средств в единую систему. Любая АСКДУ может быть разделена на три уровня ( :

Состав оборудования, входящего в эти три группы устройств, и средства связи, соединяющие их м. собой, определяют функциональные и технологические возможности АСКДУ. Управляющим компонентом системы является программное обеспечение.

В 2001 г. специалистами нашего предприятия разработана система контроля, управления и диагностики для водоканала г. Туймазы (республика Башкортостан).

Объектом автоматизации являются два артезианских водозабора Нуркеево-1 и Нуркеево-2 . Оба водозабора расположены в пригородной зоне. К объектам контроля и управления относятся скважины водозаборов, резервуары чистой воды, водоводы насосной станции, расположенной на территории диспетчерской водозабора Нуркеево-1.

На территории водозабора Нуркеево-1 расположено 13 артезианских скважин, они расположены 3-мя группами по 3-4 скважины на расстоянии 150-500 м друг от друга.

На территории водозабора Нуркеево-2 расположено 11 артезианских скважин, скважины расположены последовательно на расстоянии 200 м друг от друга.

В скважинах с помощью погружных насосов производится подъем воды на поверхность и закачивание ее в коллекторы. В качестве привода насосов используются трехфазные электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором мощностью до 12 кВт.

Предусматриывется контроль следующих технологических параметров: значение расхода воды; давление в трубопроводе; динамический уровень воды в скважине; токи нагрузки по трем фазам электропитания насоса.

С водозабора Нуркеево-1 все перечисленные технологические параметры собираются в диспетчерском пункте водозабора в режиме реального времени по проводным линиям связи.

Со скважин водозабора Нуркеево-2 информация собирается компьютером, установленным в центральном диспетчерском пункте - здании водоканала. Связь м. объектами водозабора осуществляется по проводным линиям связи.

Центральным диспетчерским пунктом (в дальнейшем ЦДП) по отношению к обоим водозаборам является здание водоканала г. Туймазы. Связь м. водозаборами и ЦДП осуществляется по радиоканалу.

Дистанционное управление объектами водозабора осуществляется только из ЦДП. Объектам управления являются электродвигатели насосных агрегатов скважин. Управление дискретного типа, т.е. включить - выключить.
Взаиморасположение объектов водозаборов Нуркеево-1 и Нуркеево-2

Система предназначена для круглосуточной работы в режиме реального времени. Измерения проводятся периодически, частота опроса каждого информационного канала -2 минуты. Время реакции системы на управляющие команды оператора не более 0,1 с. Система обеспечивает измерение значений перечисленных технологических параметров с базовой относительной погрешностью не более ±1.5%. Такой режим работы обеспечивает принцип. возможность своевременной реакции персонала на события, происходящие на объекте автоматизации и зафиксированные системой.

Система создана на базе следующих компонентов: Датчики. Датчик расхода ВЭПС модификация ПБ-3 Ду 50 и 80 Датчик динамического уровня воды ПКДУ-2 Датчик давления МИДА ПИ 13 1.0 Датчик тока трансформаторный ДТТ-007 Датчик положения ключа ручное/автоматическое управление Датчик аналоговой охранной сигнализации Контроллеры и реле. Восьмиканальный модуль аналогового ввода I7017 Модуль дискретного вывода I7042 Реле RM104 Контроллер задержки отбоя охранной сигнализации Программное обеспечение. Преобразователи(I752 интерфейсов и усилители сигналов(I751 RS48 Устройство грозозащиты Hakel DBR 48 Радиомодем Хитон. Комплекс охранной сигнализации.

Схема расположения контроллеров и средств связи приведена на рисунке 3.

Набор датчиков системы обусловлен набором измеряемых параметров. Все выбранные датчики известны и применяются повсеместно.

Набор контролеров включает только контроллеры серии i700 Это серия контроллеров полностью аналогична устройствам ADAM 4000, с точностью до номеров внутри серий. Например, аналогом модуля ADAM 4017 является модуль I701 Информации и по датчикам и контроллерам достаточно в специализированных изданиях, поэтому нет смысла подробно описывать их свойства и особенности функционирования. Хотелось бы остановиться на организации связи и программном обеспечении системы.

Сбор измеренных значений осуществляется двумя вычислительными комплексами. В состав вычислительного комплекса входит персональный компьютер и специализированное программное обеспечение. Первый вычислительный комплекс установлен в центральном диспетчерском пункте(здание водоканала). Второй - в диспетчерском пункте водозабора Нуркеево-1.

Первый комплекс является управляющим по отношению ко второму.

Вычислительный комплекс центрального диспетчерского пункта предназначен для: сбора и отображения информации с контроллеров скважин водозабора Нуркеево-2; управления электродвигателями насосных агрегатов скважин водозабора Нуркеево-2; управления вычислительным комплексом, установленным в диспетчерском пункте водозабора Нуркеево-1; хранения собранной информации; решения задач документооборота.

Вычислительный комплекс, установленный в диспетчерском пункте водозабора Нуркеево-1 предназначен для: сбора и отображения информации объектов автоматизации водозабора Нуркеево-1; передача управляющих команд, поступающих из центрального диспетчерского пункта в измерительные контроллеры и контроллеры управления. дублирования основных элементов программной части комплекса.

Система строится на базе стандартных интерфейсов RS232 и RS485( . Для организации связи м. управляющими компьютерами используется интерфейс RS 23 Для организации связи управляющих компьютеров с контроллерами - протокол RS48 Применение этого протокола предполагает построение сети RS485, используя в качестве физического носителя двухпроводную линию связи. В сеть RS485 включаются модули сбора данных и управления. Управляющим устройством такой сети является компьютер. Использование интерфейса RS485 обеспечивает гибкость и наращиваемость систем, за счет возможности добавления в сеть RS485 любых устройств, поддерживающих этот протокол обмена. Тип связи комбинированный , т.е. связь м. объектами расположенными на территории каждого из водозаборов - проводная, связь м. водозаборами - радиоканал. В качестве проводной линии связи использован кабель типа КВВГ. Радиосвязь организована на основе радиостанций Motorola M208 и радиомодемов Хитон[1]. Модемы выполняют роль радио удлинителя линии связи RS48 Тип радиосвязи - точка - многоточка.

Использование радиосвязи в режиме точка-многоточка позволяет говорить о сегментарном расширении системы, т.е. о возможности добавления других объектов в состав объекта автоматизации. Такой тип радиосвязи и наличие двух пунктов сбора информации позволяет, во первых, разделить функции м. двумя компьютерами, и реализовать в полном объеме резервирование данных и, во вторых, реализовать функцию быстрого перехода на резервный управляющий вычислительный комплекс в случае выхода основного комплекса из строя.

Программное обеспечение создается на базе SCADA TraceMode[2]. Как и любая SCADA система она, является специализированным средством создания программной части автоматизированных систем. Специфика SCADA систем заключается в наличие уже полностью готовых механизмов, реализующих измерение значений технологических параметров, связь с контроллерами, связь м. рабочими станциями, организацию управления технологическим циклом, связь с системами офисной или промышленной автоматизации, организацию цикла документирования, организацию WEB сервера и т.д. Все эти механизмы, дополненные алгоритмами, реализующими обработку измеренных величин с учетом специфики технологического цикла и набора информационных экранов с реалистичным и интуитивно понятным изображением элементов объекта автоматизации и являются, в конечном итоге программной частью АСКДУ.(4.)

Система обеспечивает выполнение следующих функций: дистанционное измерение физ. величин, соответствующих следующим технологическим параметрам скважины : расход воды, динамический уровень воды в скважине, давление в трубопроводе, ток нагрузки по трем фазам. дистанционное управление электродвигателями насосных агрегатов; охранная сигнализация; преобразование полученных значений параметров в унифицированные сигналы; передача данных от измерительных узлов к пункту сбора информации; диагностирование отдельных компонентов системы; интерпретация результатов измерения; отображение интерпретированных значений; хранение интерпретированных значений; хранение паспортных данных об агрегатах объекта автоматизации и оборудования системы; обработку значений технологических параметров; создание документов установленного образца на основании измеренных и хранимых значений; ведение журнала тревог. Выполнение всех вышеперечисленных функций обеспечивает: оперативный контроль количества добываемой воды с детализацией по скважинам; принцип. возможность оперативного контроля состояния агрегатов объекта автоматизации; принцип. возможность оперативного контроля состояния оборудования системы; принцип. возможность статистического анализа работы узлов объекта автоматизации; принцип. возможность введения автоматизированного документооборота; принцип. возможность оптимизации вододобычи по отдельному водозабору и по каждой скважине; сохранность имущества периферийных объектов водозаборов.

Учитывая наличие измерительной аппаратуры не только на скважинах, но и на насосной станции Нуркеево-1, система позволяет наладить учет добываемой воды, отпускаемой воды и оценивать возможные потери воды в трубопроводах. Сопоставление энергопотребления насосного агрегата скважины и ее реальной производительностью делают возможным оценку рентабельности ее эксплуатации. принцип. возможность экспорта данных делает возможным использование информации, собираемой АСКДУ в системы управления предприятием. Наличие постоянного контроля позволяет своевременно принимать меры по предотвращению аварийных ситуаций. Все это позволяет утверждать, что современные АСКДУ способны решать задачи автоматизации водозаборов в полном объеме.

Список литературы: Радиомодем Хитон. Руководство по эксплуатации. ОКБ Хитон, Пермь. ТРЕЙС МОУД - графическая инструментальная система для разработки АСУ, Москва 2000 г

Источник: http://psv.vinf.ru