Автоматизация насосной станции водоснабжения

  Насосные станции водоснабжения — основа технологической системы подачи воды, гарантирующая бесперебойное водоснабжение как на производстве, так в жилых комплексах, муниципальных, федеральных объектах. Наш опыт показывает, что даже самое современное, продвинутое технологическое оборудование ведущих производителей не сможет обеспечить стабильную работу без АСУ ТП. Если изначально управление построено на визуальном контроле давления воды, уровня жидкости в напорных и накопительных резервуарах, тогда своевременное включение и отключение насосных агрегатов требует постоянного присутствия оперативного персонала. Только автоматизация насосной станции водоснабжения позволяет освободить персонал от рутинных задач за счет внедрения комплексного решения, которое может включать как базовый минимум автоматического управления по изменению давления жидкости, так сложные АСУ ТП со СКАДА-системами, обеспечивающие удаленный мониторинг нескольких объектов из единого диспетчерского пункта. Мы уделяем внимание каждому проекту и принятому техническому решению, учитывая нюансы производственного объекта, требования безопасности, потребности клиентов и экономическую целесообразность.

  Создание технически и экономически эффективной системы управления насосной станцией водоснабжения — это многоэтапный процесс, который базируется на анализе технологических требований, специфики производства. Поясним. Работа над проектом в ООО «КУБТРОНИКС» начинается с обследования существующей технологической схемы, изучения потребностей заказчика, включающие:

• сбор сведений о характеристиках насосного оборудования,
• получение информации о параметрах трубопроводов, режимах водопотребления,
• изучение данных об источниках водоснабжения, параметрах самой воды.

  Далее следует разработка АСУ ТП:

• выбор структуры системы,
• проектирование алгоритмов работы,
• подбор оборудования,
• согласование технических решений с заказчиком.

  Только после этого мы переходим к реализации проекта, состоящей из таких этапов, как:

• разработка конструкторской документации,
• комплектация,
• сборка шкафа управления насосной станцией,
• программирование контроллеров и реле,
• прокладка кабельных трасс,
• монтаж датчиков, шкафа управления насосной станции,
• проведение пуско-наладочных работ,
• обучение персонала заказчика,
• ввод системы в промышленную эксплуатацию.

  Обеспечение необходимой производительности, поддержание стабильного давления в водопроводной сети, гарантия безопасной эксплуатации – это основные задачи, которые решаются при автоматизации насосной станции водоснабжения. Как любая другая система управления насосной станцией, АСУ работает с использованием принципа обратной связи. Датчики давления, расхода, уровня непрерывно измеряют давление воды и производительность подачи жидкости в подающем трубопроводе и уровень в резервуарах. ПЛК на основании этих данных формирует управляющие сигналы на включение или отключение насосных агрегатов по заданному алгоритму, который также учитывает штатную характеристику производительности каждого из насосов, требования по сменности агрегатов, их равномерной наработке. При всей кажущейся простоте логики работы, на каждом производстве имеются нюансы, учет которых позволяет внедрить экономически эффективную АСУ для этого конкретного объекта.

  Уже можно с уверенностью утверждать, что базовым решением для управления насосом является частотный преобразователь. Для погружных и центробежных насосов преобразователь частоты позволяет регулировать производительность, обеспечивать плавные пуски-остановки. Это в свою очередь исключает гидроудары в системе трубопроводов, гарантируя точное соответствие производительности подачи жидкости текущему потреблению. Значит, такое техническое решение обеспечивает экономически эффективный режим функционирования оборудования.

  Погружные и центробежные насосы должны оснащаться системами защит, поскольку работа без жидкости, а также при отсутствии потока жидкости через агрегат, приводит к перегреву корпуса. В свою очередь перегрев является причиной отказа насоса – выходу из строя уплотнений, в том числе торцевых. Базовое решение по защите агрегата от перегрева – это контроль потока жидкости через агрегат, который может быть реализован различными техническими средствами:

• сигнализаторами расхода,
• расходомерами (датчиками расхода).

  Для исключения подобной аварийной ситуации заблаговременно могут использоваться средства контроля наличия жидкости в емкостях, к которым подключены станции перекачки:

• поплавковые сигнализаторы уровня,
• датчики измерения уровня различного типа.

  АСУ ТП анализирует показания первичных средств контроля и либо отключает работающий агрегат, либо блокирует автоматический пуск при недостаточном уровне воды. Одновременно с защитой формируется предупредительная сигнализация, которая может отображаться как на панели оператора шкафа, так в системе диспетчерского контроля и управления. Конкретное устройство отображения зависит от принятой структуры системы управления.

  Автоматическое управление погружным и центробежным насосами также может включать контроль значений следующих величин:

• температура обмоток электродвигателя,
• ток электродвигателя,
• действующее значение напряжения,
• вибрация подшипниковых узлов.

  Встречаются технологические схемы системы водоснабжения, когда погружные насосы из скважин закачивают воду в промежуточную емкость, из которой далее потребителям жидкость поставляют центробежные насосы. В этом случае необходим контроль и управление уровнем воды в промежуточном резервуаре с целью обеспечения:

• минимального количества включений-отключений погружных насосов,
• достаточного объема воды для бесперебойной работы центробежных агрегатов.

  Один из вариантов решения этой задачи – это каскадное управление как погружными насосами, так центробежными: АСУ ТП последовательно включает и увеличивает производительность агрегатов за счет частотного регулирования при росте водопотребления, уменьшает производительность вплоть до отключения агрегата при снижении потребления. Это гарантирует:

• равномерную выработку ресурса агрегатов,
• экономически эффективные режимы работы,
• необходимую по объему подачу жидкости.

  Опыт ООО «КУБТРОНИКС» показывает, что внедрение алгоритмов работы по уровню, давлению в единую АСУ ТП снижает количество пусков-остановок, что положительно влияет не только на энергоэффективность системы, но также на надежность работы погружных насосов. Необходимо помнить, что применение частотных преобразователей для погружных насосов имеет ограничения, которые связаны с несколькими факторами:

• исполнением электродвигателей (подшипниковых узлов) погружных насосов,
• применяемым типом силового кабеля,
• настройками несущей частоты частотного преобразователя,
• наличием сглаживающего дросселя на выходе частотного преобразователя перед подключением силового кабеля,

  поэтому применение правильных технических решений повышают не только экономическую эффективность во время эксплуатации, а также срок службы погружного насоса.

  Система управления насосной станции воды представляет собой аппаратно-программнный комплекс, центральным элементом которого является шкаф управления насосной станцией. В нем размещается следующее оборудование:

• блоки питания,
• элементы управления и сигнализации,
• программируемый логический контроллер или реле,
• частотные преобразователи,
• устройства защиты и коммутации,
• элементы обеспечения микроклимата.

  Обращаем внимание, что на надежность работы оборудования внутри щита влияет учет климатических условий эксплуатации/размещения щита. Необходимы системы вентиляции для охлаждения частотных преобразователей. Элементы обогрева будут задействованы в холодный период года в случае размещения шкафа вне отапливаемого помещения.

  В состав оборудования системы управления насосной станции помимо шкафа входят первичные преобразователи, монтируемые на технологическом оборудовании, а именно:

1. Для контроля уровня жидкости в резервуаре с водой применяются различные датчики, сигнализаторы: поплавковые, ультразвуковые или гидростатические.
2. Для контроля давления устанавливаются датчики, манометры избыточного давления.
3. Расходомеры (электромагнитные, ультразвуковые) обеспечивают контроль производительности подачи воды, что важно не только для обеспечения режима работы, но и для коммерческого учета воды.
4. Аналитические приборы контроля качества воды.

  Еще раз обратим внимание на применение частотного преобразователя для управления насосом подачи воды. Целесообразнее использовать приборы «насосной» серии. Они имеют соответствующую маркировку и дешевле, чем общепромышленные частотники, так как такой вид нагрузки, как и вентиляторная, является наиболее простым для частотного регулирования. Преобразователь частоты — это ключевой силовой элемент АСУ ТП. Он плавно, непрерывно изменяет частоту напряжения, подаваемого на электродвигатель агрегата, что обеспечивает непрерывное изменение производительности. Правда, не забывайте учитывать индивидуальную напорную характеристику, чтобы гарантировать необходимый диапазон регулирования. В отличие от ранее применявшихся релейных схем управления с дискретным пуском, частотное регулирование снижает пусковые токи, что в итоге:

• продлевает срок службы электродвигателей, механических узлов агрегата,
• уменьшает нагрузку на электросеть предприятия,
• исключает гидравлические удары в трубопроводной системе,
• обеспечивает экономию электроэнергии до 30-40% по сравнению с традиционными схемами управления с использованием пускателей

  Кроме того, частотные преобразователи имеют:

• встроенные функции защиты от перегрузки, короткого замыкания,
• возможности интеграции с ПЛК по промышленным протоколам передачи данных (Modbus RTU/TCP, Profibus, Profinet) для обмена диагностической информацией,
• ПИД-регулятор, обеспечивающий локальное автоматическое регулирование,

  что в итоге превращает преобразователь частоты в полноценный логический узел АСУ ТП насосной станции, который распределяет функциональные нагрузки между элементами управления насосной станцией.

  Защита агрегатов реализуется как на аппаратном уровне в частотном преобразователе, также алгоритмами ПЛК или программируемого реле. Обязательными являются защиты насоса от:

• сухого хода,
• перегрузки по току,
• отключения/чередования фаз,
• превышения температуры обмоток электродвигателя,
• аварийной величины вибрации,
• аварийного давления на выходе.

  При срабатывании любой из защит останавливает неисправный насос, формируется аварийный сигнал. При наличии функции АВР – автоматического ввода резерва – запускается агрегат, находящийся в режиме «резерв».

  Стоимость внедрения системы автоматизации станции подачи воды является определяющей для заказчика на этапе принятия решения о реализации проекта. Современная АСУ ТП насосной станции окупается в среднем за 2…3 года эксплуатации за счет таких факторов, как:

• снижение энергопотребления,
• сокращению аварийных простоев,
• увеличения срока службы механо-технологического оборудования,
• сокращения штата оперативного персонала.

  К сожалению, нет универсального прайс-листа на все возможные варианты АСУ ТП для станции подачи воды, так как цена проекта зависит от:

• мощности электродвигателей,
• количества насосов,
• требуемого функционала,
• степени интеграции с существующими системами,
• специфики объекта,
• стоимости оборудования АСУ ТП насосной станции.

  Стоимость условно «базовой» автоматизации насосной станции промышленного объекта начинается от 200 тысяч рублей. Комплексная АСУ ТП со СКАДА-системой, мониторингом состояния насосов, диспетчеризацией стартует от одного миллиона рублей. АСУ насосных станций жилищных комплексов могут стоить дешевле 200 тысяч рублей, так как обладают минимальным функционалом и управляют двумя-тремя насосами небольшой мощности.

  На промышленных объектах стоимость системы автоматического управления увеличивается за счет сложности технологического процесса, необходимости обеспечить горячий резерв. Для химических, нефтеперерабатывающих и пищевых предприятий указанная базовая стоимость также увеличивается за счет применения дорогих аналитических приборов в составе системы, таких как датчики кислорода (оксиметры), ph-метры, датчики температуры. В любом случае мы готовы рассмотреть ваши требования и подготовить соответствующее им техническое решение.