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:
стежить за температурою в павільйоні і управляє
калорифером з метою недопущення заморожування НС;
безперервно контролює справність устаткування і
власних технічних засобів;
контролює вихід за допустимі межі параметрів
технологічного процесу, забезпечує коректну поведінку в разі технологічних
аварій;
виключає роботу несправного устаткування;
відстежує параметри безпеки об'єкту (пожежна і
охоронна сигналізація, сигналізація затоплення, контроль електроживлення);
забезпечує взаємодію з центральним пунктом;
підтримує зручний інтерфейс користувача.
Оптимальне керування насосними станціями
2. Цілі і критерії оптимізації
Як уже зазначалося, під оптимальним режимом роботи систем
подачі та розподілу води слід розуміти такі умови експлуатації, при яких
забезпечення водою споживачів досягається з мінімальними витратами
електроенергії на насосних станціях і найменшими втратами води в мережах.
Математичним виразом оптимальних режимів є мінімум функціоналу 
при умовах 
. Розглянемо, з яких складових складається
функціонал 
. Витрати електроенергії на насосних
станціях залежать від подачі 
і напору 
на виході насосної станції, а також від
ККД насосного агрегату: Подача визначається потребами у воді, а напір - необхідним напором в диктуючій точці
мережі 
, втратами напору від насосної станції до
диктуючій точці, різницею в геодезичних відмітках насосної станції та диктуючій
точці, а також надлишковими напорами в диктуючій точці. При відомій подачі в мережу найменші витрати електроенергії
будуть у тому випадку, коли напір у диктуючий точці буде дорівнювати
необхідному, тобто при надлишкових напорах, рівних нулю.
Крім цього, втрати електроенергії на насосних станціях
викликаються роботою насосів при неоптимальних значеннях ККД. Такі умови можуть
виникнути для деяких насосів при забезпеченні необхідних значень і на виході насосної станції. Скорочення цих втрат досягається
підбором найбільш економічної комбінації працюючих насосів, що забезпечує
підтримку и з найменшими витратами електроенергії.
При виборі комбінації насосів необхідно враховувати ще один
фактор - обмеження по числу перемикань насосних агрегатів. При включенні в
роботу нового насоса мають місце певні витрати електроенергії на пуск агрегату.
Ці втрати особливо помітні для насосних агрегатів з двигунами великої
потужності. Крім того, потрібно враховувати нормативне число міжремонтних
перемикань насосів, а також обмеження щодо тривалості міжремонтної роботи
насоса.
Дослідження режимів роботи систем подачі та розподілу води
показали, що надлишкові напори в мережі викликають значні втрати води за
рахунок витоків з мережі, за водомірних витоків у санітарно-технічної та
водорозбірної арматури та ін. За даними АКХ, надмірний напір (0,1 МПа)
призводить до збільшення витрати води у споживачів 5-8%. Звідси випливає, що
ліквідація надлишкових напорів в мережі дасть не тільки економію
електроенергії, але призведе також до зменшення втрат води. Крім цього,
зниження напору в мережі сприятиме зменшенню кількості аварій, а отже, втрат
води при розривах трубопроводів і витрат на ліквідацію пошкоджень.
З урахуванням викладеного видається доцільним розділити
задачу мінімізації функціонала 
на два етапи. На першому слід визначити умови які забезпечують
роботу насосної станції з мінімальними витратами електроенергії на подачу води
в мережу і мінімальні втрати води в мережі. Це буде досягнуто при найменших
(нульових) надлишкових напорах в мережі. Завдання можна сформулювати наступним
чином:
(2.1)
При 
; 
В результаті мінімізації функціонала 
будуть визначені необхідні значення
напорів насосних станцій.
На другому етапі розрахунків визначаються оптимальні
значення управляючих впливів 
, забезпечують реалізацію необхідних умов роботи насосної станції
при мінімальних втратах електроенергії усередині насосної станції.
З урахуванням сказаного оперативне планування оптимальних
режимів роботи насосних станцій повинно здійснюватися в наступному порядку:
визначення (прогнозування) необхідної подачі води
в мережу 
на кожну годину наступної доби;
розрахунок оптимальних значень напору і подачі (у випадку кількох насосних станцій) на кожну годину наступної
доби;
формування погодинного графіка оптимальних значень
и насосних станцій;
визначення оптимальних комбінацій працюючих
насосів для реалізації погодинних графіків и .
Останній етап розрахунків необхідний у тих
випадках, коли на насосній станції немає технічних засобів плавного регулювання
продуктивності насосів (синхронно-вентильних каскадів, частотних перетворювачів
і т. п.) і є достатня кількість (більше 2-3) резервних насосів.
2.1 Прогнозування графіка водоспоживання
Прогнозування графіка водоспоживання на наступну
добу є першим етапом оперативного планування оптимальних режимів. Приймається,
що зміну умов експлуатації можна здійснювати з певною періодичністю (наприклад,
не частіше ніж через 1 рік). На підставі цього припущення безперервний добовий
графік водоспоживання замінюється дискретним (з кроком 1 рік).
Процес водоспоживання є нестаціонарним,
випадковим процесом. На нього впливає безліч факторів як зовнішніх, так і
внутрішніх. До зовнішніх факторів можна віднести хронологічні, метеорологічні,
організаційні, до внутрішніх - параметри системи водопостачання, категорії
споживачів та їх співвідношення в загальному обсязі водоспоживання та ін.
Вплив великої кількості чинників на процес
водоспоживання призводить до того, що в ньому завжди присутня частка невизначеності,
яку неможливо усунути. Завдання полягає в мінімізації цієї невизначеності з
метою кращого наближення прогнозованого графіка до фактичного. Останнім часом
завдання оперативного прогнозування графіка водоспоживання розглядалася поруч
авторів. Існуючі методи прогнозування можуть бути поділені на кілька основних
груп.
Використання регресійних методів у прогнозуванні
водоспоживання засноване на визначенні залежності величини водоспоживання від
зовнішніх факторів. Використання регресійних моделей передбачає вирішення двох
завдань: перше полягає у виборі чинників, що впливає на процес водоспоживання,
та у визначенні форми рівняння регресії, друга (оцінювання параметрів)
вирішується за допомогою статистичних методів обробки даних спостережень.
В якості факторів в регресійних моделях є
метеорологічні параметри для різних сезонів року і днів тижня. Лінійні рівняння
регресії (окремо для літа та зими) добре описують формування витрат води в
залежності від впливу параметрів.
В якості «незалежних» змінних у регресійній
моделі можуть використовуватися значення часових величин водоспоживання в
попередні моменти. Такі моделі виділяються в особливий клас авто регресійних
моделей. Вони знаходять широке застосування в прогнозуванні водоспоживання, так
як часовий ряд водоспоживання характеризується тісним взаємозв'язком. Одним з
різновидів цього методу є так званий метод експоненціального згладжування. При
проведенні розрахунків більшого значення надається новітніми даними, що
характеризує стан водоспоживання, у порівнянні з даними за попередні місяці,
добу і години.
Для прогнозування обсягу годинної водоподачі
складається статистичний ряд часових обсягів водоподачі насосної станції за
даними найближчих 14 діб до прогнозованих діб. Загальна кількість годин цього
ряду
х 24 = 336 г.
Алгоритм розрахунку прогнозованого обсягу
водоподачі зводиться до наступного.
Визначаються приватні суми обсягів водоподачі за 
-ту годину періоду 14 діб:
,
де - номер години; 
; 
- значення часткової суми за -ту годину, 
; 
- номер діб;
- - фактичний обсяг водоподачі за - ту годину - тої доби, .
Визначаються середньогодинні обсяги водоподачі за -ту годину періоду 14 діб:
,
де 
- середньогодинної обсяг водоподачи за -ту годину періоду 14 діб.
Визначається значення среднечасового обсягу водоподачи
періоду 14 діб:
(2.1.1)
де 
значення среднечасового обсягу водоподачи
за період 14 діб, . Визначаються коефіцієнти згладжування
часових обсягів водоподачі за - ту годину - тої доби періоду 14 діб.
.,
Де 
- коефіцієнт згладжування часових обсягів
за - ту годину -тої доби періоду 14 діб.
Обчислюються середні коефіцієнти згладжування часових
обсягів за - ту годину
, (2.1.2)
де 
- середній коефіцієнт згладжування
годинної водоподачі за - ту годину періоду 14 діб.
Визначаються прогнозовані значення годинної подачі води
насосною станцією за +1 годин розглянутих діб. При цьому за
основні величини приймаються розраховані параметри 
і 
. При наявності тенденції до зростання коефіцієнта згладжування розрахункова формула має вигляд:
, (2.1.3)
а при наявності тенденції до зниження коефіцієнта
згладжування
, (2.1.4)
де 
- прогнозоване значення обсягу водоподачі
за годину розглянутих діб; ,
- середні коефіцієнти згладжування витрат
відповідно за и 
годин періоду 14 діб; - середньогодинний обсяг водоподачі за період 14 діб, ; 
- обсяг водоподачі для даного тижня, ;
(2.1.5)
(2.1.6)
Необхідні для прогнозу дані про погодинних значеннях подачі
насосної станції у водопровідну мережу міста беруться з збережених в ЕВМ
масивів даних, що містять результати вирішення завдання '' Облік за данини води
насосною станцією».
Результати рішення, задачі прогнозування графіка годинний
подачі води насосної станції є вихідною інформацією для вирішення наступного завдання
даного комплексу '' Розрахунок оптимальних напорів насосної станції для кожної
години».
Крім того, передбачена видача вихідної інформації як у
вигляді роздруківки результатів розрахунку прогнозу погодинної водоподачі на 24
години майбутньої доби, так і у вигляді графіка, виведеного на дисплей. У шапці
роздруківки і на дисплеї видається інформація про найменування насосної
станції, для якої здійснюється розрахунок, дати прогнозу із зазначенням числа,
місяця, року.
Прикладом прогнозу такого типу є метод «граничних циклів»,
використовуваний для прогнозування електроспоживання в енергетичних системах. В
якості моделі «тренда» використовується синусоїдальна залежність обсягу
водоспоживання від години доби. Адаптивні якості цієї моделі визначаються урахуванням
застарівання більш ранніх даних шляхом присвоєння їм відповідної ваги.
Знайшов застосування при прогнозуванні водоспоживання
методом авторегресії - проінтегруваної ковзаючої середньої (Боксу Дженкіс). Цей
метод дозволяє працювати з нестаціонарними рядами шляхом переходу від
нестаціонарного ряду водоспоживання до стаціонарного ряду його різниць. Він
вигідно відрізняється від інших методів оперативного прогнозування своїми
високими адаптивними якостями.
У табл. 2.1 наведені результати розрахунку для контрольного
прикладу, отримані з використанням методу проінтегруваного ковзаючого
середнього.
Таблиця 2.1. Приклад прогнозу водоспоживання по методу
проінтегруваного ковзаючого середнього
|
Години
|
Прогнозні значення, л/с
|
Фактичні значення, л/с
|
Помилка, %
|
|
1
|
5280
|
5237
|
+1,8
|
|
2
|
5090
|
5301
|
+3,9
|
|
3
|
5044
|
5260
|
+4,1
|
|
4
|
5084
|
5255
|
+3,2
|
|
5
|
5107
|
5163
|
+1,0
|
|
6
|
5036
|
5255
|
+4,1
|
|
7
|
5045
|
5112
|
+1,3
|
|
8
|
5273
|
5153
|
-2,3
|
|
9
|
5273
|
5272
|
0
|
|
10
|
5320
|
5310
|
+0,1
|
|
11
|
5317
|
5323
|
+0,1
|
|
12
|
5419
|
5391
|
-0,5
|
|
13
|
5262
|
5390
|
+2,3
|
|
14
|
5025
|
5612
|
+5,4
|
|
15
|
5288
|
5336
|
+1,8
|
|
16
|
5261
|
5328
|
+2,3
|
|
17
|
5219
|
5278
|
+1,1
|
|
18
|
5182
|
5396
|
+4,0
|
|
19
|
5135
|
5602
|
+8,3
|
|
20
|
5107
|
5413
|
+5,6
|
|
21
|
5099
|
5292
|
+3,7
|
|
22
|
5114
|
5307
|
+3.6
|
|
23
|
5042
|
5295
|
+4,7
|
|
24
|
5063
|
5302
|
+5,9
|
2.2 Формування графіка роботи насосних станцій
Результати розрахунку оптимальних режимів роботи насосних
станцій компонуються у вигляді таблиці, в якій для кожнї -тої години доби дані значення подачі і напору . Для зручності сприйняття ці дані можуть бути представлені також
у формі графіка і видаватися на дисплей і на друкувальний пристрій ЕВМ.
У тих же випадках, коли необхідно здійснювати вибір
економічних комбінацій працюючих насосів, розрахунки проводяться в наступній
послідовності:
- побудова характеристик раціональних
комбінацій насосів для типових режимів роботи насосної станції;
відбір комбінацій, які можуть бути
реалізовані для різних регіонів за умовами можливості включення насосів;
побудова послідовності комбінацій на
планований період, що відрізняється найменшим числом перемикань і найбільшою
економічністю;
висновок результатів розрахунку на
дисплей і на друк.
Перша частина розрахунків - побудова
характеристик комбінацій насосів проводиться на етапі підготовки до вирішення
завдання. Вона складається, в свою чергу, також з декількох блоків.
. Виділення типових режимів роботи
насосної станції. На цьому етапі весь діапазон подачі і напору насосної станції
розділяється на ряд відрізків, що відрізняються на 5-10%.
. Побудова характеристик насосів.
Характеристики насоса представляються в наступному вигляді:
Параметри 
,
,
,
визначаються за графічним характеристикам
насосних агрегатів, знятим експериментально або узятим з паспорта (каталогу).
. Побудова характеристик комбінації насосів. Для
цього по необхідному напору 
підраховується подача насоса 
. Далі здійснюється підсумовування подачі кількох насосів 
до досягнення 
. Доцільно для кожного режиму побудувати
кілька комбінацій, що відрізняються номерами працюючих насосів. Для скорочення
числа можливих комбінацій слід обмежитися такими з них, які забезпечують подачу
не більше 
Для кожної комбінації насосів підраховується сумарна
витрата електроенергії
. У результаті розрахунків по етапу отримують
таблицю, в якій для кожного режиму (
) дано кілька можливих комбінацій насосів (вказуються номери
насосів і сумарні витрати електроенергії по кожній комбінації). Ці дані
підготовляються в попередньому порядку (до розрахунків з оперативного
планування).
Для другої частини розрахунків - відбору можливих
комбінацій - використовуються дані про насоси, які з різних причин (ремонт,
аварія, профілактика та ін.) Не можуть бути включені в роботу. За цими даними
проводиться перегляд міститься в масивах НДІ таблиці комбінацій і на цій основі
здійснюється формування нової таблиці, що відбиває реально можливі комбінації
(практично це здійснюється викреслюванням комбінацій, що включають
непрацездатні насосні агрегати).
Третя частина - побудова послідовностей
комбінацій, що відрізняються найменшим числом перемикань і найбільшою
економічністю - здійснюється наступним чином. В якості основи розглядається
комбінація насосів для безпосередньо попереднього режиму. Потім розглядаються
комбінації для першої ділянки планованого режиму, що відрізняються від
попередньої мінімальним числом перемикань (одним насосом або без перемикань). З
отриманої групи можливих комбінацій насосів відбирається найбільш економічна,
тобто з мінімальним значенням.
Потім зазначена процедура повторюється для другої ділянки 
планованого режиму і т.д. В результаті
отримуємо послідовність комбінацій насосів, що забезпечує реалізацію
необхідного графіка напору насосів з найменшим числом перемикань і найменшими
витратами електроенергії. Четверта частина завдання - виведення результатів -
повинна виконуватися шляхом відображення на дисплеї (і роздруківці при
необхідності). У цьому завданні слід також передбачити варіант
напівавтоматичного формування вихідний таблиці. При цьому вибір оптимальної
послідовності комбінацій насосів проводиться диспетчером. ЕОМ видає диспетчеру
перелік комбінацій, які можуть бути реалізовані на насосній станції, тобто
результати другої частини розрахунків.
Диспетчер може сам відбирати комбінації для наступних
режимів, а ЕВМ підраховує при цьому сумарні витрати електроенергії на весь
планований режим.
3. Блок-схема алгоритму розрахунку
Блок-схема алгоритму моделювання аварійних
режимів і знаходження раціональних управляючих впливів наведена на рис. 3.1
Завдання має вирішуватися в діалоговому режимі. За бажанням диспетчера можлива
імітація аварії на будь-якій ділянці мережі та аналіз її наслідків, а також
моделювання впливу управляючих впливів на режим роботи мережі: зміна положення
будь-якої засувки, зміна напору на насосній станції, зміна відбору в будь-якому
вузлі мережі. Крім того, можливий розрахунок мережі при заданому значенні
напору в будь-якому вузлі.
Блок 1 здійснює виклик з зовнішнього ЗУ
нормативно-довідкової інформації: схеми мережі, характеристик ділянок мережі,
величин відборів у вузлах мережі для характерних режимів. Так як аналіз тиску у
всіх вузлах мережі представляється складним, то заздалегідь, на етапі вивчення
об'єкта, вибирається деяка обмежена кількість найбільш характерних вузлів
(назвемо їх контрольованими точками), по тиску в яких оператор може судити про
стан району мережі. Номери вузлів, відповідних контрольованим точкам, і
величини мінімально допустимих напорів в них містяться в довіднику і також
викликаються при запуску завдання. Крім того, з довідника викликаються
відповідні кожної контрольованої точці вагові коефіцієнти, пропорційні
важливості безперебійного забезпечення водою споживачів під'єднаних до цієї
точки.
Блоки 2, 3 здійснюють введення в діалоговому
режимі кількості та номерів контрольованих точок і виведення на дисплей даних
про мінімально допустимих напорах в цих точках.
Блоки 4, 5, 6 здійснюють введення в діалоговому
режимі номера відключаємої ділянки (для моделювання аварії), видачу на дисплей
і друк довідкової (із зовнішнього ЗУ) інформації про відключаєму ділянку:
долині, діаметрі, матеріалі, терміні укладання і датою ремонтів ділянки, кількості
і номері засувок, колодязів.
Блок 7 здійснює зміну вихідної інформації згідно
блокам 4, 5, 6 аналізу гідравлічних режимів мережі, а блок 8 - програму аналізу
гідравлічного режиму з урахуванням зменшення водоспоживання при зниженні
напорів у вузлах.
У блоці 9 обчислюється різниця 
між отриманими в результаті гідравлічного
розрахунку значеннями витрат в контрольованих точках 
і розрахунковими значеннями витрат у цих
точках .
(3.1)
Крім того, виділяється узагальнений критерій недоотпуска
води споживачам у вигляді зваженої суми порушення мінімальних обмежень:
(3.2)
де 
ваговий коефіцієнт контрольованої точки.
При 
диспетчер може вийти на кінець завдання
або, якщо йому не подобається розподіл тисків у мережі після ліквідації аварії,
змінити цей розподіл шляхом регулювання положення засувок на мережі або тиску
на насосній станції (блок 11, 12, 13, 14, 18, 24).
Змінювати гідравлічний опір засувок можна або вручну (блоки
15, 16) у задаючи для кожного рішення задачі гідравлічного розрахунку опір
засувки, або за допомогою автоматичного пошуку мінімуму критерію 
, використовуючи підпрограму мінімізації
(блок 17). У цьому випадку необхідно задати початкове значення опору засувки,
величину кроку і знак зміни опору. Блок-схема підпрограми представлена на рис.
3.1. Принцип роботи зрозумілий з блок-схеми.
Якщо зміною положення засувки вдається досягти бажаних
результатів (), можна змінити натиск на станції (блоки
18, 24) або задати напір у потрібній контрольованої точці (блоки 19, 25). В
останньому випадку натиск на станції буде розрахований програмою гідравлічного
розрахунку мережі при заданому напорі в контрольованій точці.
Якщо зміною управляючих впливів (опорами засувок і напором
на насосній станції) не вдається домогтися необхідного результату, то можна
зменшити відбір мережі, відключивши споживачів з найменшим пріоритетом (блоки
20, 21, 22, 26, 27). Для цього на дисплей з довідника виводяться дані про
споживачів в районі зазначених контрольованих точок (у порядку зростання
пріоритету): назва та адреса споживача, номер пріоритету, величини відборів для
характерних режимів, вид і місце розташування запірної арматури.
Рис. 3.1. Блок-схема алгоритму аналізу гідравлічних режимів
Рис. 3.1. Блок-схема алгоритму аналізу
гідравлічних режимів.
4. Технічні засоби АСУТП
.1 Склад технічних засобів
Комплекс технічних засобів АСУ ТП покликаний
забезпечити виконання функцій автоматизованого контролю та управління
технологічними спорудами водопостачання та відповідати вимогам по швидкодії і
надійності реалізації цих функцій в реальному масштабі часу. Відповідно до
цього технічні засобів АСУТП водопостачання повинні здійснювати:
вимірювання значень технологічних
параметрів (тисків, витрат і рівнів води, витрати електроенергії і т.д.);
сигналізацію стану технологічних
об'єктів (відключений насос, відкрита закрита засувка, перевищення позамежних
рівнів води в резервуарах або тисків у мережі, загальна аварійна сигналізація і
т. п.);
перетворення значень технологічних
параметрів в стандартні електричні сигнали;
передачу інформації на диспетчерські
пункти;
введення інформації в ЕОМ і обробку
даних;
зберігання інформації, що надходить;
відображення на відеотерміналах та інших
пристроях результатів розрахунку або інформації про технічні характеристики і
параметри роботи водопроводних споруд. Комплекс технічних засобів включає
засоби отримання інформації про значення технологічних параметрів (датчики),
апаратуру збору та передачі інформації (пристрої телемеханіки), засоби
обчислювальної техніки (ЕОМ і додаткові пристрої до них), '
апаратуру подання інформації оперативному
персоналу (відеотермінали, друкуючі устрої та ін.), засоби зв'язку, виконавчі
механізми.
Склад і характеристики технічних засобів
визначаються такими факторами, як функціональна і організаційна структура
АСУТП, число і характеристики технологічних споруд, їх територіальне
розташування, наявність серійно випускаємих приладів і пристроїв, забезпеченість
контрольованих об'єктів лініями зв'язку та ін.
При виборі конкретних видів технічних засобів
необхідно враховувати можливість нарощування складу (агрегативність), дальність
дії, технічну, кодову і програмну сумісність окремих пристроїв, надійність і
ремонтопридатність, простоту технічного обслуговування, вартість апаратури.
Якщо в конкретній АСУТП можна використовувати кілька
варіантів комплексу технічних засобів, проводиться їх порівняльна оцінка. Для
цього зазвичай застосовується метод бальних оцінок, суть якого полягає в тому,
що кожній вимоги і комплексу технічних засобів 
присвоюється ваговий коефіцієнт 
, а можливість або неможливість 
виконання даної вимоги оцінюється за чотирибальною шкалою:
= 0, якщо розглянутий параметр абсолютно не задовольняє вимогам;
= 1, якщо вимоги погано задовольняються;
= 2, якщо розглянутий параметр задовільно відповідає вимогам;
= 3, якщо вимоги задовольняються повністю.
Ваговий коефіцієнт вимоги вибирається залежно від значущості вимоги і втрат при його
невиконанні. Критерієм ефективності комплексу технічних засобів служить сумарна
оцінка придатності кожного аналізованого варіанта:
(4.1.1)
(4.1.2)
Як приклад наводиться табл. 4.1.1 з матрицею
бальних оцінок, складена при підготовці технічного завдання на проектування
АСУТП водопостачання великого міста.
Таким чином, найкращими варіантами є 4 і 8. Вибір
одного з них робиться з урахуванням додаткових факторів (умови і можливість
поставки і т. п.).
Потрібно відзначити, що вартість технічних
засобів складає основну частину витрат на створення АСУТП, тому правильний
вибір комплексу має важливе значення для ефективності системи управління.
Таблиця 4.1.1 Матриця бальних оцінок
|
Найменування
вимоги  Номер варіантів
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
Вартість
|
0.34
|
2.0 0.68
|
1.0 0.34
|
1.0 0.34
|
3.0 1.02
|
1.0 0.34
|
2.0 0.68
|
2.0 0.68
|
3.0 1.02
|
|
Канали зв'язку
|
0.21
|
1.0 0.21
|
2.0 0.42
|
2.0 0.42
|
3.0 0.63
|
1.0 0.21
|
2.0 0.42
|
2.0 0.42
|
2.0 0.42
|
|
Об'єм
оперативної пам'яті ЕВМ (256 кб)
|
0.13
|
3.0 0.39
|
3.0 0.39
|
3.0 0.39
|
3.0 0.39
|
3.0 0.39
|
3.0 0.39
|
3.0 0.39
|
|
Наявність
програмного забезпечення
|
0.16
|
1.0 0.16
|
1.0 0.16
|
1.0 0.16
|
1.0 0.16
|
1.0 0.48
|
1.0 0.16
|
1.0 0.16
|
1.0 0.32
|
|
Наявність
зовнішньої пам'яті
|
0.06
|
3.0 0.18
|
3.0 0.18
|
3.0 0.18
|
3.0 0.18
|
3.0 0.18
|
3.0 0.18
|
3.0 0.18
|
3.0 0.18
|
|
Агрегативнисть
і модульність пристроїв
|
0.08
|
1.0 0.08
|
1.0 0.08
|
1.0 0.08
|
1.0 0.08
|
3.0 0.24
|
1.0 0.08
|
1.0 0.08
|
1.0 0.08
|
Живучість 0.02 
2.0
.04
=1.742.0
.04
=1.681.0
.04
=1.680
=2.462.0
.04
=1.882.0
.04
=1.951.0
.02
=1.931.0
.02
|
 =2.43
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Розвиток технічних засобів, поява нових, більш
досконалих систем збору, передачі та обробки інформації дуже впливають на
структуру диспетчерського управління, дають можливість створювати
децентралізовані системи управління, дозволяють вирішувати більш складні
завдання контролю, оптимального управління і регулювання. Практично з розробкою
нових поколінь технічних засобів виникають нові види АСУТП.
Разом з тим комплектування АСУТП водопостачання
апаратурою контролю та управління зустрічає великі труднощі. Недостатній випуск
сучасних мікропроцесорних пристроїв телемеханіки та обчислювальної техніки. Ряд
необхідних для контролю датчиків потребує модернізації та заміни, деякі види
приладів і пристроїв не випускаються промисловістю. Складність і вартість
технічних засобів постійно зростають.
У цих умовах при проектуванні комплексу технічних
засобів АСУТП діючих систем водопостачання необхідно брати до уваги наявні на
спорудах пристрої контролю та управління і забезпечувати можливість їх
використання в АСУТП.
Нижче розглядаються основні види технічних
засобів АСУТП подачі та розподілу води.
4.2 Датчики
Для отримання інформації про технологічні
параметри споруд подачі та розподілу води використовуються датчики державної
системи приладів (ДСП), що мають стандартизований електричний вихід 0- 5 мА. В
АСУТП ПРВ застосовуються такі групи приладів:
датчики для вимірювання тиску і перепаду
тисків,
датчики для вимірювання витрати води,
датчики рівня води в резервуарах.
датчики для контролю струму, напруги та
електричної потужності (активної і реактивної).
Промисловість випускає кілька типів датчиків
тиску. Найбільш переважно застосування датчиків тиску типу МПЧ-VI, мають просту
і надійну конструкцію. Для виміру розрідження і тиску на всмоктуючих колекторах
насосних станцій встановлюються мановакуумметри типу МВПЧ - VI. Ці прилади
випускаються казанським заводом '' Теплоконтроль " і мають клас точності 1
або 1,5 (для різних меж вимірювань).
В останні роки з'явилися датчики тиску типу ''
Сапфір»; вони випускаються московським заводом '' Манометр», мають клас
точності 0,5, але відрізняються значно вищою вартістю. Для сигналізації
граничних значень тиску використовуються електроконтактні манометри типу ЕКМ-2.
Контроль витрат може здійснюватися за допомогою дифманометрів, індукційних або
ультразвукових витратомірів. Найбільшого поширення в АСУТП водопостачання
отримали дифманометри казанського заводу «Теплоконтроль» типу ДМЕР, які можуть
бути встановлені на трубопроводах будь-яких діаметрів мають клас точності 1,5.
Індукційні витратоміри випускаються для трубопроводів діаметром до 300 мм
(ІР-50) і характеризуються високою вартістю, а ультразвукові витратоміри ще не
знайшли широкого практичного застосування.
Слід зазначити, що проблему створення надійних
витратомірів для водопостачання не можна вважати вирішеною. Вимірювання рівня
води в резервуарах проводиться, як правило, за допомогою рівнемірів типу РУС,
що випускаються заводом '' Старорусспрібор «(м Стара Русса) і якi мають клас
точності до 2,5. Для вимірювання рівня можуть бути використані також буйкові
рівнеміри типу УБ-Е казанського заводу '' Теплоконтроль».
Для сигналізації граничних значень рівня води в
резервуарах може застосовуватися регулягор-сигналізатор рівня типу ЕРСУ-2 або
ЕРСУ-3. Прилад складається з трьох електродних датчиків і релейних блоку. Він
дозволяє контролювати чотири значення рівня (верхнє, нижнє, середнє і аварійне)
і може використовуватися як для телесигналізації рівня, так і для автономного
автоматичного управління додатковими механізмами (насосами, засувками).
В АСУТП водопостачання для контролю за роботою
електродвигунів насосів використовується ряд датчиків електричних параметрів, у
тому числі перетворювачі струму, перетворювачі напруги, а також датчики
активної та реактивної електроенергії. Контроль активної потужності
здійснюється, як правило, лічильниками типу САЗУ-І670Д, а реактивної потужності
- лічильниками типу СРЧУ-І673Д. Лічильники підключаються через вимірювальні
трансформатори і дають 1000 імпульсів на 1 кВт.
В цілому можна констатувати, що для АСУТП подачі
та розподілу води промисловість випускає всю необхідну гаму датчиків.
4.3 Апаратура збору та обробки інформації
Досвід проектування і впровадження АСУ ТП
водопостачання показав, що ефективність системи багато в чому залежить від
технічних і вартісних характеристик апаратури збору та обробки інформації. З
урахуванням функцій АСУТП водопостачання та основних положень методичних
матеріалів з проектування автоматизації та диспетчеризації систем
водопостачання можна сформулювати такі основні вимоги до цієї апаратури:
. Надійність і відмовостійкість, що
забезпечуються як шляхом застосування надійних елементів (інтегральних
мікросхем з високим ступенем інтеграції), так і шляхом створення раціональної
структури, побудованої на принципах розподіленої обробки даних і резервування
найбільш важливих блоків і пристроїв.
. Можливість нарощування ємності системи, тобто
збільшення числа контрольованих об'єктів і споруд.
. Простота технічного обслуговування і ремонту
завдяки збільшенню модульності технічних засобів і застосування по можливості
однотипних блоків і пристроїв. Ремонт на місці повинен бути зведений до
мінімуму, замість нього повинна проводитися заміна пошкодженої плати або блоку
з подальшим ремонтом в цеху.
. Можливість виконання обчислювальних функцій:
накопичення і зберігання даних про хід технологічних процесів, розрахунок
техніко-економічних показників і оптімальлих режимів роботи водопровідних
споруд та ін. Забезпечення контролю як окремих параметрів (тиску в диктуючих
точках водопровідної мережі тощо), так і великих об'єктів (водопровідних
станцій, груп артезіанських свердловин і т.д.).
. Гнучкість при перебудові системи за рахунок
відмови від апаратної реалізації функцій і застосування програмованої логіки.
. Діяльність зв'язку між ЦДП і МДП до 30 км, між
МДП і операторськими пунктами (ОП) - до 3 км, між датчиками тиску в диктуючих
точках мережі і ЦДП - до 15-20 км, між датчиками на водопровідних спорудах і
концентраторами інформації - до 3 км.
. Можливість надання оператору-технологу ОП, а
також диспетчерам МДП і ЦДП оперативної інформації про хід технологічного
процесу в наочному вигляді та документування дій диспетчера (ведення журналу
експлуатації).
. Мінімальна вартість системи, яка задовольняє
вимогам до термінів окупності витрат на створення АСУ.
Особливо важливе значення має гнучкість структури
системи збору та обробки інформації та забезпечення її найкращою сумісності з
часом дуже складною організаційно-технологічної структурою системи
водопостачання. По суті це означає, що в такій складній багатофункціональної
розподіленої ієрархічній системі управління, якою є АСУТП водопостачання,
система збору та обробки інформації повинна мати змішану
централізовано-децентралізовану структуру. При цьому централізація контролю та
управління виправдана для територіально розосереджених об'єктів, що мають
невелику інформаційну ємність (диктуючи точки водопровідної мережі, насосні
станції підкачки, регульовані засувки на водопровідній мережі та ін.).
Для управління системами водопостачання складної
структури, що включають водозабори, насосні станції першого, другого і
наступних підйомів, очисні споруди, резервуари, багатозонну водопровідну мережу
та ін., Необхідно створювати децентралізовані розподілені системи збору та обробки
інформації, в яких відносно автономні системи нижнього рівня функціонують під
наглядом і управлінням системи вищого рівня. Ця остання, в свою чергу, може
бути пов'язана з керуючою системою більш високого рангу (зокрема, з АСОУ
водопостачання). Системи нижнього рівня територіально наближені до об'єктів
управління і являють оперативному персоналу необхідну інформацію про хід
технологічних процесів. Для цього кожна система нижнього рівня вирішує
функціонально повні для свого об'єкта комплекси задач контролю, регулювання,
управління, відображення інформації, отримуючи дані про обмеження при вирішенні
цих завдань від системи більш високого рівня.
Децентралізація повинна поєднуватися з модульним
принципом побудови системи. Рівнем типізації стає водопровідне господарство в
цілому, а окремі об'єкти: насосні станції першого і другого підйомів, очисні
споруди, групи артезіанських свердловин, станції підкачки, зони водопровідної
мережі та ін. Цим забезпечується можливість поетапного впровадження систем
доукомплектування та нарощування в процесі експлуатації АСУТП. Одночасно
істотно спрощується алгоритм функціонування системи в цілому, вирішується
проблема значного полегшення розробки та налагодження системного програмного
забезпечення, що для централізованих систем є одним з факторів, що гальмують
створення і впровадження АСУТП. Такі тенденції розвитку структури комплексу
технічних засобів АСУТП.
Вибір структури і складу технічних засобів збору
та обробки інформації проводиться на основі аналізу виконуваних функцій контролю
та управління конкретними об'єктами водопостачання. Так, контроль тиску в
диктуючих точках мережі і управління автоматизованими насосними станціями,
засувками на мережі та ін. Повинні здійснюватися централізовано з центрального
диспетчерського пункту міста (або окремої зони водопровідної мережі).
Для цих цілей можуть використовуватися системи
телемеханіки з контрольованими пунктами (КП) малої місткості. Вони повинні
забезпечувати збір інформації від датчиків, видачу керуючих впливів на
виконавчі механізми і локальні регулятори, ретрансляцію інформації, що
проходить по каналу зв'язку з пунктом управління (ПУ), можливість підключення
аналогових приладів (при необхідності). Основні вимоги до КП: мінімальні
вартість і габарити, можливість компоновки необхідного поєднання входів -
виходів і нарощування інформаційної ємності з мінімальним кроком, можливість
послідовного підключення КП для скорочення кількості каналів зв'язку з ПУ.
На об'єктах з відносно невеликою кількістю
контрольованих і керованих параметрів, які не обладнаних операторскими пунктами
і працюють за заданою програмою (машинні відділення великих насосних станцій,
фільтрувальні відділення на очисних спорудах і т.д.), доцільно використовувати
спеціалізовані програмовані мікропроцесорні контролери (ПМК) або серійні
мікроЕОМ. Вони повинні мати пристрої введення - виведення інформації і
виконувати функції існуючих сьогодні релейних командо-апаратів і станцій
управління різного призначення і пристроїв зв'язку з об'єктом у поєднанні з
попередньою обробкою інформації. Обробка включає наступне:
масштабування і линеаризацию параметрів
телевимірювань поточних значень (ТТ);
інтегрування і масштабування параметрів
телевимірювань інтегральних значень (ТІ);
порівняння з уставками параметрів ТТ і
номенклатурну видачу в канал зв'язку з оператором сигналу про порушення
уставок;
облік часу роботи і простою
технологічного обладнання (за сигналами ТЗ, що відображає стан обладнання);
розрахунок техніко-економічних
показників по одиницях обладнання та відділенню в цілому;
поточну ідентифікацію характеристик
одиниць обладнання (за умови, що для цього не потрібно інформація про інші
мікроЕОМ або ПМК);
зберігання та передачу по каналу зв'язку
на ОП і МДП всіх обчислених значень параметрів;
програмне керування обладнанням.
Мінімальний склад апаратури, необхідний для
виконання цих функцій: мікропроцесор, перепрограмований пристрій (ППЗУ),
оперативний запам'ятовуючий пристрій для зберігання поточної інформації і
результатів обчислень, пристрій зв'язку з об'єктом, що комплектуються
необхідною кількістю блоків введення - виведення, апаратура міжмашинного
зв'язку.
Програми функціонування ПМК або мікроЕОМ
зберігаються в ППЗУ для запобігання несанкціонованих змін і втрати при перебоях
в системі живлення.
На операторських пунктах водопровідних споруд
(насосні станції першого і другого підйому, цехи очищення води і реагентне
господарство, групи артезіанських свердловин) встановлюються ПМК або мікроЕОМ,
що виконують перераховані вище функції, крім того, тут повинно здійснюватися відображення
реєстрація інформації про хід технологічного процесу у вигляді, зручному для
сприйняття оператором, а також реєстрація дій оператора по зміні ходу
технологічного процесу. Для цього ПМК або мікроЕОМ повинні бути доповнені
дисплейними модулями і, при необхідності, друкуючим пристроєм.
Всі ПМК або мікроЕОМ, встановлені на
операторських пунктах, повинні бути з'єднані з мікроЕОМ на МДП. Структура
зв'язку залежить від відстаней. При відстанях між окремими мікроЕОМ до 0,5- 1
км вони можуть бути з'єднані в локальну обчислювальну мережу магістральної або
кільцевої архітектури. При невеликих відстанях зв'язок повинен здійснюватися по
радіальних каналах, проте локальна мережа переважніша, оскільки забезпечує
більшу надійність, живучість системи, реконфігурацію при відмовах окремих
пристроїв. Крім того, апаратура для межмашинного обміну по радіальних каналах
дорожче, ніж для локальної мережі.
У функції мікроЕОМ, встановленої на місцевому
диспетчерському пункті, крім всіх функцій, які виконуються на операторському
пункті, входить:
розрахунок техніко-економічних
показників по окремих спорудах;
формування і видача диспетчеру
оперативної інформації на відеотермінальних пристрої та друк;
формування і видача на відеотермінальних
пристрої фрагментів мнемосхеми;
формування та ведення локального банку
даних;
прогнозування ходу технологічного
процесу на спорудах, підпорядкованих МДП;
визначення раціональної завантаження
устаткування на спорудах, підпорядкованих МДП;
формування та друк протоколів роботи
водопровідних споруд.
Для виконання цих функцій мікроЕОМ додатково
повинна бути обладнана графічним дисплеєм, алфавітно-цифровим друкуючим
пристроєм, зовнішньою пам'яттю на гнучким або жорстким магнітним диском.
МікроЕОМ, встановлені на місцевих диспетчерських
пунктах, повинні бути з'єднані з ЕОМ, встановленої на ЦДП. З метою уніфікації
технічних засобів для полегшення експлуатації системи бажано, щоб ЕОМ ЦДП була
однотипною з ЕОМ МДП.
У функції ЕОМ, яка встановлюється на центральному
диспетчерському пункті, входять:
збір і первинна обробка інформації по
водопровідної мережі (при централізованому управлінні мережею);
функції по обробці, реєстрації та
відображенню інформації і ведення банку даних для всієї системи в цілому;
зв'язок з ЕОМ автоматизованої системи
організаційно-технологічного управління.
ЕОМ ЦДП комплектується додатковими блоками ОЗУ і
периферійними пристроями: алфавітно-цифровими дисплеями, кольоровими графічними
дисплеями, АЦПУ, пристроями зовнішньої пам'яті на гнучких і жорстких магнітних
дисках і магнітних стрічках. З метою підвищення продуктивності і надійності на
ЦДП бажано використовувати двомашинні обчислювальні комплекси.
Розглянута вище структура системи збору та
обробки інформації реалізується за допомогою сучасних мікропроцесорних
телекомплексів.
Комплекс КТС ЛШУС-2 (мікроДАТ) може бути
рекомендований для локальних систем управління технологічними агрегатами і
процесами в різних галузях промисловості, а також в непромислової сфері. Засоби
мікроДАТ використовуються в якості активного пристрою зв'язку з об'єктом,
оперативним персоналом і ЕОМ. У локальних АСУТП КТС ЛШУС-2 виконує наступні
функції:
збір та обробку інформації,
централізований контроль за ходом технологічного процесу;
безпосереднє цифрове управління
технологічними процесами (або цифрову корекцію установок локальних
регуляторів);
програмно-логічне керування;
ручне введення і відображення
технологічної інформації;
передачу даних між територіально
розосередженими підсистемами.
В ієрархічних АСУТП КТС ЛШУС-2, крім зазначених
функцій, здійснює також підготовку даних для верхніх рівнів управління і
виконує отримані від них директиви.
В основу побудови КТС ЛШУС-2 покладено принципи
уніфікації конструктивної бази, типізація технічних засобів, стандартизації
інтерфейсів і широкого агрегаттування на декількох компонувальних рівнях.
Останнє дозволяє раціонального вирішувати всі типові задачи автоматизації в
локальних АСУТП.
У номенклатуру КТС ЛШУС-2 входять мікропроцесорні
засоби обробки даних і управління (мікропроцесорні контролери); арифметичні
розширювачі; кошти обміну даними (мікропроцесорні контролери зв'язку, елементи
сполучення з ЕОМ, узгоджувачі інтерфейсів та ін.); засоби зберігання програм,
констант і даних (елементи постійною, програмованої і оперативної пам'яті);
засоби перетворення, нормалізації і введення даних від датчиків з безперервними
і дискретними електричними вихідними сигналами, засоби ручного введення і
відображення інформації для місцевих пунктів контролю і управління та ін.
Процес побудови розподіленої АСУТП на базі КТС
ЛШУС-2 зводиться до декомпозиції системи по ієрархічних рівнях і визначенню
локального ярусу системи, який пов'язаний безпосередньо з технологічним
обладнанням. Основу локального ярусу системи управління утворюють
мікропроцесорні функціональні комплекси (ФК), кожен з яких керує окремою
ділянкою технологічного процесу, агрегатом або спорудою. Функціональний
комплекс містить мікропроцесорний модуль управління і деяке число агрегатних
модулів. Кожен ФК може функціонувати самостійно, реалізуючи програму, записану
в ПЗП, або може бути пов'язаний з іншими КФК, при цьому один з них виконує
функції ведучого.
Груповий локальний координатор має доступ до
пам'яті і, отже, до даних кожного ФК з групи для занесення коригувальних
впливів, а також для отримання необхідних даних. Локальний координатор виконує
розрахунки, що вимагають таких даних, якими не володіє кожен функціональний
комплекс окремо, контролює правильність роботи ФК і при збоях дублює (замінює
його). З цією метою іноді (у разі особливих вимог до надійності системи
управління) передбачається зв'язок локального координатора з периферійними
пристроями кожного ФК. За допомогою локального координатора здійснюється також
зв'язок локальної підсистеми з верхнім ярусом (координатором АСУТП). Технічна
реалізація локального координатора різна і залежить від виконуваних функцій.
Якщо ці функції в основному обчислювальні, наприклад обробка масивів,
техніко-економічні розрахунки, оптимізаційні задачі, то координатор являє собою
мікроЕОМ (зазвичай '' Електроніка 60»), а якщо координатор виконує в основному
функції контролю, регулювання, відображення та реєстрації технологічної
інформації, то він реалізується за допомогою засобів КТС ЛШУС-2, з яких
будуються локальні комплекси управління.
Останнім часом з'явилися й інші телекомплекси,
побудовані із застосуванням мікроЕОМ на принципах розподіленої обробки
інформації. Прикладом можуть служити комплекси, '' Граніт «та ЛТК-133.
Телекомплекс '' Граніт «призначений для передачі, прийому, обробки і
відображення телемеханічної інформацій і може бути використаний для побудови
автоматизованих систем управління технологічними процесами. Виконаний за
магістрально-модульним принципом з обмеженого набору функціональних елементів з
уніфікованими внутрішніми зв'язками, Регламентованими інтерфейсом. Зміна видів,
обсягів інформації та числа пунктів управління (ПУ) і контрольованих пунктів
(КП) досягається простим нарощуванням числа і типів функціональних елементів і
конструктивів.
Можливість організації зв'язку між ПУ дозволяє
створювати на базі '' Граніту «багаторівневі ієрархічні системи. На кожному
рівні ієрархії до ПУ можна підключити оперативно-диспетчерське обладнання та
організувати зв'язок із зовнішнім ЕОМ.
Комплекс перевершує аналоги по таких
найважливіших техніко-економічними показниками, як кількість КП, інформаційна
ємність ПУ і КП, питома споживана потужність, питома матеріаломісткість, питома
обсяг.
Локальний телемеханічний комплекс ЛТК-133
призначений для автоматизації управління окремими установками, агрегатами і
технологічними процесами з невеликим числом контрольованих і керованих
параметрів.
В залежності від виконання комплекс може
працювати в двох режимах: в автономному - автоматичне керування об'єктом і в
складі керуючого комплексу, забезпечуючи режим телеконтролю та телекерування.
При централізованому контролі ЛТК-133 забезпечує:
збір та первинну обробку інформації, що
надходить від датчиків;
формування і накопичення даних про хід
технологічного процесу і стану обладнання;
аналіз спрацювання блокувань і захистів;
контроль і реєстрацію параметрів процесу
та їх відхилень від заданих значень;
діагностику і прогнозування ходу
процесу, стану технологічного обладнання та систем управління.
При програмно-логічному управлінні ЛТК-133
дозволяє здійснювати:
збір інформації від дискретних датчиків;
перетворення сигналів, що надходять від
аналогових датчиків;
обробку даних за заданою програмою;
висновок командної інформації для впливу
на виконавчі пристрої об'єкта в запропонованої послідовності або залежно від
результату попередніх операцій. Комплекс компонується в основному з елементів
КТС ЛШУС-2.
Функціональна гнучкість ЛТК-133 забезпечується
програмним методом. ЛТК-133 може також входити до складу телекомплексу ТК-132,
використовуваного для контролю і управління великими системами водопостачання.
При підготовці ТЕО замість детальних розрахунків
економічних показників можна скористатися рекомендованими методами укрупненої
експресному оцінки очікуваної річної економії, яка складає близько 3 тис. грн.
на 1 млн 
поданої водопроводом води і близько 2,5
тис. грн. в рік на одну каналізаційну насосну станцію.
Оскільки для міста В. річна подача води становить близько
68 млн.
, а кількість каналізаційних насосних
станцій - 7, то очікувана річна економія 
тис. грн. Для укрупнених передпланових оцінок витрат на створення
і експлуатацію АСУ ТП основою може служити вартість обладнання, з якою
пов'язані всі інші види витрат.
За попередніми даними, вартість обладнання складається з
наступного: вартості ЕВМ СМ-1300 - 30 тис. грн., вартості апаратури
телемеханіки ТК-132 (одного ПУ, трьох розширених комплектів ЛТК-133, восьми
комплектів ЛТК-133 середньої заповнювання) -40 тис. грн. + 3 тис. гнр. + 
тис. грн. = 125 тис. грн.; вартості
відсутніх коштів локальної автоматики і датчиків - 100 тис. грн.; вартості
диспетчерського обладнання та засобів зв'язку - 40 тис. грн.; непередбачених
витрат - 30 тис. грн.
З урахуванням вартості монтажно-налагоджувальних робіт
вартість обладнання 
= 1,2 (30 + 125 + 100 + 40 + 30) = 390
тис. грн.
Експлуатаційні витрати 
становлять у середньому 20% :
тис. грн.
Вартість проектування АСУ ТП в середньому становить 30% :
тис. грн.
На підставі цих даних можна визначити:
Термін окупності витрат
грн;
коефіцієнт ефективності витрат
.
Так як 
= 0,57
= 0,35, то витрати на створення АСУ ТП
водопостачання міста В. є доцільними.
Висновок
У ході виконання курсового проекту я розглядав
тему автоматизації насосних установок, станцій управління на об'єктах ЖКГ.
Прогнозував графік водоспоживання, формування графіка роботи насосних станцій і
розглядав блок-схему алгоритму розрахунку. У наш час автоматизація насосних
установок відіграє важливу роль у сфері водопостачання, дозволяє підвищувати
надійність і безперебійність водопостачання, зменшувати витрати праці і
експлуатаційні витрати, розміри регулюючих резервуарів, забезпечує оптимальний
режим роботи систем подачі та розподілу води.
Використана література
1. Егільскій І.С. Автоматизовані системи управління
технологічними процесами подачі та розподілу води. - Л.: Стройиздат, Ленингр,
отд-ня, 1988. -216 с., Іл. - ISBN 5-274-00173-4
2. Автоматизація насосних установок. Автор: Карпов Ф.Ф.,
Козлов В.М., Лоодус О.Г. 1961 р.
. Автоматизація систем водопостачання і водовідведення -
Попковіч Г.С. Гордєєв М.А. 1986
. Насосні і повітродувні станції: Підручник для середніх
професійних навчальних закладів, Тімахова Н.С. Комков В.А.
. Методика оцінки ефективності застосування автоматизації
насосних установках. Автор: лезнь Б.С.