Моделирование контура стабилизации давления в выходном коллекторе АСУ водоотведения

Индивидуальное задание

Задание: Выполнить моделирование контура стабилизации давления в выходном коллекторе АСУ водоотведения. Содержание индивидуального задания: Изучить структуру и состав системы. Выполнить расчеты параметров модели. Выполнить моделирование. Обосновать полученный результат.

Назначение системы

Автоматизированная система управления объектами водоснабжения и водоотведения предназначена для автоматизации процесса сбора и обработки информации о работе канализационных насосных станций, водонасосных станций, и других объектов сети водоснабжения и водоотведения, а также для решения задач централизованного управления объектами водоснабжения и водоотведения с центрального диспетчерского пункта. Наиболее актуальными объектами, требующими централизованного управления, являются системы водоотведения. Современные СВО - это сложный комплекс инженерных сооружений и устройств, включающий: систему канализации; дворовую канализацию; уличные коллекторы, насосные станции перекачки сточных вод и канализационные очистные сооружения. Вследствие подвижки грунтов или других внешних динамических и статических нагрузок большинство трубопроводов пришли в негодность и не имеют должной пропускной способности. Перегруженность СВО приводит к подтоплению городской территории. С другой стороны по мере развития города и жилищного строительства, нагрузки на систему водоотведения существенно увеличились и, в большинстве случаев, не соответствуют проектным. В результате таких изменений одни коллекторы стали недогруженными, а другие перегруженными и даже работают в напорном режиме, что приводит к попаданию стоков в грунт. В связи с этим возникает задача интенсификации работы СВО, которая заключается в рациональном перераспределении потоков сточной жидкости с целью максимального использования пропускной способности всех сооружений и трубопроводов. С другой стороны в связи с ростом нагрузок и появлением новых абонентов требуется строительство новых объектов СВО, реконструкция и развитие существующих. Очевидно, что эти задачи должны решаться комплексно. В практике проектирования существующие подходы и методы не позволяют в полной мере решать перечисленные задачи, и поэтому предпочтение отдается новому строительству, что не всегда является экономически обоснованным.

При разработке автоматизированной системы управления водозабором были предусмотрены следующие контролируемые параметры:

При достижении максимального уровня воды насос должен отключаться, при достижении минимального уровня воды - включаться. Сигналы на включение и отключение глубинного насоса должны передаваться по сигналам датчиков уровня.

Система должна автоматически отключать насос при:

• понижении уровня воды в резервуаре ниже допустимого (защита от «сухого хода»);

• неисправности насоса;

• неисправности электрооборудования.

Автоматическое повторное включение (АПВ) насосного агрегата после появления ранее исчезнувшего питающего напряжения.

Электрические защиты:

• от неполнофазного режима; время - токовая; максимально - токовая.

Возможность управления насосным агрегатом -дистанционное, автоматическое.

Степень защиты оборудования IP 54.

Следующая индикация:

• состояние насосного агрегата (рабочее, нерабочее);

• состояние электрифицированных задвижек (закрыта, открыта) индикация АПВ; наличие напряжения в сети (всех фаз);

• наличие воды в скважине;

• отображение аварийных ситуаций, их архивирование в течении года;

• уровень воды в РЧВ или ВНБ;

• информация о переливе РЧВ (ВНБ);

• ток электродвигателя работающего насоса.

Нижний уровень АСУ

В АСУ на нижнем уровне системы функционируют АСУР обеспечивающие полную автоматизацию работы на уровне объекта, сбор телеметрической информации:, сбор аналоговой и дискретной информации с датчиков включая аварийно-предупредительную, сбор телеметрической информации с насосных станций и скважин. Эти данные нужны для оперативного управления производством и для последующего анализа с целью оптимизации технологических процессов и производства. Предварительная обработка полученной информации включает в себя цифровую фильтрацию, алгоритмы подавления дребезга, проверку на достоверность.

Также осуществляется сбор аналоговой и дискретной информации с датчиков включая аварийно-предупредительную; безопасное отключение основного оборудования при возникновении аварийных ситуаций (технологические защиты).

Аварийная сигнализация включает в себя блинкера, которое срабатывают при аварии на насосной станции. Осуществляется контроль аварийного отключения:

- вводов;

- насосов;

- напряжение в цепях предупредительной сигнализации;

- уровней в резервуарах;

- уровня затопления насосной станции;

В случае неисправности срабатывает соответствующее сигнальное реле, выпадает блинкер, расшифровывающий характер неисправности и передается сигнал в схему диспетчерской сигнализации на водоочистную станцию. Все действия и неисправности (аварийные ситуации) отображаются на жидкокристаллическом дисплее персонального компьютера, который находится в центральном диспетчерском пункте. Все данные отображаются с привязкой по времени. При использовании централизованного контроля и управления, все действия и неисправности транслируются в диспетчерский пункт и отображаются на экране персонального компьютера.

диагностика технологического оборудования станций и автоматическое подключение резервного насосного агрегата взамен вышедшего из строя; для насосных станций и их напорных (выходных) водопроводов предусматривается обнаружение и сигнализация аварийных повреждений насосов.

Однако в настоящее время наметился ряд методологических решений, которые должны привести к возможности применения в реальном масштабе времени.

Ввиду этого большая часть задач оперативного планирования начинает решаться на этапах развития АСУ ТП, т.е. после ввода и освоения первой очереди системы и оснащения водопроводных сооружений всеми необходимыми датчиками и исполнительными механизмами.

Алгоритмы оперативного планирования основываются на разделении планируемого периода, обычно суток, на ряд временных отрезков, в течение которых водопотребление принимается неизменным.

В этом случае непрерывный график водопотребления заменяется дискретным ступенчатым. Для относительно неизменных ночных и дневных условий водопотребления эти ступени могут быть длительностью в один или несколько часов, а для периодов быстрого роста (утреннего) и падения (вечернего) водопотребления длительность ступеней составляет 20 - 30 минут. Расчеты оптимальных режимов производятся для каждой ступени независимо.

Задачи управления сооружениями в аварийных условиях эксплуатации еще подлежат научно-методической проработке и будут внедряться при последующем развитии АСУ ТП водоснабжения.

Обычно алгоритм отражает принятую в системе схему оперативного управления и определяет периодичность решения различных задач. Как правило, предусматривается, что задачи централизованного контроля решаются практически непрерывно, опрос датчиков производится с интервалом в 1 мин или даже чаще.

Задачи учета технологических параметров и времени работы оборудования решаются один раз в час.

Расчеты технико-экономических показателей выполняются в конце смены или суток.

Диагностика протекания технологического процесса осуществляется при появлении соответствующего инициативного сигнала в результате решения задач централизованного контроля.

Задачи оперативного планирования решаются раз в сутки, либо в результате решения задач диагностики протекания технологического процесса или, что также должно предусматриваться, по инициативе диспетчера.

Определение рационального хода технологического процесса (расчет коррекции режимов) выполняется при необходимости изменения графика работы сооружений по сигналам, возникающим в результате решения задач диагностики протекания технологического процесса.

В АСУ ТП управление сооружениями водоснабжения осуществляется диспетчером, который входит в контур управления в качестве лица, принимающего решения. Управление производится диспетчером по плану, полученному в результате решения задач оперативного планирования с учетом тех рекомендаций по коррекции режимов, которые выдаются в результате решения соответствующих задач АСУ ТП.

Расчет статических параметров работы оборудования. Рассчитываются следующие показатели:

- подача воды в сеть каждым водозабором;

- подача воды в сеть водопроводом в целом;

- учет работы водоотвода (суточный рапорт);

- учет времени работы технологического оборудования;

- статистический учет аварий и повреждений;

- расход электроэнергии по объектам водоснабжения и водопровода в целом;

- учет давления в контрольных точках водопроводной сети, расчет отклонений от заданных пределов.

Исходной информацией для этих расчетов служат данные, заносимые в память ЭВМ по результатам решения задач учета. Выходная информация используется различными подразделениями и службами, но в первую очередь она необходима диспетчеру для оперативного управления технологическим процессом, оценки качества эксплуатации, выявления причин потерь воды, неэкономичной работы насосных станций, а также для оценки возможностей покрытия "пиковых" периодов водопотребления. Централизованный контроль технологических параметров и состояния оборудования осуществляется, как правило, с помощью соответствующих датчиков, аппаратуры телемеханики и вычислительной техники.

На нижнем уровне используется система управления насосами мощностью до 300 кВт для регулирования подачи воды, путем оптимизации режимов работы насосов воды. Система позволяет подключить один из насосов (НВ1 – НВ5) к частотному преобразователю, который в автоматическом режиме поддерживает заданное давление в водоводе. Частотное регулирование позволяет избежать дросселирующего режима (работа при частично открытой задвижке), что позволяет значительно сократить расход электроэнергии. Насосы имеют автоматическое и дистанционное управление. В автоматическом режиме они работают по уровню воды в резервуарах. При достижении водой уровня 1 насосы автоматически включается. Откачав воду, насосы автоматически отключается. Если они не включается или по какой-либо причине не успевает откачивать воду, то при достижении водой электрода 2-го уровня, срабатывает сигнализация и закрываются задвижки 1. В дистанционном режиме управление исполнительными механизмами (насосами и задвижками) осуществляется оператором верхнего уровня (ЦДП). При отсутствии связи с ЦДП система переключается в автоматический режим и работает как локальная система управления.

Резервуары представляют собой заглубленную железобетонную прямоугольную конструкцию, размерами 18х24 м и высотой 4.96 м. Подвод воды осуществляется трубой d 600 мм. Внутри бака вход выполнен на высоте 0.4 м от дна бака, слив воды происходит на высоте трубопровода 3.8 м от дна бака. Отвод воды на всасывающий трубопровод насосов подъема осуществляется трубой d 600 мм, расположенной в приямке (размером 2.5х2.5 м и глубиной 1.5 м) на высоте 0.5 м от дна приямка. Для опорожнения резервуаров в приямке предусмотрена грязевая труба диаметром 150 мм, выход к трубе на уровне дна приямка с задвижкой в колодце канализации. Опорожнение резервуара производится в канализацию . Сброс воды при переполнении резервуаров осуществляется трубой d 500 мм в ливневую канализацию на шламонакопитель. Перелив происходит на максимальном уровне 4.8 м.

Резервуары оборудованы:

-вентиляционными колонками для обмена воздуха, впуска и выпуска воздуха при опорожнении и наполнении;

-люками-лазами люками;

-приборами контроля и сигнализации уровней в резервуаре.

КТС АСУ ТП нижнего уровня

Создание АСУ ТП проводится для всех элементов сети водообеспечения: водопроводов, напорных и всасывающих водопроводов, насосов, резервуаров воды. В режимных точках комплекса устанавливаются датчики - измерители основных технологических параметров:давления, уровня в резервуаре, затопления, температуры на станции,охранной и противопожарной сигнализации.

-системы измерения давления;

-системы измерения расхода;

-частотные преобразователи