Водозаборная станция города

Рис.2.Схема водозабора подземных вод

Контроль за качеством воды осуществляется аттестованной химбаклабораторией. Для проведения анализа воды имеются следующие пробоотборные точки:

§ На I подъеме;

§ Во входной камере;

§ После контактных осветлителей (отдельно после каждого осветлителя и общая точка на трубопроводе чистой воды);

§ На II подъеме;

2 Предложения по автоматизации

2.1 Автоматизированная система управления водозабором

1. Назначение.

- Устройство модуль автоматизации скважин (устройство) предназначено для контроля технологических параметров на водоподъемной скважине (величина напряжения питания двигателя насоса; ток нагрузки двигателя насоса; давление в трубопроводе; контроль «сухого хода» насоса; состояние положения выключателей; состояние двери, а также для управления насосом - включить и выключить) .

- Устройство предназначено для работы в температурном диапазоне от минус 40 град.С до плюс 85 град.С, относительной влажности до 98% при температуре 25 град.С, атмосферном давлении 80-106 кПА (от 630 до 800 мм рт.ст.) и может входить в состав оборудования для автоматизации (телемеханизации) водоподъёмных станций (организация диспетчеризации и централизованного управления несколькими удалёнными системами).

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

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

2.2 Система должна автоматически отключать глубинный насос при:

* понижении уровня воды в скважине ниже допустимого (защита от «сухого хода»);

* неисправности насоса;

* неисправности электрооборудования.

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

2.4 Электрические защиты:

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

2.5 Возможность управления насосным агрегатом - ручное (местное), автоматическое.

2.6 Степень защиты оборудования IP 54.

2.7 Следующая индикация:

* состояние насосного агрегата (рабочее, нерабочее);

* состояние электрифицированных задвижек (закрыта, открыта),если имеются; 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;

* о несанкционированном проникновении в здания;

* о понижении температуры воздуха в зданиях ниже, чем 5 С;

3. Состав.

В систему входят:

- Блок логики.

- Блок силовой.

- Внешние датчики

Блок силовой это совокупность исполнительных устройств, получающих команды от контроллера и управляющих насосом водоподъемной станции и другими силовыми элементами.

Внешние датчики:

* Датчик минимума-максимума (манометр)

* Датчик «сухого хода» (манометр)

* Дополнительно могут быть установлены датчики температуры, датчики охраны помещения и.т.п.

4. Возможности.

Режимы управления

* Автоматический

* Ручной

В автоматическом режиме, система контролирует все параметры и отрабатывает полный цикл, без вмешательства человека. Все действия и неисправности (аварийные ситуации) отображаются на жидкокристаллическом дисплее, который находится на передней панели устройства. 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. Связь с компьютером может быть как проводная, так и беспроводная Wi Fi. По одной паре проводов, последовательно может быть подключено до 255 устройств.

В ручном режиме все операции производятся с помощью органов управления, находящихся на передней панели.

По желанию система может комплектоваться устройством плавного пуска двигателя, что значительно увеличивает срок службы насоса.

2.2 Математическое описание ОУ

На станции 3-го подъёма необходимо регулировать выходное давление. Оно не должно превышать и падать , вследствии неравномерного расхода воды во времени ,ниже заданной величины.

Поэтому необходимо рассмотреть контур регулирования скорости двигателя в зависимости от выходного давления. Спроектированная система автоматического регулирования давления может быть представлена структурной схемой изображенной на следующем рисунке.

Рис. Структурная схема

iзад -сигнал задания давления;

P -давление в трубопроводе;

iдд -сигнал обратной связи с датчика давления;

i - отклонение текущего значения от заданного;

uk - сигнал управления по напряжению на преобразователь частоты;

Kпч-д - коэффициент передачи преобразователя частоты-двигателя;

Tм - постоянная времени преобразователя частоты-двигателя;

- скорость двигателя насоса;

Kн - коэффициент передачи насоса;

Tн - постоянная времени насоса;

Kдд - коэффициент передачи датчика давления.

KВ - коэффициент передачи возмущающего воздействия.

Каждый элемент системы представляет собой апериодическое звено.

Рассмотрим каждое звено отдельно:

1. Преобразователь частоты-двигатель:

=0.01 ввиду большой скорости срабатывания

2. Насос. Преобразует циклическую частоту двигателя в давление

=1 - время разгона насоса

3. Датчик давления. Преобразует давление в токовый сигнал.

4. Возмущающее воздействие.

Рассчитав перечисленные выше параметры звеньев структурной схемы, проведем моделирование в специализированном программном пакете визуального моделирования MatLab Simulink.

Моделирование системы управления без регулятора и возмущающих воздействий в среде Simulink

Далее проведём моделирование с внешним возмущающим воздействием при помощи открытия отсечного клапана.

Моделирование системы управления c возмущающим воздействием в среде Simulink

В момент открытия клапана происходит резкое падение давления, а затем система выходит на новое устойчивое состояние с меньшим значением давления.

Последним этапом является моделирование системы управления с регулятором давления, который должен компенсировать возмущающее воздействие.

Вычисление ПИ- регулятора

Объединяет два регулятора П и И, , обладает наилучшими свойствами, а именно: за счет П - составляющей улучшается показательные качества в переходном процессе, а за счет И - составляющей уменьшается ошибка регулирования т.е. улучшается точность.

В качестве критерия качества регулирования принимаем желаемую передаточную функцию разомкнутого контура. Для рассматриваемой системы регулирования целесообразно применять настройки контура регулирования на технический оптимум. Желаемую передаточную функцию разомкнутого контура в этом случае записывают в виде:

Передаточная функция оптимального регулятора определяется в виде:

где Wоу (p) - передаточная функция объекта регулирования, Wос (p) - передаточная функция звена обратной связи, Wр.жел (p) - желаемая передаточная функция разомкнутого контура.

В результате синтеза была получена передаточная функция ПИ-регулятора. В общем виде передаточная функция ПИ-регулятора выглядит следующим образом:

,

где KП - коэффициент пропорциональной части, КИ - коэффициент интегрирующей части, которые необходимо вычислить для построения регулятора в реальной системе регулирования давления.

Промоделируем систему с ПИ регулятором и возмущающими воздействиями.

Моделирование системы управления c возмущающими воздействиями и ПИ-регулятором в Simulink

По полученным результатам можно судить, что система быстро отрабатывает возмущение и возвращается в исходное устойчивое состояние с заданными показателями качества, поэтому синтез ПИ - регулятора проведён верно.

3 Предложения по автоматизации насосной станции

Наиболее экономичным является такой режим работы насосов, когда при изменяющемся разборе развиваемый насосами напор соответствовал бы минимально необходимому значению и не превышал его. Этого можно добиться путем автоматического изменения частоты вращения электродвигателей насосов с помощью частотно-регулируемых приводов (ЧРП).

Таким образом, основной целью создания автоматизированной системы управления стало:

· автоматическое поддержание заданного давления воды в коллекторе;

· создание наиболее экономичного режима работы насосов с помощью ЧРП;

· оперативный диспетчерский контроль за параметрами процесса;

· выявление аварийных ситуаций и/или неисправностей технологического оборудования с выдачей аварийно-предупредительной сигнализации и с занесением в журнал событий.

· обработка аналоговой и дискретной информации по заданному алгоритму и формирование qнеобходимых сигналов для управления технологическим оборудованием;

· передача информации о текущем состоянии оборудования, о параметрах и состоянии технологического процесса на верхний уровень (при работе в составе АСУ ТП предприятия);

3.1 Описание синтезируемой системы

Три уровня, обеспечивающие функции оперативного контроля и управления - нижний, средний и верхний (рис. 2).

· Нижний уровень АСУ ТП объекта автоматизации.

Основные компоненты:

· датчики;

· исполнительные механизмы.

Решаемые задачи:

преобразования физических параметров технологического объекта в унифицированные электрические сигналы.

преобразования унифицированных управляющих сигналов автоматизированной системы в механические и др. виды воздействий на течение технологического процесса.

· Средний уровень АСУ ТП объекта автоматизации.

Основные компоненты:

· модули устройства сопряжения с объектом;

· программируемый логический контроллер;

· программное обеспечение контроллера;

Решаемые задачи:

- сбор и обработка сигналов с датчиков;

- выявление отклонений технологических параметров процесса от регламентных значений;

- выдача сигналов для аварийной защиты и блокировки технологического оборудования при нарушении регламентных уставок;

- расчет и выдача в виде электрических сигналов, управляющих воздействий для ИМ и технологических агрегатов, обеспечивающих реализацию программно - логического управления технологическим процессом и регулирование значений параметров;

- представление информации (сигнализация) по критичным значениям параметрам;

- передача данных между УСО и ПЛК, ПЛК и верхним уровнем АСУ ТП

- автоматическая самодиагностика и диагностика нижнего уровня.

· Верхний уровень АСУ ТП объекта автоматизации.

Основные компоненты:

· рабочая станция;

· аппаратные средства для обеспечения обмена данными с контроллерами

Решаемые задачи:

- диагностика подсистем среднего и верхнего уровней;

- конфигурирование и настройка контролеров, сети передачи данных, каналов измерения.

- ведение архивов изменения параметров СКУ;

- составление отчетов по запросу оператора.

Выбор КТС нижнего уровня АСУ ТП

Группы КТС в составе нижнего уровня:

системы измерения давления;

системы измерения расхода;

частотные преобразователи

1. Системы измерения давления

Основные критерии выбора:

диапазон измерений - 0…5,5 кг/см2 (0…550 кПа);

предел погрешности измерения - не более 1%;

выходной унифицированный сигнал - желательно 4-20мА;

средний срок службы.

Дополнительное условие: датчик должен быть предназначен для измерения избыточного давления.

Проведём сравнение датчиков давления трех фирм: ЗАО "Автоматика", ПГ "Метран", фирма "Элемер" (табл. 1.).

Таблица 1

Технические данные датчиков давления

По приведенным техническим данным датчиков давления можно сразу исключить датчик АИР-20-ДИ 130 фирмы "Элемер", т.к. диапазон пределов его измерений значительно превышает измеряемый. Датчик ПД-1И ЗАО "Автоматика" по характеристикам соответствует датчику Метран-43-ДИ 3156-МП ПГ "Метран" и даже превосходит его по точности измерения, но у последнего оговорен средний срок службы в 12 лет и предел погрешности измерения не значительно уступает первому, что дает ему преимущество при выборе.

2. Системы измерения расхода

Основные критерии выбора:

диапазон измерений - 0…500 м3/ч;

предел погрешности измерения - не более 5%;

выходной унифицированный сигнал - желательно 4-20мА;

средний срок службы.

Сравним датчики расхода трех фирм: ЗАО "Взлет", ПГ "Метран", фирма "Теплоприбор" (табл. 2).

Таблица 2

Технические данные датчиков расхода

Страницы: 1, 2, 3