Автоматизированная система управления насосной станцией для предприятий водопроводно-канализационных хозяйств

В структуре системы водоснабжения и канализации города насосная станция любого вида (водозабор, промежуточные подъемы, подкачивающие и канализационные станции) является одним из множества узлов, обеспечивающих устойчивое функционирование всей системы в целом и позволяющей контролировать технологический режим работы трубопроводных сетей и канализационных коллекторов.

Уровень автоматизации большинства насосных станций весьма низок, а зачастую и вовсе никакой автоматизации там нет. Однако, автоматизация на водоканалах необходима для более эффективного управления технологическим процессом добычи и транспортировки воды, т.к. это позволяет снизить затраты энергии и более эффективно распорядиться имеющимися ресурсами.

Автоматизированная система управления насосной станцией (АСУ НС) выполняет полный функциональный контроль и управление станцией на локальном уровне водоснабжения или канализации, а при включении в сеть автоматизированного диспетчерского управления обеспечивает работу станции во всей системе города в целом.

Структура АСУ НС, как и всех АСУ ТП, построена по принципу: прием информации от различных первичных датчиков (давление, уровень и т.п.), ее анализ и архивирование, управление исполнительными механизмами (привода насосов, задвижек и т.п.) в соответствии с программно заложенными режимами работы, отображение полученной информации и состояния оборудования (световая и звуковая сигнализация, терминал, дисплей)

автоматизированные системы управления

Примерная конфигурация насосной станции, показанной на рисунке. позволяет получать такие данные:

• давление в напорном трубопроводе;
• расход воды;
• ток каждого электродвигателя насосного агрегата, а также суммарную электроэнергию, потребляемую насосной станцией;
• положение задвижек (точное или фиксированное);
• уровень в резервуаре воды (или в приемном резервуаре для КНС).

А также управлять:
• включением/выключением насосных агрегатов;
• открытием/закрытием задвижек.

Количество первичных датчиков и управляемых элементов станции можно как уменьшить, так и увеличить в зависимости от необходимости. Например, возможно получать данные о температуре подшипников насосов, температуре в машинном зале, уровне дренажа, при этом управлять дренажным насосом, сигнализации вскрытия дверей и присутствия посторонних лиц и т.п.

Частотно-регулируемый привод насосных агрегатов

Применение частотно-регулируемого привода одним (или несколькими, при работе на разные водоводы) насосным агрегатом в большинстве случаев приносит дополнительную экономию электроэнергии за счет оптимальной работы системы двигатель-насос-трубопровод.

Одним из главных преимуществ использования регулируемого электропривода насосных агрегатов является возможность адаптации его характеристик к характеристикам гидравлической сети посредством выбора рациональной номинальной скорости вращения рабочего колеса, отвечающей основному режиму работы установки. При этом номинальная скорость может быть как выше, так и ниже стандартного значения. Большинство насосов и насосных станций работает или объективно должны работать с переменной производительностью. Гидравлические способы не экономичны и не дают возможности автоматизированного регулирования.

Так, например, работа насосного агрегата (или насосных агрегатов) водоснабжения с поддержанием необходимого давления зачастую выполняется регулированием выходной задвижки насоса, что приводит к значительным потерям активной мощности. Если регулирование выполняется включением различных типов насосов (например, в дневное и ночное время), происходят резкие перепады давления, которые компенсируются теми же задвижками для поддержания давления, что приводит к тем же потерям. Как правило, потери на задвижках практически не устранимы силами самого предприятия, поскольку применяются такие способы как замена насоса, обтачивание колеса насоса и т.п.

На станциях водоотведения работа осуществляется насосными агрегатами на открытые задвижки трубопроводов, т.е. потери на них отсутствуют. Вместе с тем практически все станции водоотвода работают в повторном или повторно-кратковременном режиме в зависимости от заполнения стоковых сборников. При этом можно выделить потери связанные с частыми пусками насосных агрегатов, и как следствие значительный износ оборудования, необходимость поддержания высокого выходного давления насоса для достижения низкого уровня сборника стоков, а также создание избыточного давления на выходе трубопровода.

Все эти потери активной мощности устраняются с применением частотно-регулируемого привода. Так, на станциях водоснабжения обратной функцией привода является поддержание выходного давления в не зависимости от подачи воды, причем давление можно изменять программно в зависимости от времени суток, что приведет к устранению потерь на задвижках. Контроль давления можно производить не только на напорном трубопроводе на станции, а и возле конечного потребителя, что позволит не только оперативно выявлять и устранять порывы в трубопроводах, а и снизить удельный расход электроэнергии на ПНС. Также на таких станциях возможно применение одного частотного регулятора на несколько насосных агрегатов, работающих на один трубопровод (или на несколько трубопроводов с аналогичными входными давлениями). На станциях водоотведения обратной функцией является уровень стоков в сборнике, причем этот уровень желательно поддерживать на максимально-допустимом для снижения статического перепада высоты.

Практически все предлагаемые системы частотного регулирования и автоматического управления на базе преобразователя частоты позволяют реализовать автоматическое управление всеми параллельно работающими насосными агрегатами. Принцип управления заключается в следующем:

• двигатель одного из насосов подключается к сети непосредственно через преобразователь частоты. Производительность насоса регулируется путем изменения скорости вращения электродвигателя;
• вигатели остальных насосов включаются непосредственно в сеть. Подключение насосов осуществляется преобразователем частоты автоматически по необходимости (если необходима большая производительность станции);
• сигнал задания скорости вращения с пульта управления и сигнал обратной связи от датчика давления для станций водоснабжения или датчика уровня для станций водоотведения подаются на вход пропорционально-интегрального регулятора преобразователя. ПИ-регулятор задает скорость (частоту) первого насоса таким образом, чтобы сигнал обратной связи отслеживал заданную величину. В случае если производительности первого насоса будет недостаточно, преобразователь частоты автоматически выдаст сигнал на включение второго насоса и т.д. Если задающий сигнал станет ниже определенного предела, преобразователь отключит от сети один из насосов. Переключение осуществляется с помощью несложной релейно-контакторной схемы и штатной пусковой аппаратуры;
• программное обеспечение контроллера АСУ НС позволяет осуществить резервирование насосов, а также переключение с одного насоса на другой в заданное время.

Кроме экономического эффекта частотное регулирование насосов дает и другие преимущества:
• снижение нагрузки на электрическую сеть благодаря отсутствию пусковых токов двигателя;
• плавность регулирования давления по сравнению со ступенчатым его изменением при включении/выключении дополнительных насосов;
• устранение гидравлических ударов, изнашивающих трубопроводы, клапаны и насосы.