Описание проекта

***В настоящее время производительность первой очереди водопроводного завода составляет 100 тыс. м³/сутки, а объем текущего расширения второй очереди также составляет 100 тыс. м³/сутки. Строительство системы автоматического управления обеспечит возможность бесперебойной работы производства в режиме дистанционного управления без участия операторов на протяжении не менее 72 часов. Качество воды на выходе, давление и расход соответствуют установленным нормативам, оборудование функционирует стабильно, надежно и безопасно, при этом система отличается высоким уровнем энергоэффективности, экологичности, автоматизации. Автоматизированная система водопроводного завода, включающая систему автоматического управления, представляет собой комплексную автоматизированную систему, оснащенную интеллектуальными функциями управления производственными процессами и хранения, обработки и анализа производственной информации.

Обзор системы

Система управления интегрируется из программируемого логического контроллера (PLC), коммуникационной сети, человеко-машинного интерфейса, контрольно-измерительных приборов, видеонаблюдения и периферийного оборудования. Система разработана с учетом принципов передовости, практичности, надежности, экономичности и открытости, а её концепция направлена на «повышение качества питьевой воды, обеспечение высокой надежности водоснабжения, снижение энергопотребления, уменьшение потерь и сокращение расхода реагентов». В качестве основы для контрольной станции используется PLC NA400.

Технологический процесс

Структура и состав системы

1. Сетевая структура

Система управления состоит из компьютера в центральной диспетчерской, станций местного управления, полевых приборов и исполнительных механизмов. Сеть построена по многоуровневой структуре, которая с верхнего уровня делится на уровень управления, уровень контроля и уровень полевого оборудования. Учитывая разбросанное расположение оборудования и большое количество станций на водопроводной станции, в проекте предусмотрено 6 подстанций управления, среди которых центральная станция управления оснащена резервной конфигурацией процессоров с горячим резервированием. Шесть станций соединены между собой резервированной кольцевой промышленной Ethernet-сетью. Система SCADA реализована с использованием резервированной серверно-клиентской архитектуры данных. Подробности см. на схеме сетевой структуры.

2. Контроллер

• Используется процессор Intel Pentium M с тактовой частотой 300 МГц, высокопроизводительный резервированный CPU с высокой надежностью.
• Со встроенным интерфейсом Ethernet, поддерживает протоколы Modbus TCP и OPC.
• 32 МБ оперативной памяти + 32 МБ хранилища.
• Со встроенным реальным часами для записи текущего времени и управления процессом по времени.
• С функцией Watchdog, в случае сбоя автоматически сбрасывается и перезапускается.
• Поддержка горячей замены.
• Защита данных от пропадания питания.

Контрольная функция

Система имеет интерфейс человек-машина, последовательное управление производственным процессом, взаимную блокировку и защиту оборудования, оптимизированное управление сроком службы, автоматическую регулировку, а также базовые функции управления, такие как статистика данных, их накопление и анализ, а также функции видеонаблюдения, охраны и офисного управления. Ниже по разделам представлены функции управления технологической системой производства на водопроводной станции.

1. Управление насосом подачи воды

Установки насосной станции выполняют пошаговое управление включением и выключением агрегатов в соответствии с диспетчерскими указаниями, обеспечивают взаимодействие насосов и клапанов, регулировку частотно-регулируемого электродвигателя с помощью ПИД-регулятора, оптимальную работу насосов, автоматическое включение дренажных насосов в зависимости от уровня воды, а также такие функции управления, как защита и сигнализация при авариях насосного оборудования и оповещения о необходимости технического обслуживания; кроме того, осуществляется сбор параметров качества исходной воды, включая ток на входе, напряжение, электрическую энергию, коэффициент мощности, ток в двигателе насоса, активную мощность и показания электросчетчика через полевую шину.

2. Функция управления отстойником

Основные функции управления реакционным осаждением включают автоматическое перемешивание в отстойнике и дозирование коагулянта, автоматическое передвижение илового насоса с контролем откачки ила, автоматическую периодическую разгрузку иловых клапанов на дне резервуара, а также взаимодействие через беспроводное подключение ПЛК подстанции ивилового насоса к основной станции с использованием оборудования AP.

3. Управление функциями фильтра V-образной формы

• Управление ви-образным фильтром является наиболее сложной частью процессного контроля на водопроводных станциях; качество стратегии управления напрямую влияет на эффективность автоматизированного процесса очистки воды. Основные функции управления включают:
• Регулирование уровня воды в V-образном фильтре (ПИД-регулирование клапана отвода воды);
• Контроль процесса управления V-образным фильтром по заданной программе;
• Очередность промывки фильтровальных секций, координация обратной промывки секций;
• Сбор данных об оборудовании и электрических параметрах и т. д.

4. Управление функциями дозирования

Контроль дозирования лекарств является одним из ключевых элементов технологического процесса на водопроводных станциях, напрямую влияя на качество воды и безопасность производства. В целом, его функции контроля включают три основных аспекта: автоматическое регулирование подачи алюминия с помощью дозирующих насосов, управление процессом приготовления (разбавления) алюминиевого раствора в соответствующей системе, а также контроль за функцией подачи хлора (до и после фильтрации).

5. Управление функциями в камере осушителя

Система обезвоживания в помещении дегидратора обеспечивает независимый контроль PLC за системой обезвоживания и системой подачи PAM внутри самой системы обезвоживания; через коммуникационный интерфейс данные поступают в систему управления, которая, в свою очередь, отправляет сигналы на включение и выключение дегидратора. Кроме того, система управления осуществляет простое управление такими устройствами, как насос оборотной воды, насос для откачки осадка и мешалка балансировочного резервуара ила.

6. Управление функциями насосной станции второго уровня

Основное оборудование вторичного насосного отделения аналогично оборудованию водозаборного насосного отделения и в основном выполняет интегрированную операцию по включению и выключению агрегатов, осуществляемую программно на основе диспетчерских указаний; эта операция включает взаимодействие насосов, клапанов и устройств создания вакуума, а также функции регулирования частоты привода с использованием ПИД-регулятора для поддержания заданного давления. Кроме того, осуществляется сбор параметров качества воды на выходе из станции и обеспечивается связь с экологическим управлением, а также передача сигналов, получаемых от комплексных защитных блоков, установленных на высоковольтных и низковольтных распределительных шкафах.

7. Ключевые выдающиеся функции

Система управления представляет собой специально разработанный автоматизированный продукт, адаптированный к технологическим процессам водоканала, и обеспечивает автоматизированное управление и контроль процесса очистки воды. Система обладает следующими выдающимися функциями.

(1) Реализация большой координации

С улучшением оборудования и повышением эффективности технологий автоматического управления водоканал уже достиг «малой комплексной работы» — то есть системная автоматическая подача реагентов, автоматический отвод осадка, автоматическая фильтрация, автоматическое включение-выключение дренажных насосов, автоматическая регулировка частоты преобразователя с заданным давлением и другие функции полностью автоматизированной работы локальных систем. Однако для достижения полностью автоматизированной работы всего предприятия необходимо связать между собой все этапы процесса, реализовав так называемую «большую комплексную работу». Для этого необходимо решить проблему динамического баланса между подачей воды насосами забора и объемом поставляемой воды; если эта проблема будет решена, значит, решена и задача «большой комплексной работы». Путем анализа и изучения технологических процессов водоканала, а также с использованием данных о расходе воды на выходе насосов и уровнях жидкости в коллекторных колодцах нам удалось рассчитать производительность насосов забора, успешно решив эту задачу и добившись полностью автоматизированной работы всей системы предприятия.

(2) Напоминание о техническом обслуживании электродвигателя

Согласно инструкциям по эксплуатации электродвигателей насосов, воздуходувок и других устройств, путем анализа таких нештатных состояний, как суммарное время работы двигателя, аномальная температура двигателя и электрический трехфазный дисбаланс, удается заранее уведомлять обслуживающий персонал о необходимости проведения проверки и технического обслуживания до поломки оборудования или наступления периода его ремонта, что позволяет сэкономить расходы на ремонт и текущее техобслуживание.

(3) Память рабочих параметров

Давление воды на выходе из водопроводной станции часто приходится устанавливать в соответствии с опытом операторов и временем суток; насосы для подачи воды регулируют давление на выходе, поддерживая его постоянным в зависимости от заданного временного интервала. Система управления обладает функцией памяти: она анализирует и выделяет ключевые параметры работы операторов, а затем автоматически определяет целевое значение давления на выходе для разных периодов времени в соответствии с технологическими требованиями, что позволяет избежать долгой и утомительной настройки давления.

Функции человеко-машинного интерфейса

1. Диаграмма технологического процесса отображает

Реально отражает технологический процесс производства, изображение лаконично и плавно, а сам процесс представлен ярко и наглядно. Система состоит из общей визуализации и нескольких отдельных картинок; на каждой из них предусмотрены ссылочные кнопки, связанные с соответствующими изображениями, что позволяет удобно просматривать и управлять оборудованием.

2. Функции отображения и печати отчетов

Исторические данные системы хранятся в стандартном формате баз данных, поддерживающем такие форматы, как dBASE VI, ACCESS и ODBC; отчеты позволяют выполнять вычислительную обработку данных — помимо базовых функций, таких как среднее значение, максимальное и минимальное значения, а также накопленные показатели, они также поддерживают расчеты по временным интервалам для оборудования; отчеты гибки и могут формироваться ежедневно, ежемесячно, ежеквартально или ежегодно в соответствии с требованиями пользователя.

3. Функция оповещения

Функция оповещения позволяет оперативному персоналу мгновенно получать информацию о состоянии оборудования, связанного с тревожными параметрами, и при необходимости принимать соответствующие меры — это важная мера для обеспечения непрерывной и стабильной работы производства. В любое время можно просматривать сводную таблицу тревог, а также подтверждать отдельные тревоги, полноэкранные тревоги и все тревоги сразу.

4. Диаграммы текущих и исторических тенденций

Тренды в реальном времени можно получить, щёлкнув правой кнопкой мыши, а также они поддерживаются для отображения нескольких трендов на едином интерфейсе. Цикл сбора данных для исторической диаграммы составляет 10 секунд; поддерживается одновременное отображение N точек сбора в одной таблице, что удобно для сравнительного анализа. Историческая диаграмма позволяет фильтровать данные по системам и временным интервалам. По умолчанию база исторических данных хранится в течение 2 лет, при этом доступна функция сохранения и резервного копирования файлов базы данных; также имеется мощная функция автоматического поиска исторических данных и событий.

5. Управление правами доступа и функция ведения операционных записей

Предоставляются различные права доступа для входа в систему операторам, обслуживающему персоналу, инженерам по техническому обслуживанию и другим. Имеется функция ведения операционных записей и регистрации событий работы, а также поддержка мощной функции поиска данных, включая возможность выполнения выборки по разделам и станциям за заданные периоды времени.

Особенности продукта

• Система использует отечественные ПЛК-продукты собственной торговой марки;
• Управляющий блок оснащён конфигурацией горячего резервирования и высокопроизводительным процессором;
• Осуществляется трёхсторонняя защита аппаратного оборудования в таких условиях, как помещение для дозирования реагентов, фильтровальные бассейны и т.д.;
• Продукт предоставляет универсальный стандартизированный интерфейс связи, поддерживает распространённые полевые шины, такие как PROFIBUS/HART/MODBUS/OPEN CAN, и обладает отличной масштабируемостью и открытостью.
• Использование архитектуры Ethernet, высокоскоростная связь, зарезервированная пропускная способность;
• Сетевая связь с оптоволоконной самовосстанавливающейся 100M промышленной Ethernet-сетью, стандартный протокол TCP/IP;
• Хорошая универсальность, удобный для человека дизайн;
• Индивидуально разрабатывать продукты и управляющие программы, соответствующие технологическим потребностям клиентов;
• Оперативное послепродажное обслуживание и сильная техническая команда.