Управление насосами скважин | Журнал автомати… - АиП

Управление насосами артезианских скважин и станций водозабора

система управления насосамиНа территории предприятия «БЕЛГОРСОЛОД» расположены семь артезианских скважин. Вода, добы­ваемая из четырех скважин, накап­ливается в трех больших (350 м3) ёмкостях (водобаках). Остальные три скважины используются для хо­зяйственно-бытовых целей на самом предприятии (питьевая вода, сани­тарно-бытовые нужды, полив газо­нов, пожарный трубопровод). Вода из этих скважин поступает в накопи­тельные резервуары. Из них станция водозабора производит отбор воды с помощью четырех сетевых насосов, которые поддерживают необходимое давление воды в трубопроводе. Так­же на станции водозабора установ­лены аварийные насосы: два мощных пожарных (высоконапорных) и один дренажный, который используется в случае затопления здания водозабо­ра. Скважины удалены на сотни мет­ров друг от друга, а расстояние от них до накопительных ёмкостей от 400 до 800 метров. 

Управление насосами скважин и водозабора до внедрения автомати­зированной системы производилось вручную. Оперативный контроль па­раметров: состояние насоса, давление воды, текущий и суммарный расходы воды - на станции водозабора отсутс­твовал. Диспетчер для поддержания необходимого уровня воды в нако­пительных емкостях совершал обход всех скважин и включал (выключал) насосы при помощи пульта управле­ния. При этом ему нужно было сле­дить за давлением и расходом воды в трубопроводе для хозяйственно-бытовых целей и опять же вручную включать (выключать) сетевые насо­сы. Для обеспечения круглосуточного дежурства на станции водозабора в штате предприятия находилось пять человек. 

Такой порядок работы не устраи­вал руководство, требовалось создать новую систему управления и при этом соблюсти ряд условий: 

  • найти низкобюджетное решение;
  • автоматизировать все процессы добычи воды и ее доставки потре­бителю;
  • в случае необходимости оператор должен иметь возможность вмеши­ваться в процесс управления и дис­танционно управлять работой всех насосов с ПК;
  • осуществлять оперативный мони­торинг работы скважин, станции водозабора, уровней воды в нако­пительных ёмкостях и архивацию выбранных параметров на компью­тере; 
  • вести протокол событий процессов, тревог и их визуализаций на ПК.

Поиск технического решения 

Вопрос выбора программируемого контроллера при решении техничес­кого задания был одним из основных. Анализ состояния рынка программи­руемых контроллеров иностранных производителей показал, что имеет­ся ряд достойных представителей: Beckhoff, Wago, Moeller, АВВ и многих других, которые поддерживают еди­ную платформу CoDeSys. На отечест­венном рынке со средой программи­рования CoDeSys внимание привлек контроллер ОВЕН ПЛК100. 
Аргументы в пользу отечественно­го производителя ОВЕН:  

  • низкая стоимость контроллера;
  • мощный процессор, большой объем памяти (оперативной, энергоне­зависимой для хранения программ), набор необ­ходимых интерфейсных портов, встроенный акку­мулятор и многое другое;
  • бесплатная надежная среда программирования CoDeSys с инструментом для создания визуали­зации HMI (шесть язы­ков программирования стандарта МЭК 61131-3 и возможность реализации многозадачных проек­тов);
  • возможность использова­ния различных протоко­лов (Modbus RTU/ASCII, DCON, ОВЕН);
  • возможность использо-вания модулей ввода/вывода разных произво­дителей;
  • надежность. Работа мно­гофункциональных регуля­торов производства ОВЕН проверена и подтвержде­на опытом их многолетней эксплуатации; 
  • техническая поддержка производителя (бесплатные консультации, примеры и библиотеки функциональных бло­ков, разработанных специалистами ОВЕН). 

Схема системы управления насосами


Описание технического решения 

Диспетчерский пункт на станции водозабора был ликвидирован и пере­несен в здание котельной, а функции наблюдения за работой возложены на оператора котельной. В диспет­черской установлены компьютер и шкаф управления с контроллером ПЛК100 (рис. 1). Контроллер под­ключен к П К посредством Etherпet. На каждой скважине установлено оборудование: модули ввода/вывода ОВЕН МВАВ/МВУВ, счетчик импульсов ОВЕН СИВ, устройство плавного пуска производства Веспер, датчик давле­ния ПД100-ДИ с токовым выходом 4 ... 20 мА производства ОВЕН, датчик тока с выходом 4 ... 20 мА производс­тва НПФ Агрострой. 

На станции водозабора установ­лены: модули МВАВ и МДВВ, счетчики импульсов СИВ, приборы САУ-М6, датчик давления,датчики тока и модули защиты двигателей для каждого сетевого насоса УБЗ-301 производства Новатек-Электро. На водобаках установлен модуль МВАВ и датчики давления ПД100-ДИ. 

Контроллер ПЛ К100 кабелем «ви­тая пара» объединил все скважины и станцию водозабора в одну про­мышленную сеть. Общая длина про­ложенной проводной сети составила 1700 метров. В сети установлены два повторителя RS-4B5 производства ICP DAS и одиннадцать модулей гро­зозащиты шины RS-4B5 производства Сапфир. На ПК инсталлирована про­грамма визуализации CoDeSys HMI с неограниченной лицензией. 

Возможности и функции системы 

Программа, загруженная в па­мять котроллера, была разработана в бесплатно прилагаемой среде про­граммирования CoDeSys с исполь­зованием языков SТ, CFC стандарта МЭК 61131-3. Графический интер­фейс оператора разработан также в CoDeSys. 

Учет часов работы насоса
Рис.2.

Насосы для поддержания задан­ного уровня воды в накопительных ёмкостях и рабочих уровней воды в резервуарах включаются и выключа­ются автоматически. Насосы водоза­бора создают необходимое давление в водопроводе и работают по принципу: один - ведущий, остальные - ведомые. Смена ведущего насоса происходит ав­томатически через установленный ин­тервал времени с учетом равномерного износа. Для каждого насоса ведется учет часов наработки (рис. 2). 

Программа контроллера произ­водит диагностику всех аналоговых и дискретных датчиков, установленных на объектах. Все ошибки протоколи­руются и визуализируются по каждому параметру: отсутствие связи по RS-485, обрыв, короткое замыкание, выход за пределы 4 ... 20 мА, достижение ава­рийных пределов. В случае выхода из строя датчика диспетчер получает ин­формацию о характере неисправности (рис. 3). Если диспетчер своевременно не вмешается в процесс управления, то система продолжает работу по показа­ниям других исправных датчиков либо переходит на обходные ветви алгорит­ма управления. Анализируя параметры датчика тока, программа, например, может определить «сухой ход» насоса и отключить неисправный насос, либо переключить на исправный. При неис­правном датчике давления программа разрешает работать насосу, при этом контролируются поток и текущий рас­ход воды. 

Программа имеет возможность квитировать тревоги и игнорировать сигналы любых датчиков в системе. Это позволяет моделировать различ­ные аварийные ситуации, не вмеши­ваясь в реальный процесс управления, а в некритических ситуациях продол­жать работать, не останавливая весь процесс управления. 
Диспетчер имеет возможность от­слеживать на мониторе ПК рабочие параметры скважин (рис. 4) и станции водозабора, показатели уровней воды в резервуарах: 

Сообщение о неисправности
Рис.3.
  • давление воды в скважине и водо-проводе;
  • ток двигателей каждого насоса;
  • суммарный и текущий расход воды;
  • текущее состояние насоса: работа, останов, сбой;
  • выбранный режим работы: автомат, дистанционный, местный, блоки­ровка;
  • уровни воды в накопительных ём­костях (в процентах);
  • верхний и нижний уровни воды в накопительных резервуарах;
  • наличие потока воды в трубопро­воде.

На экранах управления скважина-ми отображаются: температура воздуха внутри здания, затопление, пожар, взлом. Диспетчер имеет возможность включить дистанционный режим уп­равления и контролировать работу скважин и станции водозабора: включать и выключать насосы и производить перезапуск устройства плавного пуска. В программе визуализации можно просмотреть графики изменения давления воды, тока двигателя, мгновенного расхода воды, уровни на- полнения ёмкостей. 

Эффект от внедрения автоматизированной системы управления 

Рабочие параметры системы
Рис.4.

На предприятии после внедрения АСУ сокраще­на численность дежурного персонала. Качественно изменился порядок рабо­ты - появилась возмож­ность контролировать все режимы работы насосов и параметры всех датчиков в реальном времени, а также производительность ар­тезианских скважин, осу­ществляется оперативный учет воды, добываемой из артезианских скважин. 

 

За более полной информацией ор­ганизации АСУ можно обращаться к автору: e-mail: bolegis@yandex.ru и по телефону: +7 905-171-52-10