Об опыте организации автоматизации системы подачи и распределения воды в ОАО «Водоканал» г.Красногорска

В.П. Курбатов, Гл. энергетик ОАО «Водоканал» г.Красногорск
А.В. Уваров, Ген. Директор фирмы «ДЭП»
С.К. Головенко, Ген. Директор фирмы «КомАС»

Не секрет, что в городах районного значения проблемы контроля за подачей и распределением воды в целом не отличаются от проблем крупных центров. Конечно, передовой опыт накоплен в Москве, Санкт-Петербурге и других крупнейших городах страны, где к вопросам автоматизации относятся наиболее серьезно – это определено громадностью систем подготовки и доставки воды до конечного потребителя. Однако, не следует забывать, что и финансирование столицы «несколько» отличается от финансирования рядовых городов. Что делать в этом случае предприятию водоснабжения провинциального города, где денег не хватает даже на текущий ремонт трубопроводов? Вероятно, не стоит объяснять, что автоматизация в водоканалах всегда была «золушкой» и финансировалась по остаточному принципу (если это можно назвать финансированием). На помощь должен прийти здравый смысл, который подсказывает, что число жителей в рядовых городах России, страдающих некачественным водоснабжением, сравнимо с населением мегаполисов, где проблемы городских водоканалов как-то решены. Опять же, опыт действующих автоматизированных систем водоснабжения, внедренных самыми разными организациями, доказывает, что при этом только за счет более рационального водораспределения экономия электроэнергии может достигать 20-30% от ранее потребляемой. Не говоря уже об уменьшении потерь воды, частоты аварий и т.п. – учитывать эффект от «недопущения» аварии или «неразбазаривания» ресурса в России пока не принято.

Поэтому, в настоящее время, когда энергосбережение признано основой энергетической политики России, всем нам надо по-новому оценить роль оснащения объектов (в данном случае предприятий водоснабжения) современными и дешевыми средствами автоматического контроля, управления и учета. Теоретически, такие аппаратно-программные комплексы могут стать одним из основных технических направлений энерго- и ресурсосбережения. А на практике это подтверждается только если создаваемые системы являются доступными по цене, типовыми, легко тиражируемыми в рядовых городах России.

Настоящая статья анализирует опыт внедрения автоматизированной системы контроля и управления системой подачи и распределения воды в ОАО «Водоканал» г. Красногорска Московской области. Данная система, на взгляд авторов, (как, впрочем и «российский безденежный» способ ее внедрения) могла бы претендовать на роль типовой.

Объект и задачи автоматизации

Несколько слов о предприятии. Система подачи и распределения воды в ОАО «Водоканал» г. Красногорска и Красногорского района представляет собой 13 водозаборных узлов (ВЗУ), подающих артезианскую воду из скважин в водопроводную сеть.

Каждая насосная станция оборудована насосами I-го подъема, поднимающими воду из артезианских скважин в накопительные резервуары и насосами II-го подъема, подающими воду из резервуаров в водопроводную сеть. Давление в водопроводной сети позволяет обеспечивать водой 9-ти этажные дома. Для зданий повышенной этажности предусмотрены насосные станции III-го подъема.

Водопроводные сети в городе закольцованы. Разные по мощности ВЗУ расположены в разных частях города, перепад высот между ними до 65 метров, поэтому влияние на сеть каждого узла разное. Не имея информации о работе всех ВЗУ обеспечить рациональное водоснабжение города очень сложно.

Ранее в Красногорском водоканале на диспетчерском пункте была установлена релейная телемеханика типа РСТ-2. С ее помощью диспетчер на щите размером 2,5х5 метров мог отслеживать дискретные уровни резервуаров на некоторых водозаборных узлах (пожарный, средний, верхний, перелив), судить о состоянии насосного оборудования (включено, выключено) и дистанционно включать его. Данная телемеханика была установлена в 1980 году и работала до середины 90-х. Информативность такой системы была мала, надежность падала с каждым годом, поддерживать ее в рабочем состоянии становилось все сложнее.

Этапы реализации

Еще в 1996 году администрацией ОАО «Водоканал» г. Красногорска было принято решение о модернизации системы. При этом, решение задач автоматизации предполагалось осуществить комплексно, с учетом перспективы. В первую очередь предполагалось телемеханизировать крупные городские водозаборные узлы (ВЗУ) с заменой телемеханики и частичной заменой запорно-регулировочного оборудования. В дальнейшем планировалось расширить систему телемеханики на все ВЗУ, поставить, по-возможности, современное запорно-регулировочное оборудование, частотно регулируемые приводы и т.п. Из-за значительной протяженности водопроводной сети города, и, как следствие, ненадежных и медленных каналов предполагалось также реализовать функции локального (непосредственно из каждого ВЗУ) регулирования давления, запасов воды в резервуарах чистой воды и т.п., оставив за диспетчерской только функции общегородского управления (перекачка воды в те микрорайоны, где проявляется ее нехватка, минимизация допустимого давления в гидравлических кольцах городской сети водоснабжения и т.п.)

В 1997 г. после анализа существовавших к тому времени систем автоматизации, на основе тендера, организованного фирмой КомАС, была выбрана система телемеханики на базе ПТК «ДЭП-система»^[1]. На первом этапе выполнения работ по телемеханизации предприятия в систему были включены ВЗУ №№ 1, 7, 9, 11. В 1998 году, в ходе выполнения 2-го этапа работ были телемеханизированы ВЗУ №№ 2,3,4 и одна станция III-го подъема.

Отдельно следует отметить, что внедрение системы осуществлялось практически только силами самого предприятия. Так, например, монтажные и наладочные работы выполнялись службой КИПиА ОАО «Водоканал» при методической помощи специалистов фирмы ДЭП (шеф-монтаж) и фирмы КомАС (мобилизация и организация финансовых потоков и взаимозачетных схем, выбор и поставка низового оборудования). Сопровождение и расширение системы, как в «железе» так и в «математике» (подключение новых контроллеров, внесение дополнительных сигналов, редактирование существующих мнемосхем, создание новых и т.д.) так же осуществлялись и осуществляются службой КИПиА предприятия «Водоканал».

Технические решения

Структурная схема системы наглядно демонстрирует многообразие вариантов связи удаленных объектов автоматизации с диспетчерским пунктом (ДП). Для того, чтобы не загромождать структурную схему, на рисунке не показаны контроллеры, располагаемые на удаленных объектах - вместо них обозначены шкафы DEP-BOX, в которых контроллеры располагаются. По мере необходимости, далее по тексту, дается расшифровка содержимого шкафов.

Для объектов, удаленных от ДП на расстояния до 1-3 км и имеющих выделенную 2-проводную линию связи (в данном случае - это ВЗУ-1 и ВЗУ-7) используется связь по локальной технологической сети (ЛТС). При этом контроллеры серии DEP-PL^[1], расположенные на разных ВЗУ, образуют отдельные гальванически изолированные сегменты ЛТС, которые подключаются к отдельным сетевым входам «1» и «5» контроллера-расширителя DEP-RL/EX.
Ряд объектов, имеющих выделенную 2-проводную линию связи, расположен от ДП на расстояния 3-10 км. На таких расстояниях применяется «модемная» связь – через контроллеры связи серии DEP-SR. На рисунке видна топологическая структура модемных соединений. От ДП начинаются две независимые модемные магистрали – одна ведет отсчет от модема «NM-3», другая – от модема «NM-4». Магистраль «NM-3» объединяет объекты «ВЗУ-4», «ВЗУ-3», «Дом 36», «ВЗУ-2». А магистраль «NM-4»- соответственно «КП б/н» и «ВЗУ-9».

Остальные объекты (а их – большинство) не имеют физических линий связи с ДП. Поэтому информационно-командный обмен с ними выполнен на базе радиосвязи. При этом используются контроллеры связи того же типа (DEP-SR) что и для выделенных линий. SR-контроллер, помимо работы по выделенным 2-проводным линиям связи, обеспечивает также организацию радиосети с любой типовой одноканальной симплексной радиостанцией ^[2].

Следует отдельно обратить внимание на тот факт, что в рассматриваемой системе задействованы две независимые радиосети. Первая радиосеть работает на частоте 27 МГц и обеспечивает связь с контрольными точками. Для ее организации в ДП используется контроллер NM-2. Вторая радиосеть работает на частоте 48 МГц и обеспечивает связь с оставшимися ВЗУ и отдельно расположенными скважинами. Второй радиосетью в диспетчерской управляет контроллер NM-1.  В зависимости от длины и качества прямых телефонных пар, разные объекты подключаются по-разному. ВЗУ-1 и ВЗУ-7 – напрямую. Обмен информацией здесь происходит практически мгновенно (миллисекунды). При худшем качестве прямых пар применяются модемы связи: FМ – ближний и NМ – дальний. Время прохождения сигнала увеличивается до 10 – 15 секунд. При радиосвязи используются те же модемы,и время прохождения сигнала то же, что и при использовании прямых пар. На самом ВЗУ находятся контроллеры типа PLDA, PLDC, PLFC, PVC, PFC. Контроллеры отличаются набором сигналов, которые они могут обработать для дальнейшей передачи или передать на объект управления. На месте на контроллеры от приборов и устройств передаются следующие сигналы:

• аналоговые (4 – 20 мА, 0 – 5 мА, 0 – 10 В) по расходу воды, току, потребляемому оборудованием, давлению воды, уровню в резервуарах и скважинах, эл.напряжению на вводах и т.д. (всего 231 сигнал);
• дискретные (сухой контакт) по состоянию оборудования (включено, выключено, дистанция, местное, автомат) и помещений (охрана, затопление, понижение темперетуры) (всего 451 сигнал).

От контроллеров на оборудование передаются дискретные сигналы телеуправления (всего 451 сигнал) и аналоговые сигналы телеуправления (всего 10 сигналов). Каждый сигнал имеет свое место на одной из мнемосхем. На мнемосхеме ВЗУ изображено все оборудование, находящееся на нем, его состояние. Каждому параметру можно задать уставки. При выходе параметра за них срабатывает сигнал аварии, что выражается загоранием табло «авария», изменением цвета параметра и т.д.. При работе с любой мнемосхемой на экране присутствует «линейка», на которой зеленым цветом горят кнопки других мнемосхем, которые в случае аварии начинают мигать красным цветом. Нажав курсором на нужную кнопку диспетчер получает на экране мнемосхему нужного ему объекта. Таким образом диспетчер в любой момент времени полностью контролирует ситуацию на всех ВЗУ города и может вмешаться в их работу, включив или выключив нужное оборудование.

Программное обеспечение позволяет также осуществлять просмотр информации, поступившей от объекта и за прошедшее время (до 400 суток), в виде графиков, гистограмм и т.д., что дает возможность делать анализ по работе оборудования и водопроводных сетей, а на основании этого и прогноз работы оборудования и водопроводных сетей в тех или иных ситуациях.

Информация с компьютера диспетчера может передаваться на другие компьютеры : главного инженера, мастеров водопроводного участка, ВЗУ и т.д.
В программном обеспечении предусмотрен так же расчет технико-экономических показателей работы объектов (учет расхода воды, электроэнергии и т.д.).

С вводом автоматической системы диспетчерского управления появилась возможность рационального водоснабжения г. Красногорска. Имеется и немалый экономический эффект. За счет рациональной работы глубинных насосов на ВЗУ-1-3 (ночью при малом потреблении воды резервуары быстро наполняются и глубинные насосы необходимо отключать, что раньше машинистами станции не делалось) в месяц экономия только эл.энергии составляет около 150000 кВт\час, что составляет 20% от потребляемой ранее эл.энергии. Экономия воды по этим станциям составляет 5%. Увеличилась и надежность работы благодаря более быстрой и адекватной реакции на нештатные и аварийные ситуации. Опыт монтажа, наладки, эксплуатации продукции фирмы ДЭП показал ее простоту и надежность в работе при невысоких по сравнению с другими системами ценах.

Таким образом, эксплуатация описанной энергосберегающей системы подтверждает ее потенциальную экономическую эффективность, когда сравнительно небольшие капиталовложения, не требующие большого срока реализации, могут сочетаться со значительным снижением текущих затрат.

Список литературы

1. – ↑ Уваров А.В. Информационно-измерительный и управляющий комплекс ДЕКОНТ для автоматизированных систем контроля, учета, и управления энергосбережением. Промышленные АСУ и контроллеры. 1999г. №№ 8-11.
2. – ↑ Уваров А.В., Информационно-измерительный и управляющий комплекс «DEP-система». Приборы и системы управления. 1998г. №-10.