Система автоматизации канализационных насосных станций

Введение.

Канализационные насосные станции предназначены для транспортировки фекальных и промливневых стоков от мест их образования до мест очистки или сброса. Конструктивно они могут быть очень разными и отличаться размерами, архитектурой, типом, рабочим напряжением и мощностью насосов.

Несмотря на это общий принцип их функционирования достаточно прост: стоки накапливаются в приемном бассейне и в зависимости от уровня стоков включаются насосы станции. Очевидно, что неисправности оборудования не приводят к прекращению накопления стоков, отсюда возникает требования к надежности электропитания и работы автоматики насосных станций.

Электропитание.

Как правило, электропитание КНС осуществляется от двух независимых вводов. Вводы объединяются автоматом включения резерва (АВР) или насосы распределяются между вводами. Замена АВР на ручной выключатель делает бессмысленной автоматизацию КНС. Резервное электропитание может обеспечиваться стационарным или мобильным дизель-генератором. Переход на резервную линию электропитания происходит при пропадании одной из фаз питающей сети или если величина питающего напряжения не обеспечивает нормальной работы насосов. Электроснабжение КНС должно быть надежным, чтобы обеспечить надежную работу автоматики и следовательно всей станции в целом.

Фекальные насосы.

Насос снабжен трехфазным электродвигателем и набором защит. Особенностью эксплуатации фекальных насосов являются большие пусковые токи, превышающие номинальный в 6-7 раз.


Для нормальной эксплуатации необходимо обеспечить электрические защиты по питанию:

• Контроль наличия и величины трехфазного питания.

• Максимальная токовая защита.

Шкаф управления должен обслуживать встроенные защиты насоса:

• Контроль заземления.

• Контроль температуры статора (термисторы или термореле).

• Вода в корпусе статора.

• Вода в масляной рубашке статора.

По срабатыванию защит должно происходить безусловное отключение насоса, не связанное с работой контроллера. К защитам можно отнести сигнал с датчика сигнализатора Lmin, как сигнал наличия среды и по нему тоже должно происходить безусловное отключение насоса, не связанное с работой контроллера.

Срабатывание каждой из защит может фиксироваться и отображаться отдельно или в виде общего сигнала.

Автоматика.

Автоматическая работа КНС во многом определяется технологией перекачки стоков и, если мы рассматриваем классический случай – работа с накоплением стоков, то возможности автоматизации станции определяются типом первичных датчиков – измерителей и сигнализаторов уровня. Датчик – измеритель это электромеханический или электронный прибор, выходная электрическая величина на выходе которого (ток или напряжение) пропорциональна неэлектрической величине на его входе (в нашем случае это уровень в приямке). В этом случае возможно использование электронного устройства для управления насосами КНС.

В общем случае электронное устройство должно обладать следующими функциями:

• Иметь электрически совместимые с датчиком – измерителем входные цепи.

• Иметь возможность хранить значения уровней включения и выключения насосов (уставки).

• Иметь электрически совместимые с исполнительными механизмами выходные цепи.

Кроме этих функций устройство должно обладать пользовательским интерфейсом, на поддержку которого требуется гораздо больше ресурсов, нежели на поддержку собственно функций станции.

Задачи пользовательского интерфейса:

• Обеспечить ввод уставок для всех насосов.

• Обеспечить индикацию текущего уровня.

• Обеспечить индикацию состояния насосов.

• Поддерживать дополнительные функции контроллера

Дополнительные функции контроллера повышают его эксплуатационные характеристики и облегчают действия персонала и анализ работы станции. К их числу можно отнести:

• Часы реального времени

• Журнал фиксации действий персонала

• Журнал фиксации работы станции

• Ротация насосов в заданное время

• Учет времени работы насосов

• Вычисление объема перекачанных стоков

• Контроль работы приборов, лишенных своего пользовательского интерфейса

• Первичный анализ аварийных ситуаций

Дополнительных функций контроллера может быть очень много, и они во многом определяют его рыночную стоимость, но не являются обязательными.

В контроллер вводятся значения уровней включения и выключения каждого из насосов и в зависимости от показаний датчика – измерителя происходит управления работой станции. Это автоматический режим.

Ручной режим предназначен для проверочного включения-выключения насосов и управления насосами в аварийных ситуациях с участием оператора.

Наличие контролера не исключает необходимость установки элементов электрической коммутации для насосов. Это приводит к возможности реализации режима, независимого от работы и состояния контроллера – ручной режим.

Ручной режим выбирается ключом на панели управления для каждого насоса и позволяет оператору включать и выключать выбранный насос. В ручном режиме работа насоса ограничена только действием электрических защит.

Органы управления.

Набор электрокоммутационных элементов и органов управления собирается в шкаф управления насосом (станцию). Органы управления и индикации расположены на лицевой панели шкафа.

Органы управления:

1. Переключатель режимов работы «ручной – автоматический»

2. Кнопки управления насосом «включить – выключить»

Органы индикации:

1. Индикатор достижения минимального уровня « Lmin »

2. Индикатор достижения максимального уровня « Lmax »

3. Индикатор готовности насоса к включению « Готов к работе »

4. Индикатор включения насоса « Насос включен »

5. ЖКИ индикатор

Эти индикаторы и органы управления находятся на лицевой панели шкафа и они полностью обеспечивают управление станцией оперативным персоналом.

Индикатор готовности насоса к включению « Готов к работе » является индикатором того, что все условия включения насоса выполняются, и не одна из защит не сработала. Индикатор светится всегда, если выполняются все условия и исправен сам индикатор.

Индикатор включения насоса « Насос включен » является индикатором того, что насос включен и светится при включенном насосе.

Индикатор достижения максимального уровня « Lmax » является индикатором того, что уровень в приемном приямке достиг или превышает установленную датчиком величину. Если уровень в приямке стал меньше заданного « Lmax », то индикатор гаснет.

Индикатор достижения минимального уровня « Lmin » является индикатором того, что уровень в приемном приямке достиг или стал меньше установленной датчиком величины. Если уровень в приямке стал больше заданного « Lmin », то индикатор гаснет.

Переключатель режимов работы «ручной – автоматический» устанавливает режим работы для каждого насоса.

Ручной режим позволяет оператору включить насос с панели управления и произвести откачку приемного приямка полностью, то есть ниже границы установленной датчиком – сигнализатором « Lmin ».

Кнопки управления насосом «включить – выключить» оператору включить или выключить находящийся в ручном режиме насос.

Автоматический режим заключается в управлении выбранным насосом контроллером в зависимости от показаний датчика – измерителя уровня и в соответствии с уставками, заложенными в контроллере. Только в этом режиме реализуются все функции, которые позволяют оптимизировать работу станции.

Все параметры и неисправности отображаются на ЖКИ индикаторе в виде надписей, что значительно упрощает контроль процесса и выявление аварийных ситуаций.

Система автоматики КНС.

Для автоматизации КНС используется контроллер MK(L). Автоматика станции и исполнительные устройства электрической коммутации конструктивно собираются в одном или нескольких шкафах, в зависимости от требований заказчика и мощности насосов.

Специализированный контроллер MK(L).

Контроллеры семейства MK(L), предназначенные для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивают выполнения следующих функций:

• аналоговый ввод-вывод,

• дискретный ввод-вывод,

• первичное преобразование информации,

• прием и выполнение команд от удаленной вычислительной системы и передача в ее адрес преобразованных данных о измеряемых параметрах и состоянии контролируемого оборудования с использованием последовательных интерфейсов типа - RS-232. RS-485.

Этот набор обеспечивает подключение оборудования типичного для систем автоматизации различных производств. Обобщение условий эксплуатации определило конструктив контроллера и способы подключения первичных датчиков и исполнительных механизмов.

В состав программного обеспечения контроллера включен специализированный набор алгоритмов, реализованных в виде подпрограмм микропроцессора, который позволяет выполнять локальные задачи по: защите управляемого электрооборудования, контролю состояния электропитания потребителя, локальному управлению и регулированию, и т.д.

2. Входы сигнализации.

Источником информации для входов телесигнализации служат сухие контакты реле или переключателей управления. На эти же входы подается информация от измерительных приборов с частотным или импульсным выходом.

3. Входы измерения.

Источником информации для входов телеизмерения служат аналоговые сигналы от измерительных приборов с аналоговым выходом 4-20 мА, 0-5 мА, 0-10 В и тд. Со входов телеизмерения информация поступает на 10-разрядный аналого–цифровой преобразователь. После преобразования и нормализации, данные измерения передаются в удаленную вычислительную систему по каналам связи.

Особенностью контроллера МК (L) является вычисление вторичных параметров на базе принятых измерений и формирование управляющих воздействий по имеющейся в энергонезависимой памяти информации (например – предельные отклонения тока потребления управляемым агрегатом, или отключение агрегатов по достижению определенного значения от измерительного датчика).

Все входы телеизмерения имеют систему грозозащиты и защиты от перенапряжений.

4. Выходы управления.

Выходы телеуправления делятся на две группы – дискретные, организованные исполнительными контактами реле и аналоговые, организованные источниками тока цифро – аналогового преобразователя. В свою очередь они являются источниками сигнала для дискретных или регулирующих исполнительных механизмов и устройств.

5. Система электропитания.

Электропитания контроллера МК (L) осуществляется от переменного напряжения 220V. Внутренний блок питания вырабатывает постоянные напряжения

Для питания контроллера и средств связи

Для питания измерительных датчиков (каждый из 4-х выходов питания датчиков оборудован схемой ограничения тока)

Блок питания имеет систему грозозащиты и защиты от перенапряжений. Такая система электропитания обеспечивает высокую живучесть контроллера и гарантирует надежное электропитание подключенных приборов.

Шкаф автоматики.

Шкаф автоматики предназначен для защиты установленных в нем элементов от вредного влияния окружающий среды и защиты персонала от прикосновения к токоведущим линиям. В шкафу автоматики установлен специализированный контроллер для КНС, средства связи, блок питания для датчика - измерителя уровня и клеммный ряд для подключения общих датчиков станции – охранной сигнализации, давления и т.д. В шкафу автоматики при необходимости реализуется автомат включения резерва (АВР) оперативного питания и может быть установлен блок бесперебойного питания для контроллера.

Каждая станция обладает набором не связанных с работой насосов параметров – это:

Охранная сигнализация

Затопление машинного зала (для КНС с сухими насосами)

Температура на станции

По этим параметрам от диспетчера могут потребоваться действия, предписываемые ему должностными инструкциями, а сигнал «Затопление машинного зала» может вызывать снятие напряжения с агрегатов станции, если это оговорено требованиями Заказчика.

Основные параметры работы КНС.

Основные параметры КНС определяются двумя группами: текущие параметры станции и накопленные параметры.

Текущие параметры станции определяют мгновенное состояние станции и к ним относятся:

1. Напряжение питания

2. Рабочие токи насосов

Давление в выпускном коллекторе

1. Поток в выпускном коллекторе

2. Уровень в приемном приямке

Накопленные параметры:

1. Объем перекаченных стоков за период

2. Время работы каждого насоса за период

По материалам сайта: http://esco-ecosys.narod.ru