Автоматизация технологических процессов на водоочистных сооружениях Нижневартовска

Статья опубликована в журнале "Водоснабжение и санитарная техника" №11 2002 г.

Д.Н. Трифонов, заместитель Главы администрации г.Нижневартовска, начальник Управления по эксплуатации жилищно-коммунального и городского хозяйства;

С.В. Понятов, директор МУП «Горводоканал», г. Нижневартовск;

Н.Н. Ольговская, начальник водоочистных сооружений №2 (МУП «Горводоканал», г. Нижневартовск)

Муниципальное унитарное предприятие <Горводоканал> при активном содействии Управления по эксплуатации жилищно-коммунального и городского хозяйства администрации г. Нижневартовска постоянно ведет работы по реконструкции сооружений, модернизации и замене технологического оборудования, совершенствованию и автоматизации технологических процессов водоподготовки и водоснабжения.

В настоящее время на водоочистных сооружениях ВОС-2 функционируют две очереди водоснабжения (производительностью 47 и 50 тыс.м?/сут) , ведется строительство 3-ей очереди.

Водоочистные сооружения ВОС-2 состоят из взаимосвязанных производственных участков:

  • двух камер переключения, предназначенных для перераспределения воды, поступающей от водозабора, по сооружениям первой и второй очереди водоснабжения;
  • реагентного участка, предназначенного для приготовления и дозирования растворов необходимых реагентов;
  • двух блоков фильтров-отстойников, содержащих по семь скорых безнапорных фильтров и по шесть горизонтальных отстойников со встроенными камерами хлопьеобразования каждый;
  • четырех резервуаров чистой воды;
  • двух насосных станций (НС-1 и НС-2), обеспечивающих подачу очищенной воды в город и на собственные нужды;
  • двух канализационно-насосных станций (КНС-1 и КНС-2), обеспечивающих накопление и перекачку промывной воды и промышленных сточных вод из резервуаров-усреднителей;
  • двух хлораторных с расходными складами хлора емкостью до 8 и 50 тонн.

Работы по комплексной автоматизации технологических процессов и оборудования водоочистных сооружений ВОС-2 проводятся на основе использования современных технических и программных средств сбора и обработки информации. Комплексная автоматизация заключается в последовательном создании локальных систем управления отдельными звеньями производства, что позволяет решать задачи автоматизации поэтапно, оптимизируя финансовые и временные затраты. Далее происходит объединение локальных систем в единую автоматизированную систему управления технологическими процессами объекта и включение ее в состав автоматизированной системы управления предприятием.

Основные требования к системам автоматизированного контроля и управления:

  • автономность функционирования в пределах производственного участка;
  • высокая надежность за счет использования только современных технических средств и программного обеспечения;
  • открытость, т.е. возможность развития и расширения функций, интеграции дополнительно создаваемых систем в состав АСУ ТП объекта;
  • удобство работы персонала за счет наличия интуитивно понятного пользователю интерфейса.

Рассмотрим краткие характеристики функционирующих на водоочистных сооружениях ВОС-2 систем автоматизации приводятся в хронологическом порядке их создания.

Система автоматизированного контроля технологических параметров водоснабжения

В соответствии с согласованными требованиями технического задания была спроектирована, изготовлена, смонтирована и сдана в эксплуатацию в 1997 году автоматизированная система контроля технологических параметров объекта ВОС-2 - АСК-52.001. Система предназначена для автоматизированного контроля основных параметров технологического процесса приготовления питьевой воды и учета количества принятой на обработку и отпущенной потребителям воды на ВОС-2 при помощи устройств контроля параметров, а также для автоматизированного контроля и управления технологическими процессами на производственных участках при помощи соответствующих локальных систем управления.

Структура автоматизированной системы контроля АСК-52.001 приведена на рис.1.

Рис. 1. Структурная схема АСК-52.001

Такая структура системы контроля и управления позволяет создавать дополнительные автоматизированные рабочие места (АРМ) на верхнем уровне и подключать локальные системы управления отдельными производственными участками по мере их реализации на нижнем уровне.

Ядром системы контроля и управления является сервер сбора и хранения данных.

Функции сервера:

  • прием измеренных значений параметров технологического процесса и их хранение;
  • контроль состояния технологического оборудования;
  • контроль состояния технических средств системы;
  • выдача звуковых сигналов для привлечения внимания эксплуатирующего персонала к отображаемой информации в случае возникновения нештатных или аварийных ситуаций;
  • обмен информацией с верхним уровнем системы (АРМ дежурных операторов и специалистов);
  • обмен информацией с локальными системами управления нижнего уровня;
  • отображение информации и обеспечение диалога с эксплуатирующим персоналом;
  • настройка параметров измерительных каналов системы и граничных значений параметров технологического процесса;
  • дублирование функций АРМ при его неисправности.

Функции АРМ:

  • запрос информации от устройств контроля параметров и от локальных систем управления о контролируемых технологических параметрах и текущем состоянии технических средств системы и передача команд управления локальным системам нижнего уровня;
  • обработка собранной информации;
  • накопление и хранение информации о действиях дежурного персонала;
  • отображение информации на мнемосхемах контролируемого технологического процесса в виде численных значений, динамических графических образов, текстовых сообщений и графиков;
  • формирование, отображение и печать по запросу персонала отчетных документов (сводок) о контролируемых технологических параметрах.

На мониторе АРМ, на общем технологическом экране ВОС-2, отображаются состояния основного оборудования и значения основных технологических параметров по производственным участкам ВОС-2 . Для получения более подробной информации о текущих параметрах технологического процесса и выдачи команд управления устройствами и оборудованием любого участка можно перейти на экраны производственных участков: КНС-1 и КНС-2, НС-1 и НС-2, резервуары чистой воды и т.д.

С АРМ оператора возможны как контроль (наблюдение, анализ), так и управление технологическими процессами водоподготовки и водоснабжения, а с АРМ специалистов - только контроль.

Система аварийной сигнализации и оповещения об авариях с хлором

ВОС-2 имеют в своем составе две хлораторные с расходными складами жидкого хлора. В Нижневартовске, как и во многих других северных городах, очень высокая плотность застройки, сооружения ВОС-2 расположены буквально рядом с жилой зоной, поэтому последствия аварии с выбросом хлора могут быть весьма тяжелыми. С учетом изложенного было решено создать локальную автоматизированную систему сигнализации и оповещения о возможных аварийных ситуациях в хлорном хозяйстве АССО-31.002, в 1998 г. она была сдана в эксплуатацию.

АССО-31.002 имеет двухуровневую структуру. В каждой хлораторной размещены системы аварийной сигнализации (нижний уровень), обеспечивающие непрерывный контроль концентрации хлора в местах его хранения, использования, а также в зоне наружного контура по периметру хлораторной. При утечке хлора срабатывают световой и звуковой сигналы тревоги в месте аварии и в помещении дежурного персонала с автоматическим включением исполнительных устройств локализации и устранения аварии (аварийная вентиляция, система дегазации, водяная завеса и т.д.).

Информация о контролируемых параметрах хлораторной передается от системы сигнализации по каналу связи в систему оповещения . На основе полученной от системы сигнализации информации о концентрации хлора в воздухе и полученных от автоматической метеостанции метеоданных на момент аварии промышленный компьютер системы оповещения рассчитывает прогноз химической аварии. Расчет проводится в соответствии с Методикой прогнозирования масштабов заражения ядовитыми сильнодействующими веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте. Данные прогноза отображаются в графическом виде на экране монитора системы оповещения в привязке к планам ВОС-2 и города Нижневартовска. На основании этого определяется перечень объектов, попадающих в зону возможного химического заражения, и автоматически формируется текст сообщения для речевого оповещения персонала объекта и служб города, привлекаемых к ликвидации аварии.

Команда на запуск внутриобъектового оповещения и автодозвон в соответствующие службы города может быть введена дежурным оператором ВОС-2 вручную или системой оповещения в автоматическом режиме. При этом используются установленные на объекте сирены, громкоговорящая связь, а также телефоны абонентов городской АТС. Для сопряжения с территориальной системой оповещения предусмотрена передача цифровой информации по радио- и телефонным каналам.

Локальные системы управления производственными участками

Одновременно с системой АСК-52.001 были разработаны, изготовлены и введены в эксплуатацию локальные системы управления КНС-1 и КНС-2, предназначенные для контроля и управления технологическим процессом накопления и перекачки промывной воды и промышленных стоков из резервуаров-усреднителей КНС водоочистных сооружений.

В 1999-2001 г.г. на МУП <Горводоканал> созданы и введены в эксплуатацию локальные системы дозирования химических реагентов, управления насосными станциями НС-1 и НС-2, камерами переключения.

Система дозирования химических реагентов предназначена для непрерывного пропорционального дозирования химических реагентов в технологическом процессе водоподготовки. В настоящее время для каждой действующей очереди водоподготовки осуществляется дозирование растворов сернокислого алюминия, полиакриламида, соды и аммиака. Постоянно функционируют восемь каналов дозирования, при этом другие восемь каналов, находящиеся в резерве, в любой момент готовы подключиться в работу, обеспечивая тем самым высокую надежность системы дозирования. Внешний вид помещения дозирования с размещенными в нем техническими средствами для дозирования коагулянта и полиакриламида показан на рис. 2.

Рис. 2. Технические средства системы дозирования химических реагентов

Система управления насосными станциями предназначена для автоматического контроля технологических параметров и текущего состояния оборудования, автоматического или ручного дистанционного управления оборудованием насосных станций с целью поддержания требуемых значений давления и расхода в городской сети водоснабжения.

Локальная система управления камерами переключения предназначена для непрерывного измерения расхода и давления воды, поступающей по четырем водоводам от поверхностного водозабора на р. Вах, и автоматического управления электрозадвижками камер переключения с целью перераспределения поступившей воды по сооружениям первой и второй очереди водоснабжения. По мере ввода в эксплуатацию указанных выше систем был сформирован технический облик и определен состав автоматизированного диспетчерского пункта ВОС-2.

Автоматизированный диспетчерский пункт (АДП) водоочистных сооружений предназначен для контроля основных технологических параметров и дистанционного управления технологическими процессами и оборудованием на производственных участках объекта ВОС-2. Щит управления АДП - это совокупность панелей управления, шкафов и систем входящих в состав АДП и расположенных в помещении диспетчерской. Внешний вид диспетчерского пункта ВОС-2 показан на рис. 3.

Рис. 3. Автоматизированный диспетчерский пункт ВОС-2

В центре щита управления АДП расположено табло коллективного пользования (1,5 х 2 м). Табло предназначено для отображения значений основных технологических параметров ВОС-2 и состояния локальных систем управления технологическими процессами на объекте.

Все работы по созданию <под ключ> (проектирование, изготовление, монтаж, пусконаладка, ввод в эксплуатацию, гарантийное и послегарантийное обслуживание) упомянутых в настоящей статье систем автоматизации выполнены предприятием ООО <Специализированное предприятие Гражданская защита> (г.Миасс, Челябинская обл.). Системы созданы на основе технических средств повышенной надежности фирм "Octagon Systems", "Advantech", "Artesyn", "Automation Direct", что обеспечивает безотказную работу систем в течение 10-15 лет. Для надежности АСУ ТП ВОС-2 ее программное обеспечение реализовано на платформе сетевой многозадачной операционной системы QNX. Оборудование систем на производственных участках ВОС-2 размещено в шкафах фирмы "Schroff" со степенью защиты IP65 от механических и климатических воздействий.

С внедрением систем автоматизации на объекте ВОС-2 повысилась эффективность водоснабжения за счет полной и объективной информации о деятельности производственных участков, оперативного контроля и оптимального управления технологическими процессами подготовки воды и подачи ее в город, повышения безопасности производства и улучшения экологической обстановки, снижение трудоемкости управления технологическими процессами, экономии химических реагентов, электроэнергии и потребляемой на собственные нужды воды.

В 2001 году администрацией г.Нижневартовска было принято решение о бюджетном финансировании работ по реконструкции насосных станций НС-1 и НС-2 (третья очередь) на ВОС-2 и проведен конкурс на поставку частотных преобразователей. Работы по монтажу, пусконаладке и вводу в эксплуатацию частотных преобразователей SIMOVERT MASTER DRIVES в составе действующей системы управления насосными станциями будут выполнены в 2002 г. Это позволит минимизировать затраты электроэнергии на поддержание требуемых значений давления и расхода при подаче воды в город , обеспечение оптимальных режимов работы насосных агрегатов.

В 2001 году на МУП <Горводоканал> при поддержке Управления по эксплуатации жилищно-коммунального и городского хозяйства администрации г.Нижневартовска создана и введена в эксплуатацию производственно-технологическая система транкинговой радиотелефонной связи. Четырехканальная структура системы является полностью резервированной и обеспечивает абонентов бесперебойной связью даже при выходе из строя отдельных компонентов. Наличие транкинговой системы повышает оперативность и надежность связи диспетчерских служб предприятия, создает реальные условия для эффективного объединения АСУ ТП, уже созданных и создаваемых на объектах МУП <Горводоканал> (ВОС-2, КОС, речной водозабор и др.), в единую автоматизированную систему управления предприятием.