Автоматизация водоснабжения


Важную роль в обеспечении работы каждого предприятия, организации или населенного пункта играют объекты коммунального хозяйства.
Одна из основных функций объектов ЖКХ – обеспечение водой. В системе водоснабжения первыми в технологической цепочке стоят водонасосные станции (ВНС).

ВНС по функциям делятся на станции 1-го и 2-го подъема, повысительные и циркуляционные. Водопроводные насосные станции первого подъема предназначены для подачи воды от источника до очистительного сооружения или сразу же в водопроводную сеть, в башню или емкость. Системы второго подъема используются для подачи воды от резервуаров или очистительных конструкций в водонапорную башню или прямо в водопровод населенного пункта под давлением. Чтобы при подаче воды в системе водопровода постоянно держалась одно и то же давление, дополнительно устанавливают повысительные системы. Часто системы совмещают функции станций 1-го и 2-го подъема.

Сколько стоит 1 кубометр воды до применения автоматики на объекте, и какие затраты будут после ее внедрения.

В стоимость каждого кубометра воды, направленного в питающую сеть, входят множество расходных статей, но, не вдаваясь глубоко в сложные экономические расчеты, основные показатели по расходу средств на подъем и доставку 1 кубометра воды до потребителя можно свести к следующим показателям:

Автоматизация ВНС

Стоит напомнить, что обязанностей у персонала, обслуживающего водонасосные станции не так уж и много. Перечислим основные:

  • Контроль работы глубинных насосов, их включение и выключение с целью поддержания рабочего уровня воды в накопительной емкости.
  • Контроль сетевых насосов, переключение режимов работы с целью поддержания рабочего давления в питающей сети. Как правило в течение суток режимы работы меняются несколько раз. Это зависит от объемов потребления воды – ночью он минимальный, утром и вечером – максимальный. Но отрегулировать давление в сети простым переключением сложно, даже если есть несколько сетевых насосов различной производительности. Более точную регулировку приходится производить открытием и закрытием заслонки в питающую сеть, что негативно сказывается на работе оборудования. Причем такие регулировки не могут быть частыми – это человеческий фактор в работе ВНС. Точность и своевременность регулировки давления  зависят от человека, что конечно, приводит и к перепадам давления в сети и ускоренному износу сетевого оборудования.
  • Обслуживающий персонал ВНС следит так же за общим состоянием оборудования, отсутствием протечек, охраняет объект и сообщает об аварийных ситуациях.

Необходимо учитывать, что для обеспечения работы водонасосных станций в круглосуточном режиме требуется специальное помещение для персонала с приемлемыми условиями по температуре, освещению и т.д.

Сейчас стало возможным все функции, которые выполняет человек на водонасосной станции, возложить на автоматику. При этом автоматические устройства будут контролировать параметры работы ВНС более точно, без претензий на усталость, необходимость повышения зарплаты, обеспечения приемлемых условий труда и т.д.
После внедрения автоматических систем расходы на кубометр воды в значительной степени изменяется.

Внедрение автоматики ведет к следующим изменениям:

  • Общепроизводственные расходы возрастают с 11 до 15 % за счет закупки и обслуживания на объекте нового оборудования.
  • Расходы на ресурсы (электричество, отопление и т.д.) уменьшаются на 4%.
  • Значительно сокращаются расходы на ремонт – с 25 до 10 %.
  • Расходы на эксплуатацию объекта сокращаются с 50 до 20 %.
  • Стоимость одного кубометра воды по отношению к периоду до внедрения автоматики снизилась на 45 %.

Кроме того, посредством внедрения нового оборудования достигается и эксплуатационный эффект.

На одном из автоматизированных компанией «Монтаж автоматики» объектов он был выражен следующим образом:

  • До автоматизации насосы поддерживали завышенное давление 5 атмосфер. После модернизации система водоочистки автоматически поддерживает оптимальное давление 4 атмосферы. Это позволило снизить потребление тока на 15 %.
  • За счет плавного пуска исключены броски тока, перегружавшие систему электроснабжения.
  • Снизилась средняя частота вращения насосного агрегата, что позволило повысить ресурс насоса и двигателя в 1,5 раза и исключить резонансные эффекты конструкции.
  • Уменьшилась гидравлическая нагрузка на трубопровод на 20 % и полностью исключены гидроудары, вызывавшие ранее частые порывы.
  • За счет снижения давления до оптимального,  обеспечился меньший расход воды на 15 %.
  • После модернизации система обеспечивает круглосуточную подачу воды, автоматически переходя в экономичный режим и расходуя минимум электроэнергии.
  • Обеспечены схемы резервирования системы и индикация режимов работы, возможность ручного управления.
  • Трудоемкость работ по обслуживанию системы сведена к минимуму.

Окупаемость средств на автоматизацию не превышает 6 месяцев.

Доказательства этому приведены в таблице, подготовленной экономистами одного из предприятий,  обслуживающего водно-коммунальное хозяйство.

Автоматика водонасосных станций различается по функциональной сложности.

От простых шкафов управления глубинными насосами с контролем уровня емкости до сложных систем, состоящих из нескольких шкафов и позволяющих реализовывать весь спектр функций, необходимый для работы станции в полностью автономном режиме.

Наиболее полный перечень функций, необходимых для работы станции в автоматическом режиме может выглядеть так:

1.    Электропитание.
1.1.    Учет электроэнергии и передача данных по расходу на удаленный диспетчерский пункт.
1.2.    Автоматический ввод резервного питания.
1.3.    Наличие вводного распределительного устройства или главного распределительного щита.
1.4.    Наличие источников бесперебойного питания в щитах автоматики для обеспечения работы управляющих и охранных систем в случае пропадания напряжения в питающей сети.
1.5.    Защита оборудования от грозовых разрядов и импульсных скачков напряжения, вызванных переключениями на подстанциях.
1.6.    Защита внутренних цепей управления в щитах автоматики от высокочастотных помех.

2.    Управление глубинными, сетевыми, дренажными насосами.
2.1.    Включение и отключение насосов по заданному алгоритму.
2.2.    Защита электродвигателей насосов от пропадания фазы, неправильного чередования фаз, несимметричности фазных напряжений, перегрузки по току и напряжению, плавный запуск и остановка глубинных насосов при управлении через устройство плавного пуска или частотный преобразователь, защита от «сухого хода».
2.3.    Возможность подачи воды глубинным насосом непосредственно в сеть с контролем и регулировкой давления в сети частотным преобразователем.
2.4.    Учет и распределение расхода моторесурсов сетевых насосов.
2.5.    Автоматический ввод в работу резервного насоса.
2.6.    Автоматическое поддержание заданного значения давления в питающей сети и возможность его изменения с удаленного пункта.

3.    Контроль уровня воды в емкости ступенчато или аналоговым сигналом и передача данных об уровне воды (в т.ч. аварийном) на удаленный диспетчерский пункт.

4.    Контроль протечек. Автоматическое включение и выключение  дренажного насоса с передачей аварийного сигнала в случае выхода из строя элементов гидравлической системы.

5.    Управление освещением и температурой.
5.1.    Энергосберегающие функции  внутреннего и наружного освещения.
5.2.    Автоматическое поддержание температуры помещения в заданных параметрах, энергосберегающие функции.

6.    Оповещение о состоянии связи с объектом. Вывод на диспетчерский пульт данных о состоянии связи с объектом с определенным интервалом проверки.

7.    Диспетчеризация и дополнительные функции.
7.1.    Автоматическое оповещение диспетчера о несанкционированном доступе или пожаре.
7.2.    Управление доступом с удаленного диспетчерского пункта.
7.3.    Работа от независимого источника бесперебойного питания, отправка сообщений при отсутствии питания на объекте.
7.4.    Передача сигнала аварии и кода ошибки от насосов на удаленный диспетчерский пункт.
7.5.    Возможность удаленного управления насосами с удаленного диспетчерского пункта.
7.6.    Использование дополнительных источников энергии: солнечные батареи, ветряные генераторы, тепловые насосы, переход  к  полной энергонезависимости.
7.7.    Отправка СМС-сообщений на дополнительные номера в случае определенных пользователем аварийных ситуациях.
7.8.    Возможность удаленного редактирования алгоритмов и управляющих программ на оборудовании объекта.
7.9.    Архивирование учетных данных, данных о состоянии и работе оборудования объекта, аварийных сигналах и действиях обслуживающего персонала.
7.10.    Оповещение диспетчера о необходимости проведения плановых работ по техническому обслуживанию или по отклонению эксплуатационных характеристик оборудования.
7.11.    Ведение базы данных событий на объекте и параметров его работы,
визуализация различных данных системы за интервал времени.

Примеры исполнения и ориентировочная стоимость систем управления водонасосными станциями