Кейс: автоматизация канализационных насосных станций. Возможности системы Элдис

По закону, ливневые, дренажные, бытовые и промышленные сточные воды запрещено направлять непосредственно на рельеф или в водоемы. Предварительно они должны пройти через очистные сооружения. Только после полного цикла очистки и обеззараживания воды можно сбрасывать в окружающую среду.

Назначение канализационных насосных станций (КНС) заключается в сборе и последующей перекачке сточных вод на очистные сооружения, когда их самотечное отведение невозможно. С помощью КНС осушают отдельные участки дорог, промышленные площадки и другие объекты.

Устройство канализационных насосных станций

КНС представляет собой большой резервуар, углубленный под землю. Он разделен на два герметичных, изолированных друг от друга сектора. Первый сектор — приемный резервуар, куда непосредственно попадают и где накапливаются сточные воды. Второй сектор — машинное отделение: здесь находятся откачивающие насосы с задвижками, обратными клапанами, затворами. Для удобства машинное отделение КНС может быть вынесено в наземное сооружение.

После того, как сточные воды попали в первичную канализационную систему (осушительные канавы вдоль дорог, решетки на обочине и др.), под естественным уклоном они стекают в приемные коллекторы КНС, а оттуда — в резервуар канализационной станции. Как только вода достигает определенного уровня, включаются насосы и перекачивают воду на очистные сооружения.

Автоматизация насосных станций подразумевает контроль уровня воды в приемном резервуаре и его своевременное опорожнение. Внедрение автоматизации позволяет организовать работу КНС без участия или с минимальным участием человека.

Проект по автоматизации КНС

Заказчик в лице руководства муниципального предприятия Ярославского муниципального района «ТЕПЛОРЕСУРС» обратился с просьбой внедрить автоматизированное управление канализационной насосной станцией в поселке Ивняки. КНС старой постройки требовала модернизации и упрощения контроля за уровнем воды в приемном резервуаре.

С какими проблемами столкнулся заказчик

КНС в виде цилиндрического резервуара диаметром около 25 метров углублена под землю на 15 метров. В машинном отделении установлены два откачивающих насоса и пускорегулирующие устройства. Внутрь КНС ведет неудобная лестница, которая сильно обветшала. Из-за отсутствия автоматизации слесарю приходилось несколько раз в день спускаться вниз, чтобы визуально оценить уровень воды.

Если уровень опускался до предельного значения, следовало быстро подняться и перейти во второй сектор резервуара, чтобы остановить насос. Спустя некоторое время снова спуститься, проверить уровень воды и, если он поднялся, пойти и запустить насос.

На ночь и в нерабочие дни шлюзы закрывались вручную, чтобы сточные воды не шли в приемный коллектор, потому что перелив никак не контролировался. Только в случае переполнения канав со сточной водой становилось понятно, что нужно открывать шлюзы и включать насос.

Такой принцип работы неэффективен и слишком утомителен для обслуживающего персонала.

Какие задачи нужно было решить

Требования к канализационным насосным станциям допускают вынесение машинного отделения в наземное сооружения для исключения риска затопления. Поэтому, чтобы упростить работу персонала, заказчик поставил следующие задачи:

• модернизировать устройство канализационной насосной станции без замены насосного оборудования;
• автоматизировать управление канализационной насосной станцией;
• создать систему диспетчеризации для контроля работы КНС.

Этапы реализации проекта

Работу разделили на четыре этапа:

1. Переоборудование машинного отделения.
2. Настройка измерения уровня сточных вод.
3. Настройка пускорегулирующей и коммутационной аппаратуры откачивающих насосов.
4. Организация системы диспетчеризации с помощью инструментов Элдис.

На первом этапе все оборудование из машинного отделения перенесли в наземное здание, расположенное над приемным резервуаром КНС.

Далее для измерения уровня сточных вод был установлен промышленный ультразвуковой бесконтактный уровнемер МПУ-УР01.005 производства «Мераприбор» с аналоговым выходом 4,20 мА. В качестве вторичного прибора использован ТРМ202 производства «Овен». Посредством поплавковых выключателей и релейной логики выполнена защита от «сухого хода» и «перелива».

Вся информация об уровне сточных вод, состоянии насоса и поплавковых датчиках передается в АИИС Элдис с помощью GPRS-модема EL-3101.

Буквами LE обозначен измеритель уровня воды, который преобразует значение в электрический сигнал. Этот сигнал воспринимает вторичный прибор, и в соответствии с измеренным уровнем воды запускает или останавливает насос по уставке «задание ± гистерезис Δ».

На КНС Ивняки уставка составляет 1,5 метра и гистерезис 1,1 метра. То есть при повышении уровня воды выше 2,6 метров ТРМ202 подает команду на включение насоса. Насос запускается прямым пуском, но безударно — за счет давления столба жидкости на входе насоса и безнапорного трубопровода большого сечения на выходе. При понижении уровня воды ниже 0,4 метра ТРМ202 останавливает насос.

В случае отказа любого элемента в данной схеме поддержание уровня вод становится задачей поплавковых выключателей. Несмотря на то, что они предназначены для обеспечения защиты («сухой ход» и «перелив»), на время ремонта основного оборудования они вполне способны обеспечить резервный режим работы.

Алгоритм такой: при повышении уровня воды до высоты срабатывания поплавка «перелив» включится насос (причем независимо от показаний ТРМ202), и будет работать до срабатывания поплавка «сухой ход». Затем насос остановится, и в дальнейшем цикл будет повторяться.

Диспетчеризация канализационной насосной станции предполагает передачу данных о работе оборудования в АИИС Элдис. Прибор ТРМ202 работает через интерфейс RS485 и направляет в систему информацию об измеренном уровне воды и состоянии выходного ключа, то есть о работе насоса. Поплавковые выключатели заведены на дискретные входы модема.

Дополнительно на мнемосхеме отображаются:

• График уровня воды в виде зубчатой кривой. Это его нормальный вид, так как регулятор работает по двухпозиционному закону регулирования: включено/выключено. Как только уровень воды доходит до значения «уставка + Δ», насос включается, график идет вниз. Уровень упал до значения «уставка - Δ» — насос выключается, график идет вверх. Во время сильных осадков или при неконтролируемом сбросе воды, например, при каком-либо порыве, зубья кривой графика идут чаще. Это можно отследить визуально.
• Виджет погоды — позволяет видеть количество осадков и сопоставлять с работой насоса.
• Аналоговый индикатор уровня сточных вод. Зеленым выделен сектор работы насоса, стрелка должна находиться в этой зоне. Если насос не срабатывает в ту или иную сторону, стрелка попадает в «красную зону» — это показатель нештатной ситуации.
• Аналоговый индикатор в виде термометра — столб жидкости показывает, на каком уровне в данный момент находятся сточные воды в приемном резервуаре КНС.

Достигнутые результаты и возможности на перспективу

Все поставленные заказчиком задачи были решены. Автоматизированное управление КНС и диспетчеризация максимально упростили обслуживание станции. Обслуживающему персоналу больше не нужно спускаться под землю, чтобы мониторить уровень сточных вод и в ручном режиме запускать и отключать насосы. Достаточно отслеживать рабочий режим КНС в системе диспетчеризации и вовремя реагировать на сбои в работе.

В будущем по желанию заказчика можно будет внедрить другие инструменты управления, которые предлагает система Элдис:

• настройка уведомлений о сработке дискретных индикаторов: включение/выключение насоса, «сухой ход», «перелив»;
• поочередное включение насосов для их равномерного износа (сейчас это регулируется вручную);
• автоматизация шлюзов на входном коллекторе с помощью электроприводов с заведением устройств на мнемосхему Элдис для контроля. Сейчас, как уже отмечалось выше, эти шлюзы при необходимости слесарь закрывает вручную.

В кейсе описано внедрение довольно простой системы автоматизации и диспетчеризации КНС, но этот пример наглядно демонстрирует удобство использования инструментов АИИС Элдис.

Платформа Элдис помогает настроить удаленное получение достоверных данных со всех распространенных в РФ контроллеров, датчиков и регуляторов. Благодаря этому на базе Элдис можно построить систему диспетчеризации канализационной насосной станции любого уровня сложности.