Автоматизована система керування насосною станцією міської системи водопостачання

1. Автоматизована система керування насосною станцією міської системи водопостачання, що включає датчик тиску, регулятор тиску та блок комутації, яка відрізняється тим, що включає 3 Перевагою відомої системи є те, що в ній передбачені збір та обробка інформації про стан не тільки самої станції, але й району водопостачання, завдяки чому здійснюється координація подачі води відповідно до реальної, а не очікуваної потреби. Система забезпечує підтримку рівнів напору в споживчих установках, заданих самими споживачами, використовуючи як джерела вимірювальної інформації датчики кута повороту виконавчих органів вторинних контурів регулювання напору у споживачів. Недоліком відомої системи є її вузька вибірковість щодо типу споживачів. А саме - вона виправдовує себе, якщо справа стосується промислових споживачів., що використовують воду в технологічних потребах. Система може бути запроваджена тільки у споживачів, чиє технологічне устаткування обладнано локальною автоматикою регулювання водоспоживання, причому, певного конструктивного типу. Ця вимога обмежує коло можливого застосування системи, зокрема, вона не може використовуватися ефективно на насосних станціях міської системи водопостачання, що обслуговують переважно побутових споживачів. Управління водокористуванням цією категорією споживачів являє собою найбільші труднощі для диспетчерів водяних мереж. До неї фактично не застосовуються міри обмежувального характеру, та традиційно побутовим споживачам дозволяють споживати воду за вільним добовим графіком відповідно до їх потреб, що змінюються згідно з природним добовим циклом коливань побутової активності людей. Найбільш близьким по технічній суті запропонованому рішенню (найближчим аналогом) є пристрій для автоматичного регулювання роботи насосної станції за [Авторським Свідоцтвом СРСР №1028796А, опублікованим у 1983 році], який містить датчик тиску в напірному трубопроводі, задатчик тиску, обидва зв’язані з блоком порівняння, а також блок регулювання продуктивності насосної станції. Пристрій також містить таймер, блок комутації та блок примусового зменшення продуктивності насосної станції. Описаний пристрій передбачає примусове зменшення продуктивності насосної станції шляхом закриття засувок на одному із групи паралельно працюючих насосів з наступним відключенням цього насоса за умови, що закриття засувок не призвело до зниження тиску в напірному трубопроводі нижче припустимого рівня. Недолік відомого пристрою полягає в тому, що він працює по жорсткому часовому графіку, що задається таймером, ігноруючи при цьому реальні коливання споживчого попиту на воду в різні години доби. В тих випадках, коли примусове зниження продуктивності відбувається на фоні зниження потреби у воді, наприклад, ввечері, робота системи призводить до мінімізації числа включених насосів. Якщо ж пристрій ініціює спробу зниження продуктивності насосної станції в період інтенсивного розбору води споживачами, пристрій збуджує коливання тиску в зовнішній мережі, холосту роботу засувок, що приводить у результаті до підвищення їхнього зносу. Мінливість добової динаміки 26658 4 змінювання попиту на воду в комунальнопобутовому секторі (КПС), схильність її впливу сезонних факторів (факторів погоди) ускладнює налаштовування пристрою та знижує ефективність його роботи. Зазначені недоліки у результаті приводять до зносу обладнання насосної станції, надмірного енергоспоживання та неефективного забезпечення споживачів водою. Корисна модель, що пропонується, позбавлена вказаних вище недоліків. Задачею корисної моделі є створення системи управління насосної станції, яка дозволить: - значно знизити енергоспоживання за рахунок оптимального алгоритму управління крутним моментом електродвигуна насосного агрегату; - знизити пускові токи під час пуску та під час роботи електродвигунів насосного агрегату за рахунок плавного пуску та розгону насосного агрегату; - виключити виникнення гідравлічних ударів, стабілізувати та знизити тиск у системі водопостачання; - зменшити пориви та витоки води; - збільшити строк служби обладнання (гідроарматури та електроапаратури); - значно мінімізувати витрати на обслуговування насосної станції; - знизити ймовірність виникнення аварійних ситуацій; - підвищити виробничу безпеку. Поставлена задача досягається тим, що в систему управління насосною станцією міської системи водопостачання, яка містить датчик тиску, регулятор тиску та блок комутації, відповідно до корисної моделі, вводять шафу управління, яка містить перетворювач частоти для основного насосного агрегату, пристрій плавного пуску для резервного насосного агрегату, панель управління та схему управління, при цьому датчик тиску, здатний формувати уніфікований сигнал як сигнал зворотного зв’язку для прийняття схемою управління рішення про пуск або зупинення резервного насосного агрегату, розміщено на вихідному колекторі. Функціональне призначення сукупності відрізняльних ознак полягає в тому, що в автоматичному режимі роботи перетворювач частоти керує продуктивністю основного насосного агрегату, підтримуючи тиск води в вихідному колекторі. Сигналом зворотного зв’язку слугує уніфікований сигнал датчика тиску розташованого на вихідному колекторі, який поступає на перетворювач частоти. При досягненні максимальної продуктивності основного насосного агрегату (максимальна частота обертання робочого колеса насосного агрегату) перетворювач частоти видає сигнал на схему управління для виконання плавного пуску резервного насосного агрегату за допомогою пристрою плавного пуску. При цьому основний насосний агрегат продовжує підтримувати заданий тиск. При зниженні споживання води перетворювач частоти знижує продуктивність основного насосного агрегату. При досягненні мінімальної продуктивності основного насосного агрегату перетворювач частоти видає сигнал на схему управління, після чого вона за допомогою пристрою плавного пуску вико 5 нує плавну зупинку резервного насосного агрегату. Таким чином, даний алгоритм роботи дозволяє мінімізувати кількість стартозих-стопових включень резервного насосного агрегату та значно зменшити енергоспоживання всією системою. Доцільно при нестандартних умовах експлуатації або профілактичних роботах використовувати дану систему в режимі ручної роботи. При цьому основні технологічні параметри встановлюють вручну за допомогою панелі управління. Включення резервного насосного агрегату також виконується вручну за допомогою пристрою плавного пуску. Доцільно при виникненні аварійних ситуацій використовувати підключення насосного агрегату безпосередньо до електромережі. У таких випадках захист електродвигунів насосної станції здійснюється за допомогою автоматичних вимикачів та теплових реле. Перехід до аварійного режиму роботи системи може здійснюватися або автоматично, або вручну. Перелік фігур креслення Наведені нижче Фігури пояснюють конструктивні особливості системи управління насосною станцією міської системи водопостачання, що заявляється. Фіг.1 - загальна схема автоматизованої системи управління насосною станцією міської системи водопостачання; Фіг.2 - структурна схема управління насосною станцією міської системи водопостачання; Відомості, які підтверджують можливість здійснення корисної моделі Насосна станція 1 міської системи водопостачання включає два насосні агрегати 2, 3, на кожному з яких розміщені вхідні засувки 5 та вихідні засувки 4, резервуар води 5, вихідний колектор 6 з розміщеним у ньому датчиком тиску 7. Насосна станція є підключеною до резервуару води та спрямовує воду споживачам. Насосну станцію підключено до мережі електропостачання 10. Після автоматизації зазначеної насосної станції вона додатково включає шафу управління 9, до складу якої входить перетворювач частоти 11, пристрій плавного пуску 12, панель управління 13, схема управління 14. Перетворювач частоти 11 та пристрій плавного пуску 12 захищені за допомогою швидкодіючих запобіжників FU1 та FU2 (Фіг.2). Перетворювач частоти 11, пристрій плавного пуску 12 та схема управління 14 разом складають засоби управління насосними агрегатами 15. Система управління працює наступним чином. Перед запуском системи з панелі управління 13 обирають режим роботи (автоматичний, ручний або аварійний), основний насосний агрегат 2, який працює через перетворювач частоти 11, та резервний насосний агрегат 3, який працює через пристрій плавного пуску. Комутація усередині шафи управління 9 виконується за допомогою контакторів К2-К5. Задають необхідний тиск у залежності від рівня побутової активності населення, що мешкає в районі, який забезпечується водою тієї самої, а не, наприклад, суміжної станції. Оскільки, за поточним рівнем побутової активності можна судити про динаміку змінювання потреби населення у 26658 6 воді, та на основі цих висновків можна поліпшити якість управління продуктивністю насосної станції. Основним режимом роботи системи є автоматичний режим. В автоматичному режимі роботи перетворювач частоти 11 управляє продуктивністю основного насосного агрегату 2, підтримуючи тиск води в вихідному колекторі 6. Як сигнал зворотного зв’язку 8 використовують уніфікований сигнал (4-20мА) датчика тиску 7 встановленого на вихідному колекторі 6. Сигнал зворотного зв’язку подають на перетворювач частоти 11. При досягненні максимальної продуктивності основного насосного агрегату 2 (максимальна частота обертання робочого колеса насосного агрегату) перетворювач частоти 11 видає сигнал на схему управління 14. Через деякий проміжок часу, під час якого сигнал про максимальну продуктивність основного насосного агрегату 2 підтверджується, схема управління 14 через пристрій плавного пуску 12 виконує пуск резервного насосного агрегату 3. При цьому основний насосний агрегат 2, яким управляє перетворювач частоти 11, продовжує підтримувати заданий технологічний параметр тиск води у вихідному колекторі 6. При зниженні споживання води перетворювач частоти 11 знижує продуктивність основного насосного агрегату 2. При досягненні мінімальної продуктивності основного насосного агрегату 2 перетворювач частоти 11 видає сигнал на схему управління 14 та через деякий проміжок часу, під час якого сигнал про мінімальну продуктивність основного насосного агрегату 2 підтверджується, схема управління 14 через пристрій плавного пуску 12 виконує зупинку резервного насосного агрегату 3. При подальшому зниженні продуктивності основного насосного агрегату 2 та досягненні мінімального рівня схему управління 14 переводить перетворювач частоти 11 у режим засипання. Таким чином, даний алгоритм роботи автоматизованої системи дозволяє звести до мінімального кількість старт-стопових включень резервного насосного агрегату 3 та значно зменшити енергоспоживання всієї насосної станції. При роботі системи у ручному режимі, наприклад при виникненні нестандартних умов експлуатації, профілактичних роботах, усі дії виконує вручну оператор: з панелі управління 13 задає значення тиску у вихідному колекторі 6, включає та відключає резервний насосний агрегат 3. У цьому режимі включення резервного насосного агрегату 3 також виконується через пристрій плавного пуску 12, та зберігається захист електродвигунів насосних агрегатів. При виникненні аварійних ситуацій автоматизована система автоматично переводить насосну станцію в аварійний режим роботи та дозволяє підключити насосні агрегати безпосередньо до мережі енергопостачання, при цьому за допомогою автоматичних вимикачів АВ1, АВ2 та теплових реле (на Фіг.2 не зазначені) здійснюється захист електродвигунів насосних агрегатів. Таким чином, завдяки тому, що в запропонованій системі застосовують пристрій плавного пуску для резервного насосного агрегату, перетворювач частоти для управління роботою основного 7 26658 насосного агрегату, захист електродвигунів насосних агрегатів при будь-якому режимі роботи, досягається зазначений вище технічний результат, що Комп’ютерна верстка М. Ломалова 8 приводить до підвищення економічності роботи міської системи водопостачання. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601