АСУ очистных сооружений - автоматическое управление технологическим процессом очистки сточных вод

Технология очистки стоков, применяемая в биологических очистных сооружениях под маркой «Агростройсервис» является относительно несложным и надёжным процессом при условии неукоснительного выполнения всех его этапов. В АСУ очистных сооружений — автоматизированных системах управления оборудованием — человеческий фактор всё ещё является определяющим в безотказной работе всего технологического комплекса. Поэтому наши проектировщики и инженеры постоянно работают над той частью оборудования, которая «предоставляет» информацию обслуживающему персоналу, ведь в зависимости от качества восприятия этой информации предпринимается то или иное дальнейшее действие. Требований к такому оборудованию несколько: полнота и объективность отображаемых параметров, визуализация технологического процесса очистки сточных вод, безотказность и конкурентоспособная стоимость.

Подробнее о биологических очистных сооружениях 

Применяемые системы автоматизации очистных сооружений

До последнего времени типовым решением «устройств предоставления информации» оператору в наших проектах являлось применение шкафов управления и сигнализации, состоящих, как правило, из двух частей: щита с коммутационным оборудованием (реле и контакторы), устанавливаемого вблизи оборудования в производственном здании, и непосредственно щита сигнализации (ЩС), устанавливаемого на рабочем месте оператора очистных сооружений.

На такой ЩС сводилась вся информация о работе насосов, состояния различных датчиков, задвижек и аварийная сигнализация, извещающая о нештатных ситуациях оборудования очистки сточных вод. Число контролируемых устройств может быть до 40. О компактности шкафов при этом говорить не приходится — размер щита на рисунке 1 — 1200*800 мм. Надёжность такого изделия невысокая, так как, несмотря на безотказную работу светодиодных индикаторов, надёжность реле, контакторов, кнопок, переключателей и их контактных групп остаётся слабой, это очень часто приводит к сбоям и отказам всей системы в целом. Единственным аргументом в пользу данного решения до недавнего времени являлась только относительно невысокая цена.

Альтернативой данному решению могли быть программируемые логические промышленные контроллеры. Но они долгое время на нашем рынке были представлены, в основном, брендовыми производителями, такими как «Siemens», «ABB», «Schneider Electric». Их отличала высокая надёжность, сложный интерфейс и высокая цена. В последнее время ситуация изменилась, и сейчас рынок изобилует простыми, недорогими и относительно надежными промышленными контроллерами, в том числе и отечественного производства.

Размер такого контроллера 150*150 мм., количество контролируемых устройств — до 100. При этом он не только предоставляет информацию о состоянии, но и управляет работой устройств в соответствии с логикой технологического процесса, освобождая от этого оператора. Сравнивать визуализацию процесса обычного щита сигнализации с панелью оператора очистных сооружений, которая может устанавливаться в любом удобном для оператора месте, просто некорректно.

На рисунке ниже представлены скрины меню интерфейса, по которым можно судить о новых возможностях для персонала биологических очистных сооружений.

Такую картинку видит на экране сенсорного монитора  оператор очистных сооружений

Оператору достаточно выбрать на интерактивном сенсорном экране любой агрегат и далее принять решение о необходимости влияния на автоматический процесс очистки сточных вод.

При необходимости, в случае увеличения проектных мощностей биологических очистных сооружений, конфигурация системы может изменяться без особых затруднений, путём добавления дополнительных модулей входных-выходных сигналов. Срок эксплуатации таких устройств, по утверждению производителей, — до 20 лет. При этом обслуживание минимальное — пылеудаление и проверка контактов. Стоимость же сегодня вполне сопоставима со стоимостью обычных релейных щитов сигнализации. А с учётом в разы меньшего энергопотребления, такие решения становятся бесспорными лидерами.

Таким образом, задача для проектировщиков и инженерного состава нашей компании — активнее внедрять современные системы управления технологическими процессами очистки сточных вод, что в конечном итоге приносит обоюдную выгоду как клиенту (это недорого, просто и надёжно), так и производителю (это уменьшение количества рекламаций, вызовов на объекты, но главное — это вклад в улучшение экологии водных запасов нашей страны).

Наличие автоматизированных систем управления технологическими процессами в составе биологических очистных сооружений давно перестало быть новинкой. В настоящее время такие системы являются неотъемлемой частью очистных сооружений, наряду с другими технологическими и инженерными подсистемами.

Большая пропускная способность и сложность современных очистных сооружений, а также зависимость устойчивости эффекта их работы от тщательности эксплуатации, обусловливают необходимость максимального насыщения канализационных очистных сооружений рабочими механизмами, контрольно-измерительной аппаратурой и средствами автоматизации.

Наибольшая экономическая эффективность может быть достигнута при применении комплексной автоматизации канализационных очистных сооружений.

Очистные сооружения сточных вод – это технически сложный комплекс емкостного реакционного оборудования, связанного единым технологическим циклом.

Процесс очистки сточных вод ставит перед системами автоматизации ряд следующих задач:

• автоматический контроль за параметрами технологического процесса
• автоматическое регулирование параметров процесса
• дистанционное управление технологическим процессом, насосным и дозирующим оборудованием, оборудованием по обезвоживанию осадка
• автоматический контроль оборудования обеззараживания сточных вод, прошедших полную биологическую очистку

При создании автоматизированных систем управления очистными сооружениями основополагающим является её принцип построения как системы передачи данных.

Вся информация с объекта управления, со всех систем, узлов и отдельных устройств поступает в локальную сеть и становится доступной любому пользователю.

Не самая крупная, но пока неискоренимая проблема при создании автоматизированной системы технологического процесса очистки сточных вод – это сложность стыковки отдельных подсистем, установок и устройств. Сложность увязки в единую систему серийных устройств (приборов, исполнительных механизмов, электрооборудования) обычно обусловлена сложностью проектирования, изменением конфигурации изделия и другими причинами.

Повсеместное внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами, неограниченные возможности которых привлекают пользователей, создает хорошие предпосылки для дальнейшего совершенствования программного и аппаратного обеспечения средств управления технологиями.

Проблемы «стыковки» технологических узлов, ставшие типичными в настоящее время, будут решены в процессе дальнейшего развития отрасли путём унификации оборудования.

Построение автоматизированных систем очистки сточных вод

В процессе комплексного анализа в системе очистных сооружений изучаются возможные процессы и их модельное отображение, устанавливается соответствие между критериями и контролируемыми сигналами, определяется зависимость сигналов и критериев от состояния реакционного оборудования, места и условий установки приборов и датчиков, реакция системы на управляющие сигналы.

Комплексный подход построения системы автоматизации, в силу повышенного внимания к детальному всестороннему анализу, обеспечивает достоверный контроль и надёжное автоматическое управление технологическим оборудованием.

Преимущество комплексного подхода для автоматизации работы биологических очистных сооружений заключается в том, что он синтезирует на основе полного, всестороннего и детального анализа операций технологического процесса эффективную систему, выполняющую с необходимой и достаточной точностью получение информации и управление в автоматическом режиме. В современных условиях ключевым аспектом повышения эффективности работы предприятия является автоматизация технологических процессов.

Накопленный опыт проектирования, монтажа, ввода в эксплуатацию, гарантийного и послегарантийного обслуживания позволил обобщить и выделить базовые основы успешного внедрения АСУ ТП, сочетающие комплексный и системный подходы. Подход — это некоторая обобщенная система представлений, приемов и правил, определяющих структуру, последовательность внедрения, условия и особенности эксплуатации АСУ ТП для достижения поставленной цели.

Базовые принципы методологии комплексно­го подхода впервые были применены при созда­нии первых АСУ ТП канализационных насосных станций. В дальнейшем методология комплексно­го подхода совершенствовалась для достижения основной цели — исключения человеческого фактора при принятии решения о наступлении события и управления технологическим процес­сом, обеспечения безаварийной работы и сниже­ния эксплуатационных расходов.

Создание АСУ ТП на биологических очистных сооружениях с использованием комплексно­го подхода включает пять основных этапов:

• Всесторонний анализ технологического и со­путствующих процессов объекта управления. Выявление технологических операций, состав­ляющих эти процессы.
• Определение комплексных показателей — кри­териев, однозначно устанавливающих текущее состояние технологического процесса и автома­тизированного технологического комплекса для всех возможных событий.
• Определение комплекса переменных, необ­ходимых и достаточных для установления управления процессом в автоматический режим; сокращение расходов воды на собственные нужды; экономия электроэнергии.
• Сохранение фильтрующего слоя при промывке; оптимизация длительности и интенсивности промывки; сокращение времени восстановления фильтрующих свойств загрузки после промывки.
• Обеспечение оптимальной скорости фильтрации в смежных фильтрах блока в процессе промывки и фильтрации; выявление объективных показа­телей, определяющих наступление времени не­обходимой промывки.

Все вышеперечисленные показатели эффек­тивности процесса промывки находятся в слож­ной зависимости от смежных технологических процессов водоподготовки, охватывающих все объекты, начиная с сооружений первого подъ­ема и заканчивая резервуаром чистой воды. Вли­яние отдельных структурных частей процесса водоподготовки на процесс промывки, с сохране­нием и улучшением качественных показате­лей водоподготовки, определилось системным подходом. В своей основе системный подход фактически предусматривает синтез процесса водоподготовки с позиции автоматизации вы­деленного технологического процесса.

В техно­логических процессах водоподготовки выявля­ются операции, оказывающие количественное и качественное влияние на автоматизируемый процесс промывки.

Информационные и управляющие сигналы, необходимые и доста­точные для создания эффективной АСУ ТП про­мывки фильтров, уточняются с учетом влияния всех процессов, составляющих процесс водопод­готовки.

Системный подход создания эффективной АСУ ТП подразумевает структурирование (мо­дульность) управляемой и управляющей систе­мы, разделение управляющей системы на части (на менее сложные подсистемы), для которых разработка и внедрение алгоритмов автоматиче­ского управления по времени и затратам значи­тельно проще и доступнее.

Поэтапное создание системы автоматизации и возможность объ­ективного анализа работы оборудования обес­печивают значительное сокращение затрат на модернизацию электротехнического и техноло­гического оборудования.

Качественная оценка состояния оборудования обеспечивает принятие решения о необходимых и достаточных меро­приятиях по его адаптации к работе в составе ав­томатизированной системы. В итоге вместо ко­лоссальных затрат по замене действующего обо­рудования ограничиваются продлением сроков его эксплуатации при незначительных затратах на модернизацию.

Системный подход позволяет придать допол­нительные качества созданной системе автомати­зации в процессе эксплуатации. Система совер­шенствуется путем уточнения ее целей и функций, состава и специфики информационных потоков, информационного состава задач и отдельных программных модулей без существенных затрат на модернизацию, поскольку структурирование системы устанавливается с учетом совместимости всех ее частей на информационном уровне.

Соз­давая систему открытой для усовершенствова­ния путем поэтапного, модульного расширения, получаем возможность инсталляции дополни­тельных функций шаг за шагом и, как следствие, поэтапное, с незначительным риском инвести­рование проекта создаваемой системы автомати­зации. Объединение всех частей позволяет рас­сматривать автоматизируемый объект в едином информационном пространстве, количественно и качественно характеризуя все составляющие технологического процесса во времени.

Основой информационного пространства яв­ляется системная платформа System Platform, на базе которой строятся все последующие сис­темы. Применение системного подхода к АСУ ТП позволяет выработать стратегию ее развития, обосновать приоритеты разработки подсистем, осуществлять контроль за их выполнением, вы­являть резерв повышения эффективности тех­нологических процессов, оценивать результаты автоматического управления.

Эффективность внедрения АСУ ТП очистных сооружений сточных вод

Эффективность внедрения АСУ ТП на биологических очистных сооружениях в значительной степени за­висит от четкости формулирования целей управ­ления. В процессе эксплуатации возникает не­обходимость совершенствования действующей АСУ ТП. Системный подход, без дополнитель­ных затрат на обеспечение совместимости по результатам эксплуатации, позволяет уточнить цель автоматизации для комплексного анализа смежных технологических процессов и автома­тизировать эти процессы в составе действующей АСУ ТП.

Главная функция системного подхода состоит в выявлении взаимных связей между процесса­ми, количественной и качественной оценке вли­яния этих связей на достижение поставленной цели разработки — определение на основе уста­новленного влияния места и времени воздей­ствия на автоматизируемый процесс.

В автоматическом режиме управляющие воздей­ствия вырабатываются исполнительными меха­низмами, а в автоматизированном режиме — кос­венным воздействием (контролирующим персо­налом, службами, руководителем) или прямым воздействием (дежурным персоналом).

Применение комплексного и системного под­ходов позволило заменить общепринятое реа­лизованное построение АСУ ТП, ориентированное на оперативно-диспетчерскую службу, дистанционный контроль и управление, корпоративной системой управления технологиче­скими процессами предприятия (рисунок). Эта система основана на автоматическом режиме работы и ориентирована на все ответственные за процесс службы.

Понятие «корпорация» означает оптимальную, равноправную (с позиций оперативного обеспечения необходимой и достаточной информацией) организацию производства.

Корпоративная система позволяет мобилизовать все службы предприятия для достижения поставленной цели — максимальной эффективности производства.

Главная цель корпоративной системы заключается в повышении эффективности управления за счет обеспечения информационной общности персонала, в рамках которой вся деятельность участников производственного процесса объективно контролируется. При этом возрастает роль и ответственность работников за обеспечение эффективности производства: службы АСУ — за надежность работы средств автоматизации, службы главного технолога — за оптимизацию водоподготовки и водоочистки, службы главного метролога — за достоверность измерений и своевременную поверку приборов, аналогично и по другим службам.

Рабочее место специалиста в корпоративной системе — автоматизированное рабочее место (АРМ) — представляет собой проблемно-ориентированный программно-технический комплекс, вынесенный на рабочее место для всех подразделений, отвечающих за текущую эксплуатацию, перспективы повышения эффективности работы предприятия и его развития.

Внедрение АРМ в подразделения повышает оперативность управленческого труда и позволяет использовать объективные показатели, характеризующие экономические затраты, необходимые для работы предприятия, и их оптимизацию. Корпоративная система обеспечивает децентрализацию, благодаря которой информация поступает в диспетчерскую, различные службы и к руководству в реальном масштабе времени.

Руководители становятся менее зависимыми от мнения персонала, поскольку их опыт компенсируется интеллектом системы управления, а также потому, что внедрение информационной техники позволяет значительно снизить субъективную интерпретацию контролируемых показателей технологического процесса персоналом, ответственным за эксплуатацию.

Корпоративная система на основе комплексного и системного подходов представляет собой гибкую открытую структуру, которую можно перестраивать, адаптировать и дополнять новыми модулями или внешним программным обеспечением, органично встраиваемым в систему.

Основные свойства корпоративной системы:

• распределенный доступ к единой базе данных, работа в режиме реального времени
• открытость для адаптации и расширения
• поддержка территориально распределенных структур
• работа в широком круге аппаратно-программных платформ

При этом обеспечивается следующий этап развития системы автоматизации — охват всей финансово-хозяйственной и производственной деятельности предприятия. Корпоративная АСУ ТП является базой для создания последующих систем автоматизации управления производственными процессами.

Выводы

1. Основой создания эффективной АСУ ТП для биологических очистных сооружений являются комплексный и системный подходы. При комплексном подходе выделенный автоматизируемый объект всесторонне анализируется, а система автоматизации синтезируется для достижения поставленной цели при любых возможных условиях эксплуатации. При системном подходе объект и система автоматизации синтезируются в составе системы водоснабжения или водоотведения для достижения поставленной цели. При этом выявляется влияние системы и ее компонентов на объект и цель автоматизации, а также взаимное влияние автоматизированного объекта на систему водоснабжения или канализации.

2. Создание корпоративной АСУ ТП является одним из основных и необходимых условий повышения эффективности эксплуатации систем водоснабжения и канализации. Корпоративная АСУ ТП обеспечивает консолидацию всех ведущих специалистов по поддержанию и совершенствованию систем ВКХ.

3. Корпоративная АСУ ТП — основа дальнейшего повышения эффективности систем водоснабжения и канализации, в том числе с последующим распространением на всю финансово-хозяйственную и производственную деятельность предприятия.