АСУ очистных сооружений

Автоматическая система управления очистными сооружениями нужна для повышения эффективности, надежности и экономичности процесса очистки сточных вод.

Она позволяет:

• автоматизировать процессы — контролировать и регулировать оборудование без постоянного участия оператора.
• сохранять стабильное качество очистки — поддерживать параметры очистки на заданном уровне, независимо от изменений состава сточных вод.
• снизить затраты — оптимизировать расход энергии, химреагентов и других ресурсов.
• обеспечить безопасность — своевременно выявлять и предотвращать аварийные ситуации.
• упростить мониторинг и отчетность — собирать данные в режиме реального времени и формировать отчеты для регулирующих органов.

Такие системы позволяют предприятию соответствовать экологическим стандартам и сократить влияние человеческого фактора на процесс очистки.
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.

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.

Интерфейс автоматической системы управления 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.

Вы всегда можете обратиться к специалистам ООО «НПО Агростройсервис» по вопросам очистных сооружений. Мы проконсультируем и поможем подобрать наиболее эффективные решения. Связаться можно по телефонам 8-800-222-45-62 и 8-8313-34-75-40 или отправить запрос на электронную почту acs@acs-nnov.ru.