АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ГОРОДСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Орлянский А.А., студент, Оголобченко А.С., доцент, к.т.н.

Технологическая схема процесса городского водоснабжения приведена на рисунке 1. Водопотребители ГВ1 – ГВ3 обеспечиваются водой насосной станцией через трубопроводную сеть A – B – C – D. В качестве насосов используются центробежные насосы, например, типа 24НДС с приводными электродвигателями типа СДН мощностью 1600 кВт.

Рисунок 1 – Структурная схема процесса водоснабжения

Насосы работают совместно (параллельно) на протяженную (десятки километров) и разветвлённую сеть с переменным диаметром трубопроводов (от 1200 до 200 мм.). Водопотребители имеют два характерных состояния: “открыто” и “закрыто”.

Основная задача процесса водоснабжения – обеспечить открытым водопотребителям воду необходимого качества (по давлению) в требуемом количестве. Однако при изменении количества открытых водопотребителей происходит уменьшение или увеличение давления воды в сети, что ведет к потерям или перерасходу энергетических ресурсов.

В настоящее время подача воды в сеть и регулирование гидравлических параметров насосной станции осуществляется по величине давления воды в коллекторе станции путём дросселирования трубопровода задвижкой Зд1 (точка А, см. рисунок 1). Однако при этом если один потребитель одновременно отключится, а второй подключится, то давление и расход воды в коллекторе насосной станции могут и не изменяться, а у водопотребителей произойдёт перераспределение гидравлических параметров.

Поэтому для эффективного регулирования производительности насосной станции необходимо у потребителей контролировать расход и давление воды. Предлагается это осуществлять в определенных, диктующих точках у конкретной группы потребителей, например в точках B, C, D (см. рисунок 1), где должны устанавливаться блоки контроля БК. Информация от блоков БК по линии связи передаётся на регулятор Р, где происходит сравнение текущих значений контролируемых параметров с заданными задатчиком З и выработка управляющих воздействий в систему регулирования, например, частотного, приводного электродвигателя насоса,. Регулятор через систему импульсно – фазового управления СИФУ воздействует на преобразователь частоты ПЧ и изменяет скорость вращения приводного электродвигателя ПД насосного агрегата в соответствии с текущим режимом водопотребления. Для обеспечения необходимого качества регулирования, как показано в работе [1], на группу из трёх насосных агрегатов достаточно иметь один регулируемый. Применение регулируемого привода насоса обеспечить работу насосной станции в зоне оптимальных значений коэффициента полезного действия.

Блок контроля можно реализовать на основе 8-разрядного микроконтролера со встроенным универсальным асинхронным приёмо-передатчиком. Тогда формат кодовой посылки целесообразно выбрать в соответствии со стандартами передачи информации, которые использует применяемый приёмо-передатчик. Параметры передачи информации в этом случае будут следующие:

размер кодовой посылки кратен 8 битам;

стартовый и стоповый бит для каждого байта информации;

первый байт - синхронизирующий;

стандартные размеры скорости передачи: от 110 до 115200 бод.

Формат кодовой посылки представлен на рисунке 2. Индивидуальный номер блока контроля принимается размером в 4 бита, тогда максимальное количество блоков контроля, которое может быть подключено к одному регулятору составляет 16. Индивидуальный номер блока контроля и информация о состоянии датчиков объединены в один байт. Повторный информационный байт предназначен для надежного приема кодовой посылки регулятором и однозначной интерпретации полученной информации. Таким образом, общий размер исходной посылки блока контроля равен 30 битам.

Рисунок 2 - Пример исходной кодовой посылки блока контроля

Количество информации обмена между регулятором и одним блоком контроля составит:

Nбк = Nбк _вх + Nбк _вых, бит,  

где:   Nлм _вх - размер входной посылки от регулятора, Nбк _вх = 20 бит;

Nлм _вых - размер исходной посылки, Nбк _вых = 30 бит.

Nбк = 20 + 30 = 50 бит.

В системе управления с максимальным количеством блоков контроля объем обмена информацией при опрашивании всех блоков составит:

Nбк _опр = Nбк· n _бк, бит,

где nбк - количество блоков контроля, подключенных к регулятору (при максимальном количестве блоков контроля nбк = 16)

Nбк _опр = 50 · 16 = 800  бит.

Время опрашивания всех блоков контроля составит:

где  Vпер - скорость передачи, бод.

При скорости передачи Vпер = 9600 бод и максимальному количеству блоков контроля, время опроса составит 0,12 с.

Перечень ссылок

2. Попкович Г.С. Автоматизация и диспетчеризация систем водоснабжения и канализации. – М.: Стройиздат, 1973. – 179c.