Краснодед Аліна Ігорівна

Факультет комп’ютерних інформаційних
технологій та автоматики

Кафедра автоматики і телекомунікації

Спеціальність Системи управління і автоматика

Дослідження режимів роботи та удосконалення САУ водонапірного вузла Мушкетівський м.  Донецьк

Науковий керівник: Доцент, к. т. н., професор кафедра  АТ А. В.  Хорхордін

Реферат з теми випускної роботи

Зміст

• Введення
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і завдання дослідження, плановані результати
• 3. Огляд досліджень і розробок
• 3.1 Аналіз процесу водопостачання як об'єкта автоматичного управління
• 3.2 Огляд існуючих систем автоматичного управління для автоматизації водонапірного вузла. Напрямок удосконалення базової системи автоматичного управління
• 4. Моделювання вузла
• Висновки
• Список джерел

Введення

Водопровідні мережі міст України дуже часто складалися історично, шляхом розширення, по мірі приєднання нових житлових кварталів і промислових зон до міської території. Така практика не завжди враховувала можливості системи забезпечувати оптимальні параметри за видатками та тиску в магістральних і розподільних мережах. Досить часто у водопровідних схемах не враховувалися перепади відміток землі у межах розподільчої мережі, що створювало в деяких районах водопровідної мережі підвищений або недостатній тиск. Недостатній тиск призводить до зростання скарг споживачів, підвищений тиск призводить до зростання аварійних ситуацій, збільшення витоків і втрат води.

Завданням водопостачання є безперебійне постачання якісною водою споживачів за умови здійснення найбільшої зручності користування водою, при найменшій вартості її найбільшої простоті і заданої надійності експлуатації системи водопостачання.

Вирішити ці питання можна шляхом розробки нової та більш ефективної САУ водопостачання.

Актуальність теми

Підвищення енергоефективності управління водопостачанням є досить актуальною. Витрата води постійно зростає. Це пов’язано із зростанням населення в місті і підвищенням економічної активності. Тому в своїй роботі було вирішено мінімізувати ці витрати.

Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою даного курсового проекту є підвищення енергоефективності водонапірного вузла та зменшення часу його реакції на зміну навантаження за рахунок впровадження нової системи автоматизованого управління.

Для досягнення цієї мети САУ об'єкта  [6] повинна виконувати наступні завдання  [2]:

1. Підтримувати тиск в загальному колекторі і трубопроводах до споживачів при непостійній навантаженні. У всіх трубах і насосах має бути однаковий тиск. Це необхідно для того, щоб вода не змінила свій напрямок руху, що може зупинити роботу всього вузла.
2. Підтримувати задані параметри експлуатації обладнання вузла:
   • – вихідний тиск – 6,5 ± 5%  [Атм];
   • – витрата води живить вузол утримувати в межах [900-1700] м³/добу;
   • – рівні води в баках [3] – від 1  м до 9  м;
   • – тиск і обороти насосів – 6,2-6,5  Атм;
   • – контроль температури підшипників насосів (<  80 º C).

   Додаткові параметри:

   • – облік часу роботи насосів;
   • – забезпечення рівномірного зносу;
3. Мінімізувати енергоспоживання вузла.
4. Забезпечувати автоматизоване і ручне управління обладнанням. Необхідно встановити елементи ручного та автоматичного керування обладнанням вузла з урахуванням сучасних вимог до ергономіки робочого місця оператора.
5. Забезпечувати захисну функцію САУ (забезпечення безпеки роботи вузла):
   • – сигнал про перевищення максимального рівня води в баку-накопичувачі і спустошенні нижче мінімального рівня;
   • – сигналізація при виході тиску в загальному колекторі за допустимий діапазон;
   • – сигналізація при перегріві насоса;
   • – сигнал при різкому збільшенні споживання з різким падінням тиску, імовірний порив труби;
   • – захоплення повітря насосом.

Усі аварійні ситуації повинні бути відображені на індикаторах щита управління і зобов'язані усуватися або автоматично, або за допомогою оператора.

3. Огляд досліджень і розробок
3.1 Аналіз процесу водопостачання як об'єкта автоматичного управління

Система водопостачання являє собою комплекс споруд для забезпечення певної групи споживачів (даного об'єкта) водою в необхідних кількостях і необхідної якості. Крім того, система водопостачання повинна мати певний ступінь надійності, тобто забезпечувати постачання споживачів водою без неприпустимого зниження встановлених показників своєї роботи у відношенні кількості або якості води, що подається (перерви або зниження подачі води або погіршення її якості в неприпустимих межах)  [1].

Розглянемо Мушкетівський водонапірний вузол як об'єкт управління. Водопровід – система безперервного водопостачання споживачів, призначена для проведення води для пиття і технічних цілей з одного місця в інше – до водокористувачеві (міські та заводських. Приміщення) переважно по підземних трубах або каналах.

З однієї загальної труби під тиском йде розподіл води в 6 допоміжних судин баків-накопичувачів, об’ємом 5  тис  м³ кожен. Рівень води в баках обмежений lmax, lmin  м;

Перед і після кожного бака-накопичувача знаходяться вентилі подачі води в ємності і виведення води з бака-накопичувача, які регулюють натиск рідини, що подається. З бака-накопичувача вода перекачується відцентровими насосами у водопровідну мережу до споживачів. Ці насоси створюють тиск у споживчому водонапірної мережі. Вода від насосів проходить через загальний колектор високого тиску і прямує в 4 вихідні труби. Потік до споживачів регулюється вентилями подачі води до споживачів.

Одночасно працюють максимально 3 насоса. 4-й – гарячий резерв (для введення насоса в експлуатацію достатньо натиснути кнопку. Він спочатку наповнений водою і готовий до роботи.

Вентиль запуску води в насос відкритий, а вентиль виведення води з насоса закритий). Тиск у насосах контролюється за допомогою датчиків тиску і змінюється за рахунок частотних перетворювачів.

Тиск у всіх трубах має бути однаковим, щоб уникнути перебоїв, тому датчики тиску розташовані на загальній трубі, загальному колекторі і на кожній трубі виведення води до споживачів.

Вентилі перерозподілу призначені для розподілу води між ємностями і насосами. За умови роботи тільки 1-го, третій і 4-го відцентрового насоса другий автоматично перекривається вентилями. Тоді вода надходить у відкриті насоси і безпосередньо в загальну розподільну трубу до споживачів. Таким чином, вода з будь-якої бажаної ємності потрапляє до споживача через працездатний насос.

вентиль управляє спеціальний виконавчий механізм. Дані з нього надходять на блок управління. Дані з датчиків і витратомірів надходять на блок вимірювань.

3.2 Огляд існуючих систем автоматичного управління для автоматизації водонапірного вузла. Напрямок удосконалення базової системи автоматичного управління

В даний час існує безліч аналогів донної системи. Одним з таких є система автоматизації WILO-MPS для насосів водопостачання. На малюнку 2 представлена ​​її технологічна схема

Застосування:

Система автоматизації WILO- MPS  [4] створена за технологією автоматизації насосів для систем водопостачання та опалення з кількістю насосів від 1 до 6 в діапазоні потужностей електродвигунів насосів від 1 до 630  кВт, напругою в мережі 380  В.

Рекомендується використовувати для автоматичного підйому і циркуляції води:

• – Станції першого підйому, Водозабори і водозабірні вузли  ( ВЗУ)
• – Станції другого, третього, четвертого підйому
• – Підвищувальні насосні станції  (ПНС)
• – Водонапірні насосні станції  ( ВНС)
• – Мережеві насоси та насосні групи
• – Насосні станції теплопостачання і циркуляції

4. Моделювання вузла

Контроль рівня води в баках.

Розрахунок коефіцієнта регулюючого органу: