Структура цехов предприятия, занимающегося водоснабжением г. Соликамска. Назнчение и контролируемые параметры автоматизированной системы управления водозабором. Регулирование частоты вращения электродвигателей насосов с помощью частотных приводов.
Аннотация к работе
В данном курсовом проекте представлено описание предприятия, занимающееся водоснабжением г.Водозаборные сооружения запроектированы на производительность 20000 м3/сут.Устройство модуль автоматизации скважин (устройство) предназначено для контроля технологических параметров на водоподъемной скважине (величина напряжения питания двигателя насоса; ток нагрузки двигателя насоса; давление в трубопроводе; контроль «сухого хода» насоса; состояние положения выключателей; состояние двери, а также для управления насосом - включить и выключить) . Устройство предназначено для работы в температурном диапазоне от минус 40 град.С до плюс 85 град.С, относительной влажности до 98% при температуре 25 град.С, атмосферном давлении 80-106 КПА (от 630 до 800 мм рт.ст.) и может входить в состав оборудования для автоматизации (телемеханизации) водоподъемных станций (организация диспетчеризации и централизованного управления несколькими удаленными системами). При разработке автоматизированной системы управления водозабором были предусмотрены следующие контролируемые параметры: 2.1 .При достижении максимального уровня воды в ВНБ насос на скважине должен отключаться, при достижении минимального уровня воды - включаться. Сигналы на включение и отключение глубинного насоса должны передаваться по сигналам датчиков уровня. 2.2 Система должна автоматически отключать глубинный насос при: • понижении уровня воды в скважине ниже допустимого (защита от «сухого хода»);Оно не должно превышать и падать , вследствии неравномерного расхода воды во времени ,ниже заданной величины. Поэтому необходимо рассмотреть контур регулирования скорости двигателя в зависимости от выходного давления. Спроектированная система автоматического регулирования давления может быть представлена структурной схемой, изображенной на следующем рисунке. Преобразует циклическую частоту двигателя в давление Рассчитав перечисленные выше параметры звеньев структурной схемы, проведем моделирование в специализированном программном пакете визуального моделирования MATLAB Simulink.Наиболее экономичным является такой режим работы насосов, когда при изменяющемся разборе развиваемый насосами напор соответствовал бы минимально необходимому значению и не превышал его. Этого можно добиться путем автоматического изменения частоты вращения электродвигателей насосов с помощью частотно-регулируемых приводов (ЧРП).Проведем сравнение датчиков давления трех фирм: ЗАО "Автоматика", ПГ "Метран", фирма "Элемер" (табл. По приведенным техническим данным датчиков давления можно сразу исключить датчик АИР-20-ДИ 130 фирмы "Элемер", т.к. диапазон пределов его измерений значительно превышает измеряемый. Датчик ПД-1И ЗАО "Автоматика" по характеристикам соответствует датчику Метран-43-ДИ 3156-МП ПГ "Метран" и даже превосходит его по точности измерения, но у последнего оговорен средний срок службы в 12 лет и предел погрешности измерения не значительно уступает первому, что дает ему преимущество при выборе. По приведенным техническим данным датчиков расхода можно сразу исключить датчик "Теплоприбор" - UFM 005-25, т.к. диапазон пределов его измерений значительно превышает измеряемый. У частотного преобразователя "Hitachi" - L300P характеристики соответствует частотному преобразователю "Siemens" - Micromaster 430, но у последнего оговорен средний срок службы в 12 лет, что дает ему преимущество при выборе.Для хранения информации используется сервер INTERBASE под управлением ОС Windows 2000/XP и может хранить терабайты информации.SCADA-система «КАСКАД для WINDOWS» (далее - КАСКАД) представляет собой мощный инструмент наблюдения, анализа и управления технологическими процессами; имеет в своем распоряжении все необходимые инструменты, присущие современным SCADA-системам, а также ряд уникальных особенностей. Система КАСКАД спроектирована так, чтобы обеспечить максимально удобную работу с ней для пользователей различной квалификации, имеет интуитивно понятный интерфейс и проста в освоении. Система имеет мощную сетевую архитектуру, что позволяет легко наращивать ее мощность, гибко конфигурировать под любой технологический процесс, комбинируя нужные модули. Система КАСКАД включает в себя следующие компоненты: Серверные модули: - Сервер Доступа к Данным осуществляет получение, обработку и накопление данных, ведение базы данных, анализ и передачу управляющих воздействий. Каждая панель может отображать информацию в любом удобном для восприятия и анализа виде: текстовом, графическом (растровое или векторное изображение), анимированные изображения, видеоролики, тренды, гистограммы и т.д.Предполагается, что после внедрение автоматизированной системы управления будут обеспечены стабильность давления, надежность работы насосов и увеличение межремонтного периода оборудования, экономия потребляемой электроэнергии. Экономический эффект от внедрения станций управления, оснащенных преобразователями частоты, устройствами плавного пуска, а также
План
Содержание
Введение
1 Описание водозаборной станции
1.1 Надземный источник
1.2 Подземный источник
2 Предложения по автоматизации
2.1 Автоматизированная система управления водозабором
2.2 Математическое описание ОУ
3 Предложения по автоматизации насосной станции
3.1 Описание синтезируемой системы
3.2 Хранение и обработка информации
3.3 Описание программного обеспечения ЦДП
3.4 Режимы работы автоматизированной системы
Режимы работы автоматизированной системы
Приложение 1 Описание насосов
Приложение 2 Средний расход воды
Введение
В данном курсовом проекте представлено описание предприятия, занимающееся водоснабжением г. С . Рассмотрен технологический процесс по очистке воды, приведено описание всех сооружений, насосов. Также в курсовом проекте предоставлены предложения по автоматизации предприятия.
Список литературы
Рис.2.Схема водозабора наземных вод
· Вода забирается из реки К. через бетонный оголовок в металлической оболочке .
Оголовок представляет собой эллипс размером 6.0x2.7 м, высотой 2.3 м. Оголовок имеет по 3 входных окна с каждой стороны. На входных окнах установлены сороудерживающие решетки. Скорость втекания воды в окна 0,15 м/с.
Оголовок расположен на расстоянии 73.3 м от водоприемного колодца.
· Из оголовка по двум самотечным трубопроводам d 600 мм вода поступает в водоприемный колодец .
Производительность водоприемного колодца 300 л/с.
Он состоит из: § железобетонного стакана с внутренним диаметром 6.0 м и глубиной 10.0 м, состоящего из двух секций (приемное и всасывающее отделения). В каждой секции установлены плоские сетки, для грубой механической очистки воды (4 рабочих и 4 резервных).
Размеры сетки: - рама сетки - 1090x2600 мм;
- ячейки, поддерживающей сетки - 20х20 мм;
- основная сетка 4х4 мм.
· Вода, пройдя через плоские сетки водоприемного колодца, освобождается от крупных плавающих предметов. Затем насосами станции I подъема по двум водоводам d 500 мм забирается из водоприемного колодца.
Насосная станция I подъема полузаглубленная.
Производительность - от 200 до 1000 л/с.
Состоит из заглубленной и наземной частей.
§ Наземная часть: Размер - 6.0х24.0 м.
В ней расположена электрическая подстанция размерами 6.0х9.0 м.
§ Заглубленная часть(машинный зал): Размер - 6.0х15.0 м.
Абсолютная отметка пола 111.08 м.
В ней размещается машинный зал. В нем расположено следующее оборудование: - три насоса типа «Д» (1-рабочий, 2-резервных) - центробежные, одноступенчатые с двухсторонним входом жидкости в рабочее колесо и с горизонтальным разделением корпуса (устройство см. в приложение 1). Служат для подачи речной воды на обработку в водопроводную очистную станцию.
- два дренажных насоса (1-рабочий, 1-резервный) - для откачки дренажных вод из машинного зала насосной станции (устройство см. в приложение 1). Дренажные насосы (ДН) имеют автоматическое и ручное управление. Выбор управления производится ключами «ИУ» В автоматическом режиме насосы работают по уровню воды в приямке. При достижении водой электрода 1-го уровня автоматически включается ДН-1. Откачав воду, ДН-1 автоматически отключается. Если ДН-1 не включается или по какой-либо причине не успевает откачивать воду, то при достижении водой электрода 2-го уровня, срабатывает сигнализация и МНУ включает ДН-2. На водоводах установлены два счетчика воды ультразвуковые марки «Расход 7», измеряющие расход воды поступающей в распределительную сеть с водопроводной станции. После очистки и дезинфекции вода должна соответствовать требованиям САНПИН «Питьевая вода».
Характеристика насосов приведена в таблице 1.
Таблица 1
Технологическое название оборудования Марка насоса Паспортные данные
Производительность, м3/час Напор, м
Центр. Насос №1 (НРВ-1) 350Д90 1260 64
Центр. Насос № 2 (НРВ-2) 200Д90 600 67
Центр. Насос № 3 (НРВ-3) 350Д90 1260 64
ДН-2 АНС-60 216 16
ДН-1 ГНОМ 10-10 10 10
От насосной станции I подъема по двум водоводам d 500 мм вода подается в водоочистную станцию во входную камеру на барабанные сетки для предварительной очистки от крупной взвеси и планктона.
Средний суточный расход с I подъема - 10000-12000 м3/сутки.
Производительность водоочистной станции 20000 м3/сутки.
Входная камера состоит из трех приемных карманов, трех емкостей с установленными в них барабанными сетками (2-рабочие, 1-резервная), двух водосливных карманов.
Производительность - 12000 м3/сутки.
Размеры барабанной сетки: - диаметр барабана - 1550 мм;
- длина барабана - 2200 мм
- размеры ячеек рабочей сетки - 0.5х0.5 мм;
- размеры ячеек поддерживающей сетки - 2.5х2.5 мм.
Вода, пройдя через барабанные сетки, попадает в водосливные карманы, из которых по трубам поступает в контактный резервуар. Сюда же подается хлор для первичного хлорирования.
Контактный резервуар представляет собой железобетонную емкость, разделенная перегородками на ряд последовательно проходимых водой коридоров. Объем резервуара 260 м3. Время пребывания воды в нем 13 минут.
Хлор вводится в трубопровод перед контактным резервуаром. Доза первичного хлорирования составляет 3-4 мг/л.
После контакта с хлором вода поступает в смеситель с дырчатыми перегородками, куда подаются реагенты (в начале смесителя вводится известь для подщелачивания воды, затем коагулянт - сернокислый алюминий и на выходе из смесителя - флокулянт (полиакриламид)).
Смеситель предназначен для быстрого и полного смешения вводимых реагентов с водой. Объем смесителя 10 м3, время пребывания воды в нем 0,5 минут.
Коагулянт применяется для укрупнения мелкодисперсных и коллоидных частиц с целью увеличения скорости их осаждения и способности задерживаться пористыми фильтрующими материалами. Доза коагулянта определяется опытным путем и зависит от показаний мутности и цветности исходной (сырой) воды. Обычно она составляет примерно 20 - 50 мг/л.
Известь добавляют в воду для поднятия значения РН в паводковый период. Доза извести зависит от дозы коагулянта.
В период паводка и цветения, когда мутность и цветность забираемой воды высокие, используется полиакрламид для интенсификации процесса коагулирования.
· После смесителя вода самотеком поступает в контактные осветлители.
Контактный осветлитель - железобетонный резервуар размерами в плане 6.9х6.2 м, высотой 4.0 м, полезная площадь фильтрования 33.5 м2.
На водоочистной станции имеется 8 контактных осветлителей.
Вода поступает в нижний карман осветлителя, куда заведены трубопроводы распределительной системы, далее по распределительной системе подается на обработку. Фильтрование протекает снизу вверх.
Состав загрузки: § поддерживающий слой - гранитный щебень: фракция 20-40 мм - 200 мм;
фракция 10-20 мм - 100 мм;
фракция 5-10 мм - 100 мм;
фракция 2-5 мм - 100 мм;
§ фильтрующий слой - кварцевый песок, фракцией 0.5-2 мм - 2000 мм.
Для очистки загрузки осветлителей от осажденных взвешенных веществ производится водовоздушная промывка КО. Сначала продувка воздухом с интенсивностью 18-20 л/с·м2 в течение 1-2 мин, затем одновременно вода с воздухом (воздух - интенсивность 18-20 л/с·м2), вода - 3-3.5 л/с·м2) при продолжительности 6-7 мин, дополнительная промывка водой с интенсивностью 6-7 л/с·м2 продолжительностью 5-7 мин.. Средний суточный расход на собственные нужды водозабора составляет 1200 м3/сутки.
Реагентный цех включает в себя: § цех коагулянта;
§ цех извести;
Цех коагулянта содержит: · Четыре растворных бака для хранения коагулянта в сухом и растворенном виде, представляющие собой железобетонных емкости размерами в плане 5.5х3.7 м, высотой 4 м, с полезным объемом 34 м3.
Баки оборудованы деревянными съемными колосниковыми решетками с ячейками , размерами 10-15 мм, предназначенные для поддержания кускового коагулянта на некоторой высоте от дна бака. Под решеткой размещена система перфорированных труб для подачи сжатого воздуха с целью ускорения растворения реагентов.
· Два расходных бака для приготовления рабочего раствора коагулянта, представляющие собой железобетонные емкости размерами в плане 1.25х2.25 м и высотой 3.2 м. На дне бака смонтирована система труб с отверстиями для подачи сжатого воздуха с целью перемешивания раствора.
· Два насоса-дозатора типа ДП-1000/25, производительностью 1.0 м3/час, напором 25 м. Они предназначены для подачи раствора коагулянта заданной дозы в смеситель.
· Две воздуходувки типа РПП-0,3-35/98, производительностью 745-943 м3/час, напором 1-4 м. Одна воздуходувка типа 200SL 0.500, производительностью 5796 м3/час, напором 1 м.
Воздуходувки представляют собой водокольцевые вакуумные насосы с эксцентрично расположенным колесом. Воздуходувки предназначены для подачи сжатого воздуха в емкости с реагентами и в контактные осветлители.
Цех извести содержит: · Два бака-хранилища извести - железобетонные емкости размерами в плане 2.0х3.7 м, высотой 3.6 м, с полезным объемом 31 м3 каждый.
Баки предназначены для приема, гашения и хранения извести в виде известкового теста.
· Затворный бак - железобетонная емкость размером в плане 2.0х1.2 м и высотой 0.6 м, предназначенный для догашивания и размыва известкового теста.
Из бака-хранилища в затворный бак известковое тесто транспортируется с помощью моторного грейфера на кран-балке.
· Гидравлическая мешалка - металлическая емкость диаметром 1.6 м, высотой 0.6 м, предназначенная для разведения известкового теста и тщательного перемешивания полученного известкового молока.
· Гидроциклон, предназначенный для очистки известкового молока от нерастворившихся комочков.
· Расходный бак - металлическая емкость диаметром 1.6 м и высотой 4.0 м, предназначенный для доведения известкового молока до рабочей концентрации.
· Два насоса марки СМ 100-65-250, производительностью 50 м3/час, напором 20 м, предназначенные для перемешивания известкового молока, а также подачи его из гидромешалки в расходный бак, а оттуда в дозатор.
· Бункерный дозатор служит для дозирования подачи известкового молока в смеситель.
· Осветленная вода собирается сборными желобами и отводится в верхний карман осветлителя, откуда поступает в 2 резервуара чистой воды, каждый объемом по 2000 м3.
Резервуары представляют собой заглубленную железобетонную прямоугольную конструкцию, размерами 18х24 м и высотой 4.96 м. Подвод воды осуществляется трубой d 600 мм. Внутри бака вход выполнен на высоте 0.4 м от дна бака, слив воды происходит на высоте трубопровода 3.8 м от дна бака. Отвод воды на всасывающий трубопровод насосов станции II подъема осуществляется трубой d 600 мм, расположенной в приямке (размером 2.5х2.5 м и глубиной 1.5 м) на высоте 0.5 м от дна приямка. Для опорожнения резервуаров в приямке предусмотрена грязевая труба диаметром 150 мм, выход к трубе на уровне дна приямка с задвижкой в колодце канализации. Опорожнение резервуара производится в хоз. бытовую канализацию . Сброс воды при переполнении резервуаров осуществляется трубой d 500 мм в ливневую канализацию на шламонакопитель. Перелив происходит на максимальном уровне 4.8 м.
Резервуары оборудованы: § вентиляционными колонками для обмена воздуха, впуска и выпуска воздуха при опорожнении и наполнении;
§ люками-лазами и световыми люками;
§ приборами контроля и сигнализации уровней в резервуаре.
На водоводе чистой воды имеется врезка для подачи хлора (вторичное хлорирование).
· С резервуаров чистой воды насосами II подъема вода подается водоводам d 600 мм на насосную станцию III подъема, средний суточный расход составляет 12000-14000 м3/сутки;
· Производительность насосной станции II подъема 700 л/с.
Состоит из следующих помещений: 1 .Машинный зал, в котором располагаются 4 центробежных насоса с двухсторонним входом жидкости (1-рабочий, 3-резервных), два дренажных насоса (1-рабочий, 1-резервный). Характеристики насосов приведены в таблице 2.
Таблица 2
Технологическое название насоса Марка насоса Паспортные данные
Производительность, м3/час Напор, м
Агрегат №1 (ХПН-1) 200Д60А 540 84
Агрегат №2 (ХПН-2) 200Д60А 540 84
Агрегат №3 (ХПН-3) 200Д60А 540 84
Агрегат №4 (ХПН-4) 200Д60А 540 84
ДН-1 Гном-25 25 20
ДН-2 АНС-130 130 11
Также, в машинном зале, установлены задвижки с электрифицированными приводами. На штурвале имеется переключатель привода задвижки на ручное и электрическое управление. Электроприводы запитаны со щита управлениями задвижками (ЩУЗ). На ЩУЗ вынесены кнопки управления задвижками «Открыто», «Стоп», «Закрыто», а также переключатели сигнализации (включение и отключение лампочек) и лампочки контроля положения задвижки.
2. Подсобные помещения - щит управления и контроля, щит выпрямительных устройств, электрических распределительных устройств 0,4 КВ и 6 КВ, слесарная мастерская, слесарная, санузел.
Щит управления и контроля (ЩУК) состоит из 4-х панелей.
На первой панели установлены амперметры для ХПН-1,2,3,4 и сигнальные лампочки включения и отключения насосов, лампочки, указывающие на открытие и закрытие напорных задвижек. На панель вынесены блинкера, ключи управления насосами, которые имеют положение «Включено», «Отключено», ключи избиратели работы насоса, имеющие положение «Работа» и «Резерв»
На второй панели установлена предупредительная сигнализация для предупреждения о неисправностях на насосной станции II подъема.
На третьей панели - аварийная сигнализация, блинкера которой срабатывают при аварии на насосной станции. Осуществляется контроль аварийного отключения: - вводов;
- насосов;
- вытяжной вентиляции;
- напряжение в цепях предупредительной сигнализации;
- уровней в приемных резервуарах;
- уровня затопления насосной станции и переполнения дренажного приямка;
В случае неисправности срабатывает соответствующее сигнальное реле, выпадает блинкер, расшифровывающий характер неисправности и передается сигнал в схему диспетчерской сигнализации на водоочистную станцию.
На четвертой панели вынесены приборы КИП, указывающие уровень воды в резервуарах 1 и 2, давление в водоводах 1 и 2, расход воды на водоводах 1 и 2.
Насосная станция III подъема аналогична станции II подъема. На станции III подъема используется система управления насосами мощностью до 300 КВТ для регулирования подачи воды потребителям, путем оптимизации режимов работы насосов питьевой воды (НПВ). Система позволяет подключить один из насосов (НПВ1 - НПВ3) к частотному преобразователю, который в автоматическом режиме поддерживает заданное давление в водоводе. Частотное регулирование позволяет избежать дросселирующего режима (работа при частично открытой задвижке), что позволяет значительно сократить расход электроэнергии.
Графики расхода воды представлены в приложении 2.
1.2 Подземный источник
Подземным источником водоснабжения г. Соликамск являются артезианские скважины рис. 2
В настоящее время в работе находятся четыре скважины (суточный расход 3816 м3/сут) со следующими насосами (таблица 3).
Таблица 3
Номер скважины Марка установленного насоса Производительность, м3/час Напор, м
1 ЭЦВ8-25-100 25 100
1а ЭЦВ8-25-100 25 100
2 ЭЦВ8-25-100 25 100
2а ЭЦВ8-40-90 40 90
Рис.2.Схема водозабора подземных вод
Контроль за качеством воды осуществляется аттестованной химбаклабораторией. Для проведения анализа воды имеются следующие пробоотборные точки: § На I подъеме;
§ Во входной камере;
§ После контактных осветлителей (отдельно после каждого осветлителя и общая точка на трубопроводе чистой воды);