Техническое задание

на разработку и внедрение АСУ ТП водозаборного узла ВЗУ-8

МУП «Люберецкий Водоканал».

 

г. Люберцы.

 

 

1. Объект автоматизации.

Объектом автоматизации является водозаборный узел ВЗУ-8, который представляет собой (см. Рис.№1):

            Узел ввода воды из городской сети водоснабжения г. Москвы – задвижки З.1.1; З.1.2; З.1.3.

            Вода поступает параллельно в два накопительных резервуара РЧВ №1 и №2 по 800м³ каждый.

            Контроль за уровнем воды в резервуарах ведется по показаниям  двух датчиков уровня типа УТМ-5. – два канала АНАЛОГОВЫХ.( 4 – 20мА).

            Резервуары оборудованы двумя сигнализаторами ПЕРЕЛИВА типа емкостного реле уровня РУ 01 – два канала БИНАРНЫХ ( «0»/ «1» ).

            Для сброса осадка из резервуаров предусмотрены магистрали грязевых колодцев с задвижками З.Г.1 и З.Г.2.

             Контур водоснабжения представляет из себя дублированную систему, включающую магистрали №1 – с задвижками З.2.1;  З.2.2 и №2 – с задвижками З.2.3; З.2.4. Магистрали могут работать как вместе, так и поочередно, как от одного из резервуаров, так и от обоих вместе. Все зависит от алгоритма открытия/закрытия соответствующих задвижек.

             Магистраль №1 включает в себя два насосных агрегата 1- тип 4АМНУ225М2УЗ – 110кВт и 2 – тип A28032V3 – 110кВт. Работа и управление данными насосами осуществляется с использованием преобразователя частоты (П.Ч.) типа EI-P7002 и коммутатора (Б.К.) типа ШУ. Для каждого насоса предусмотрен обратный клапан ОК.2.1 и ОК.2.2. – типа 19С47НЖ.

            Магистраль №2 включает в себя один насосный агрегат тип Х-200-150-500. Управление и работа данным насосом осуществляется с помощью преобразователя частоты (П.Ч.) типа EI-P7002. Насос является резервным, но при пиковых расходах может быть включен параллельно насосу первой магистрали.

            Контроль за токами нагрузки по трем фазам электропитания насосов ведется по показаниям датчиков тока трансформаторным типа ТСМ 420 – шесть каналов АНАЛОГОВЫХ.( 4-20мА)

            Контроль за оборотами двигателей насосов осуществляется по показаниям тахометров типа ТГП - три канала АНАЛОГОВЫХ.(4-20мА).

            Выходные задвижки З.2.10 и З.2.11 подключают ВЗУ-8 к городской сети.

            Контроль за давлением воды на выходе из ВЗУ-8 осуществляется с помощью двух датчиков давления типа ИД 3- два канала АНАЛОГОВЫХ.(4-20мА).

            Контроль за расходом воды ведется по показаниям двух расходомеров типа Promag DU-100, которые установлены на входах в городскую водопроводную сеть – два АНАЛОГОВЫХ канала (4-20мА).

            Выходные магистрали снабжены стабилизаторами давления перфораторного типа. Они обеспечивают демпфирование ударных волн давления в магистрали и тем самым защищают агрегаты водозаборного узла от разрушения. Их применение увеличивает срок службы задвижек, клапанов и насосов в 3 - 4 раза.

            Электропитание ВЗУ-8 осуществляется по двум линиям, рабочей и резервной. Ввод осуществляется через электрощит типа ЩАП -63М-160А-ВРУ8208-ЩАП3-3076-31-УХЛ3. Для контроля он снабжен двумя реле обрыва фаз РОФ ( контроль - 2-а канала 0/1), по сигналу с которых происходит автоматическое переключение на ту, либо другую линию электропитания.

            Для уверенного запуска насосов они оборудованы электромагнитными поршневыми клапанами ЭПК-01-24 ( 1н канал управления 0/1 и два канала контроля отк / зак – 0/1) для выпуска воздуха из рабочей зоны. С каждым клапаном монтируется устройство контроля полного выпуска воздуха. Оно представляет из себя небольшой резервуар (V = 2л), снабженный емкостным реле уровня воды типа РУ 01 – 2 канала БИНАРНЫХ ( «0»/ «1» ).     

Задвижки З.1.1; З.1.2 ; З.2.10 и З.2.11 снабжены электроприводами типа НБ06 с электронным управлением. Все остальные задвижки  – с механическим приводом – 8 БИНАРНЫХ входов с концевиков ОТКР и ЗАКР; 8 БИНАРНЫХ выходов на ОТКР и ЗАКР Задвижек.

 

2. Функции АСУ ТП ВЗУ-8.

            Работа в режиме реального времени. Два рабочих места: 1) пульт Оператора на самом ВЗУ-8; 2) пульт Диспетчера на Водоканале.

            Постоянный мониторинг процесса водоснабжения потребителя с передачей информации на пульт диспетчера по выделенной линии Internet на расстояние 10км. При отключении Internet центральный контроллер  АСУ ТП автоматически поддерживает работу ВЗУ-8. На пульте диспетчера выдается сообщение о разрыве линии связи. После восстановления линии происходит автоматическое подключение Диспетчера.

            Отображение работы ВЗУ-8 на экране монитора диспетчера в виде мнемосхемы.

            Автоматическое управление технологическим процессом.

            Возможность  оператора или диспетчера изменять алгоритм работы ВЗУ-8.

            Автоматическое измерение технологического расхода воды, вычисление и  хранение удельных показателей (мгновенного, суточного и месячного расхода ) в виде таблиц и графиков.

            Контроль уровня и запаса воды в резервуарах.

            Контроль токов нагрузки по трем фазам электропитания насосов.

            Контроль обрыва фаз в входных линиях электропитания ВЗУ-8. По аварийному сигналу с РОФ происходит автоматическое переключение электропитания ВЗУ-8 с одной линии на другую. Кратковременное отключение питания (t ≤ 1сек) не должно приводить к срыву в работе ВЗУ-8. В случае отключения электропитания по обеим линиям на пульт Диспетчера выдается сигнал АВАРИИ с комментариями, останавливается работа насосов. Для предотвращения гидроудара предусмотрены стабилизаторы давления СД16-200 и обратные клапана. АСУ ТП в этом случае должна приходить в состояние НАСОСЫ ВЫКЛ. После восстановления электросети (сигнал с РОФ), АСУ ТП запускает работу ВДУ-8 в соответствии с алгоритмом изложенным ниже.

            Контроль аварийных и предаварийных режимов работы запорно-регулирующей арматуры и насосных агрегатов.

            Контроль давления на выходе ВЗУ-8 в городскую сеть.

                  Протоколирование аварийных и предаварийных ситуаций.

                  Протоколирование действий дежурного диспетчера.

                   Сигнализация «АВАРИЙ» на экране диспетчера с комментариями по их устранению.

                  Ручное управление всеми агрегатами ВЗУ-8 (кнопки ПУСК/ОСТАНОВ) при отказе работы центрального контроллера.

 

3. Алгоритм работы АСУТП ВЗУ-8.

        Начальная установка –  задвижки  З.1.1; З.1.2; З.1.3; З.Г.1; З.Г.2; З.2.10 и З.2.11 ЗАКРыты, все насосы ВЫКЛючены, все остальные задвижки ОТКрыты.  Входы управления : «1» - U = 12В-24В, «0» - U = 0В. Сигнальные концевики задвижек: Конц. ОТКР – «0», ЗАКР – «1». Клапана выпуска воздуха на насосах закрыты, емкостные реле на них – «0».

 

Автоматический режим работы.

 

Контур №1.

 

            Контроль уровня в РЧВ №1- АНАЛОГОВЫЙ вход (I = 4 – 20мА соответственно V = 0-800м³)

             Если объем воды V<750м³, то на вход ОТКР привода задвижки З.1.1 подается «1». Задвижка начинает открываться. Концевик ЗАКР 1.1  переходит в «0»(если не сбросился то – АВАРИЯ).

            При срабатывании концевика ОТКР – «1». Через Задержку в 3сек (для полного открытия задвижки) снимаем с входа ОТКР З.1.1  сигнал «1». Задвижка З.1.1  полностью ОТКРыта и вода поступает в РЧВ №1. Если концевик ОТКР не сработал в течение 1мин. после подачи сигнала на открытие задвижки то – АВАРИЯ.

            Если объем воды V≥790м³, то на вход ЗАКР привода задвижки З1.1 подается «1». Далее весь процесс проходит в обратном порядке пунктам 3.2 и 3.3. Задвижка ЗАКРывается полностью и вода перестает поступать в резервуар.

            По мере расходования воды из резервуара, уровень падает и при достижении V<750м³, соответствующая задвижка снова открывается (см. п. 3.1 и 3.2 )

            Если уровень воды в резервуаре падает V ≤ 400 м³,то через ПЧ выключается насос и станция приостанавливает свою работу. При достижении после этого V = 650 м³, то насос снова запускается по схеме, описанной ниже.

            Должен быть предусмотрен ЗАПРЕТ одновременной подачи управляющих сигналов на ОТКР и ЗАКР задвижек.

            Алгоритм работы накопителя РЧВ №2 аналогичен выше описанному с той лишь разницей, что задействована задвижка З.1.2.

            На уровне V = 800м³ в обоих резервуарах устанавливаются АВАРИЙНЫЕ датчики ПЕРЕЛИВА, по сигналу «1», с которых закрываются соответствующие задвижки (см. Рис.1)и на пульт диспетчера подается сигнал АВАРИИ датчика УРОВНЯ. После этого возобновить работу данного резервуара возможно только с пульта диспетчера после устранения неисправности и уменьшения уровня воды в резервуаре до безопасного.

            Для слива грязи из резервуаров предусмотрены задвижки З.Г.1 и З.Г.2. Они не автоматизируются и откр/закр вручную по мере надобности.

            Контроль уровня воды  в резервуарах и отображение ведется с дискретностью 1раз в мин.,  – 2а АНАЛОГОВЫХ канала (I = 4 – 20мА).

 

Контур №2.

 

             Диспетчер мышкой кликает на значки соответствующих задвижек тем самым, подавая «1» на входы ОТКР З.2.10;  З.2.11.   Открытие этих задвижек является как – бы начальной установкой( контроль соответствующих сигнальных концевиков ).

             На мнемосхеме процесс ОТКР/ЗАКР должен визуально отображаться в интуитивно понятной форме.

            Диспетчер  на мнемосхеме кликом мышки на значке одного из двух насосов, №1 или №2, выбирает, какой агрегат будет работать в данный момент. Значок, выбранного насоса, должен поменять цвет. Оба сразу насоса выбрать НЕВОЗМОЖНО.

            На вход переключения Блока Коммутатора поступает либо «0» - насос №1, либо «1» - насос №2.  Переключение насосов возможно только при остановленных агрегатах, что контролируется по показаниям соответствующих тахометров. Допустим, выбран насос №1. 

            После выбора насоса, запускается процесс выпуска воздуха. Открываются все три клапана на трех насосах. Подается «1» на входы управления клапанов и ведется контроль отк / зак по их сигнальным каналам. Далее определяются уровни воды в контрольных резервуарах по емкостным реле. Как только соответствующее реле сработало «1», то клапан закрывается.  Контрольный резервуар устроен так, что после заполнения, вода из него постепенно убывает в канализацию, и в течение 1часа  он опустошается. Таким образом резервуар готов к следующему циклу переключения насосов.

            Диспетчер должен выставить  в МЕНЮ на ПЧ нужное давление, которое он будет поддерживать в городской сети. Должна быть предусмотрена возможность изменять эту УСТАВКУ во время работы. 

            Как только появится совокупность сигналов «1» с концевиков задвижек З.2.10. и З.2.11 (по схеме ИЛИ); «1» со всех 3х реле (п3.16) по схеме «И», так на ТРИГГЕРЕ  R/S вырабатывается сигнал «1» разрешения запуска ПЧ. Если какая-либо из задвижек  или реле не сработали, то зажигается Флажок АВАРИЯ и запустить ПЧ не удасться.

            По разрешающему сигналу на вход управления ПЧ поступает УСТАВКА – частота оборотов двигателя насоса №1, пропорциональная выбранному давлению в городской сети – АНАЛОГОВЫЙ сигнал. ПЧ начинает постепенно повышать обороты насоса №1. Когда давление перед ОК. 2.1  сравняется с давлением после него, ОК. 2.1 открывается.

            Контроль выхода насоса на рабочий режим осуществляется по показанию тахометра ТХ1. При равенстве УСТАНОВЛЕННЫХ оборотов и показаний ТХ1, контроллер начинает вычислять разницу между сигналом УСТАВКИ давления и РЕАЛЬНОЙ величиной давления с датчиков ДАВЛЕНИЯ ДД1 и ДД2 по схеме ИЛИ (усредненное).

            После выхода на рабочий режим, на вход управления ПЧ подается уже усредненная через фильтр АНАЛОГОВАЯ величина  Рреал с датчиков давления М. 2.1 (ДД1) и М.2.2 (ДД2) по схеме ИЛИ. ПЧ будет автоматически удерживать эту величину в заданных рамках, с установленной погрешностью, например ∆Р = ± 5%.

            Должен быть визуальный контроль частоты оборотов двигателей, работающих в данный момент насосов, с соответствующих тахометров ТХ1 или ТХ2. В нашем случае насоса №1.

             Должен вестись и протоколироваться учет времени наработки каждого насоса. По истечении заданного времени автоматически должен производиться переход с одного насоса на другой.

            Система должна постоянно контролировать уровень воды в РЧВ1 и РЧВ2. Если уровень упадет до V ≤ 400м³, то  выдается сигнал на остановку насоса. После набора воды в резервуары до уровня 650м³, насос запускается по выше описанной схеме.

            Диспетчер имеет возможность, кликом мыши на значке насоса №3, подключить его к работе через соответствующее ПЧ по той же схеме, параллельно или отдельно от двух первых насосов.

 

Переключение насосов ШТАТНОЕ.

 

            В УСТАВКАХ диспетчера имеется возможность задачи времени наработки насоса до переключения. Отсчет начинается с момента запуска  в нашем случае насоса №1.

            По истечении времени наработки до переключения выдаётся сигнал «1» на выпуск воздуха на все три клапана насосов.

            Контроль срабатывания трех реле уровня воды на всех насосах по схеме «И» см.( п.3.16).

            Эта «1» срывает триггер запуска ПЧ в «0» и ПЧ медленно останавливает нсос №1. Контроль по тахометру №1.

            Как только останавливается насос №1, происходит переключение БК на насос №2 и после этого подается разрешающий сигнал на запуск ПЧ с теми же уставками, что были при работе насоса №1.

            Цикл повторяется при истечении времени наработки насоса №2.

 

Переключение насосов АВАРИЙНОЕ.

 

            Вариант №1 .Сигналом на переключение является выход величины Тока нагрузки по любой из фаз электропитания насоса из допустимого диапазона работы. Минимальная величина тока I > Iхол хода, максимальная I < Iперегрузки. Минимальная величина I – при спантанном закрытии соответствующих задвижек входных или выходных. Максимальная величина I – при выходе из строя двигателя насоса.   Дальше процесс переключения идет по выше описанной схеме. Должен загореться флажок АВАРИЯ, комментарий к ней.

            Вариант №2.  Насос №1 вышел на МАХ обороты, а давление в городской сети ( и по ДД1, и поДД2 )все равно падает. При снижении давления ниже ПОРОГОВОГО загорается флажок АВАРИЯ. После этого происходит переключение насосов по известной схеме.

            Вариант №3.   Если в варианте №2, даже после переключения, давление не восстановилось, а насос №2 вышел на МАХ обороты, то вторично автоматически переключения не последует. По горящему флагу АВАРИЯ и показаниям ДД1; ДД2; тахометров, диспетчер может:

 а) кликом мыши параллельно запустить насос №3;

 б) если и это не помогло, значит в городской сети прорыв.  После остановки насоса №3 диспетчер принудительно закрывает выходную задвижку З.2.10. Если давление в Д2.2 стабилизировалось, а в Д2.1 так и падает,  то значит прорыв в стороне задвижки З.2.10. Если наоборот, то надо открыть З.2,10 и закрыть З.2.11. 

  в) если и это не помогло, то диспетчер выключает насос №2 и закрывает все задвижки, тем самым останавливает ВЗУ-8.

 

Измерение и протоколирование технологического расхода воды и потребление электроэнергии.

 

            Расход воды снимается один раз в 0,5 часа с выходов двух расходомеров, запоминается протоколируется в виде таблиц и графиков ежедневно. Хранится в памяти. Должны вестись протоколы ежемесячного и годичного потребления воды.

             Показания электросчетчиков снимаются с заданной дискретностью с шагом в один час, с выполнением  расчета потребленной электроэнергии за любой период.  

 

Полуавтоматический режим работы.

 

Программное обеспечение должно позволять диспетчеру  или оператору вмешиваться в работу  агрегатов посредством МЕНЮ разрешенных манипуляций, что обеспечивает надежность работы АСУ ТП например: при пропадании Internet, а также изменять УСТАВКИ в реальном режиме времени. При этом все манипуляции должны автоматически регистрироваться в соответствующем протоколе.

 

 

4. Экран диспетчера.

 

             Мнемосхема водозаборного узла ВЗУ-8.

            Визуальное отображение процесса изменения уровня воды в резервуарах с численными показателями объема.

            Отображение ВКЛ/ВЫКЛ входных и выходных задвижек, ПЧ, БК, всех насосов.

            Цифровая информация показаний ТХ1, ТХ2, ТХ3, ДД1, ДД2 и токов нагрузки по 3 фазам электропитания насосов.

            Флажки АВАРИЙ с комментариями по каждому агрегату или ситуации и звуковая сигнализация.

            МЕНЮ УСТАВОК: а) давление в городской сети; б) время наработки на переключение насосов.

            Автоматический или полуавтоматический режим. В полуавтоматическом режиме – МЕНЮ разрешенных манипуляций.

            Экран должен быть защищен паролем от несанкционированного доступа.

            Протокол технологического расхода воды и наработки насосов.

            Протокол АВАРИЙ.

      Протокол действий Диспетчера.

 

5. Требования к конструкции.

 

            Уровень допустимых источников радиопомех должен соответствовать нормам 1-72-9-72.

          5.2   Шкаф управления должен быть выполнен в пылезащищенном корпусе, в настенном или напольном исполнении.

5.3     Рабочее место оператора  представляет собой ПК с платами ввода/вывода и со всеми атрибутами диспетчерского пункта.

 

6. Климатические условия работы – В1 по ГОСТ 12997-84.

 

                       температура                    +10 - +35 ^оС

                       влажность                        75% при 30 ^оС

                       давление              85 – 106,7 кПа

 

 

7.   Требования безопасности.

 

7.1 Требования к электрической прочности и сопротивлению изоляции электрических цепей по ГОСТ 21657. Система должна удовлетворять требованиям ПТЭ ПТБ.

7.2  Электрические цепи управления выполнены в искробезопасном исполнении.

7.3  Требования безопасности по ГОСТ 12.2.007.9 и ГОСТ 1.5

7.4   Контроллерное оборудование системы АСУТП должно быть оснащено блоком бесперебойного электропитания.

7.5 Организация и порядок проведения приемо-сдаточных испытаний системы в соответствии с Методическими указаниями МИ 2440-97 и МИ 2441-97.

 

 8.   Требования к документации, предоставляемой с системой:

 

8.1  Руководство по эксплуатации оборудования.

8.2  Техническая документация, отражающая функционирование программного обеспечения и связь его компонентов между собой, а также с аппаратными средствами.

8.3  Техническая документация, необходимая для обслуживания программного обеспечения и аппаратных средств и устранения типовых неисправностей.

8.4  Руководство пользователя системы, отражающее функционирование системы и описывающее пошаговое выполнение всех типовых операций.