Автоматизация КНС: проекты и оборудование. Канализационные насосные станции
Аварии на канализационных насосных станциях наносят ущерб экологии и здоровью людей. Как избежать этого с помощью автоматизации КНС? В статье - полезные советы проектировщикам и владельцам КНС.
1. Назначение и классификация КНС
Канализационные насосные станции (КНС) предназначены для перекачки сточных вод в случаях, когда невозможно или нецелесообразно организовать их отведение самотеком.
По назначению КНС делятся на:
- Главные - перекачивают все стоки с территории населенного пункта или промзоны.
- Районные - перекачивают стоки с части территории.
По типу перекачиваемых стоков различают КНС:
- Бытовых стоков от жилых и общественных зданий.
- Ливневых стоков с улиц и дворов.
В состав КНС входят: приемный резервуар, насосы, напорные трубопроводы, системы автоматизации.
2. Проблемы эксплуатации КНС
Основные проблемы эксплуатации КНС:
- Частые поломки насосов, засоры, отказы автоматики.
- Сброс неочищенных стоков в окружающую среду при авариях.
- Высокие затраты на электроэнергию из-за устаревшего оборудования.
- Влияние «человеческого фактора» - ошибки персонала.
Эти проблемы приводят к перебоям в работе КНС, экологическому ущербу, росту расходов на техобслуживание.
3. Преимущества автоматизации КНС
Автоматизация КНС дает множество преимуществ:
- Повышение надежности и бесперебойности работы.
- Снижение энергопотребления на 20-30%.
- Предотвращение аварийных выбросов в окружающую среду.
- Увеличение межремонтного периода оборудования.
- Сокращение трудозатрат на обслуживание КНС.
Например, на канализационной станции г. Волгограда после автоматизации экономия электроэнергии составила около 500 тыс. рублей в год. А межремонтный период насосов вырос с 1 до 5 лет.
Таким образом, автоматизация КНС - это эффективное решение для улучшения работы канализационных систем.
4. Оборудование автоматизации КНС
Для автоматизации КНС применяют различное оборудование:
- Датчики уровня, расхода, давления, температуры.
- Системы телеметрии, GSM-модемы, радиомодемы.
- Шкафы и панели управления с контроллерами.
- Частотные преобразователи для плавного пуска насосов.
- Компрессоры, мешалки, задвижки с электроприводом.
Выбор конкретных приборов и устройств зависит от особенностей КНС и требований заказчика.
Например, на небольшой КНС достаточно будет установить датчики уровня, шкаф управления и частотные преобразователи для насосов.
А на крупной станции потребуется полноценная АСУ ТП со SCADA-системой, радиомодемами и расширенным набором контрольно-измерительных приборов.
5. Проектирование автоматизации КНС
Проектирование автоматизации КНС включает следующие этапы:
- Сбор исходных данных об объекте автоматизации.
- Разработка алгоритмов управления технологическим процессом.
- Выбор конкретных приборов и оборудования автоматизации.
- Разработка схем внешних проводок и соединений.
- Программирование контроллеров и SCADA.
- Оформление проектно-сметной документации.
Стоимость проекта автоматизации КНС зависит от масштаба объекта и сложности системы. Для небольшой районной КНС цена проекта может составить 200-300 тыс. рублей.
6. Монтаж автоматизации КНС
После утверждения проекта выполняются работы по монтажу систем автоматизации:
- Подготовка помещений, крепление фундаментов и опор.
- Установка шкафов, кабельных лотков, прокладка кабельных трасс.
- Монтаж оборудования, датчиков, исполнительных механизмов.
- Подключение внешних проводок.
- Пусконаладочные работы, проверка работоспособности системы.
Стоимость монтажных работ типовой автоматизации КНС составляет ориентировочно около 500 тыс. рублей.
7. Эксплуатация автоматизированных КНС
Эксплуатация автоматизированных КНС включает:
- Ежедневный контроль параметров работы оборудования.
- Периодическое техобслуживание средств автоматизации.
- Своевременную замену вышедших из строя датчиков и приборов.
- Проверку исправности систем связи и телеметрии.
- Обучение персонала работе с автоматикой.
Грамотная эксплуатация позволяет максимально использовать преимущества автоматизированной КНС.
8. Типичные ошибки автоматизации КНС
Частые ошибки при автоматизации КНС:
- Недоучет специфики конкретного объекта.
- Неправильный подбор оборудования и средств автоматизации.
- Низкое качество монтажных и пусконаладочных работ.
- Отсутствие обучения персонала работе с системой.
Эти ошибки приводят к сбоям в работе, неисправностям, дополнительным затратам на доработку системы автоматизации.
9. Перспективы автоматизации КНС
Современные тенденции развития автоматизации КНС:
- Внедрение «умных КНС» с элементами искусственного интеллекта.
- Интеграция КНС в общегородские АСУ ТП коммунального хозяйства.
- Переход к беспроводным технологиям сбора данных.
Автоматизация позволяет значительно повысить эффективность работы КНС.
10. Диспетчеризация и телеметрия КНС
Важным элементом автоматизации КНС является организация диспетчерского контроля и телеметрии. Это позволяет:
- Получать данные о работе КНС в режиме реального времени.
- Оперативно реагировать на нештатные ситуации.
- Анализировать тренды и оптимизировать режимы работы.
Для передачи данных используются радиомодемы, GSM-модемы, выделенные каналы связи.
11. Пример системы диспетчеризации КНС
Рассмотрим пример организации диспетчерского контроля для группы районных КНС:
- Контроллеры КНС собирают данные и передают на радиомодем.
- Радиомодем осуществляет обмен данными с центральным диспетчерским сервером.
- SCADA-система обрабатывает данные и визуализирует информацию на АРМ оператора.
- Оператор контролирует КНС и при необходимости отправляет команды.
Такая система позволяет организовать надежный контроль группы КНС одним оператором.
12. Доступ к параметрам КНС через Интернет
Современные SCADA-системы для КНС поддерживают удаленный мониторинг через Интернет. Это дает возможность:
- Контролировать КНС с мобильных устройств.
- Оповещать ответственных лиц о нештатных ситуациях.
- Просматривать архивы и отчеты удаленно.
Требуется обеспечить защиту от несанкционированного доступа при передаче данных в Интернет.
13. Перспективы интеллектуализации КНС
В ближайшие годы ожидается внедрение в КНС технологий искусственного интеллекта:
- Нейросетевые алгоритмы прогнозирования нагрузки.
- Интеллектуальные помощники для операторов КНС.
- Адаптивные системы управления режимами работы оборудования.
Это повысит энергоэффективность, надежность и автономность работы КНС.
14. Отечественные производители оборудования автоматизации КНС
Среди российских компаний, производящих оборудование автоматизации КНС:
- ОВЕН - приборы автоматики, контроллеры, шкафы управления;
- Эмикон - системы телеметрии и связи, SCADA;
- Данфосс - частотные преобразователи;
- Круг - расходомеры и датчики уровня жидкости.
Использование отечественных комплектующих помогает снизить затраты на автоматизацию КНС.
15. Внедрение частотно-регулируемого привода
Одно из эффективных решений для автоматизации КНС - применение частотно-регулируемого привода (ЧРП) для насосов вместо нерегулируемого. Это дает возможность:
- Плавно регулировать производительность насосов.
- Избегать гидроударов при запуске и остановке.
- Снижать потребление электроэнергии.
ЧРП окупается за 2-3 года за счет экономии электроэнергии.
16. Датчики загазованности и затопления
Для обеспечения безопасности на КНС устанавливают датчики:
- Загазованности - для своевременного обнаружения опасных концентраций газов.
- Затопления - для оповещения о поступлении воды в помещения станции.
При срабатывании датчиков система автоматики активирует сигнализацию и аварийную вентиляцию.
17. Выбор исполнения шкафов автоматики КНС
Шкафы автоматики КНС выпускаются в различном исполнении:
- Навесные настенные.
- Напольные свободностоящие.
- Для уличной установки со степенью защиты IP54 и выше.
Выбор зависит от условий эксплуатации и требований технического задания.