Автоматизация водоснабжения

Основные виды автоматики для насосов.

Автоматика для насосов разделяется на несколько видов устройств, которые имеют разные принципы работы. Начнем рассматривать их по очереди, начиная с самых простых из них. Итак, самыми простыми элементами автоматики являются механические реле давления.

Реле давления.

Реле давления устанавливается на насосных станциях с гидроаккумулятором и работают по следующему принципу:

• Реле включает питание насоса при падении давления воды в системе ниже уровня включения (чаще всего 1,5 атмосферы)
• Если идет разбор воды (например, открыт смеситель на кухне или душ) насос продолжает работать.

  

• После прекращения разбора воды насос работает до тех пор, пока давление не достигнет уровня размыкания цепи (чаще всего 3 атмосферы)

Реле давления — самый простой и распространенный вид автоматики для насосов. С его помощью можно сделать насосную станцию из любого насоса, который способен развить давление необходимое для выключения реле. Его обычно присоединяют либо в специальное посадочное место в корпусе насоса, либо через фитинг, который называется пятивыводной штуцер (см. рисунок). Кроме реле на него можно подключить гидроаккумулятор и манометр.

Реле защиты от «сухого хода».

Есть еще один вид реле давления — это реле защиты от «сухого хода». Также оно иногда называется датчиком сухого хода или ДСХ. Такое реле работает наоборот:

• При нормальной работе насоса, давление воды удерживает контакты ДСХ замкнутыми.

  

• При падении давления воды в магистрали ниже порогового уровня ДСХ размыкает электрическую цепь и выключает насос. Пороговый уровень давления лежит в пределах 0,1 — 0,8 атмосферы.

Реле защиты от «сухого хода» может работать на поверхностных и глубинных насосах, а также на насосных станциях и является самым простым способом предохранить насос от поломки в случае пропажи воды.

 

Поплавковый выключатель.

Поплавковый выключатель осуществляет включение и отключение насоса в зависимости от уровня жидкости в ёмкости. То есть, при падении уровня жидкости в ёмкости до минимума, он включает насос, а при достижении максимального уровня, насос выключается. Поплавковые выключатели могут быть с разной длиной шнура питания. Уровень погружения поплавка регулируется специальным грузом, который идет в комплекте. Поплавковый клапан — очень простое и надежное решение для наполнения емкостей при помощи насоса.

Автомат контроля уровня.

Такие автоматы используются для поддержания необходимого уровня жидкости в накопительных емкостях. От поплавковых выключателей их отличает тип датчиков — здесь они работают по замыканию или размыканию цепи. Они не будут работать, если жидкость в ёмкости не проводит электричество. Такой жидкостью будет, например, дистиллированная вода.

 

Поплавковый клапан.

Еще одним решением для наполнения емкости водой является поплавковый клапан. Для его работы не нужно электричество — он открывается от действия силы тяжести, а закрывается когда вода поднимет его до максимального уровня. Такая система применялась раньше для наполнения бачков унитаза. Недостатком поплавкового клапана является большое время заполнения емкости.

Блоки управления насосом.

Блок управления насосом — это специальное устройство, которое регулирует работу насоса. Блок управления насосом может осуществлять следующие функции:

• Обеспечивает постоянное давление в системе при различном разборе воды — удобно при использовании проточных водонагревателей и автоматических систем полива.
• Осуществляет защиту от «сухого хода».
• Ограничивает частоту включения насоса — продлевает жизнь двигателю насоса.
• Имеет встроенный обратный клапан.

 

Кроме того, блоки управления просты в монтаже и имеют небольшие габариты. Все, что описано выше есть не во всех моделях и не у всех производителей. На рынке много дешевых китайских блоков, которые могут поддерживать давление в системе в определенном промежутке (работая с гидроаккумулятором или без) и защищать от «сухого хода». На этом их возможности заканчиваются, но цена остается приемлемой.

Блок управления имеет ограничение по мощности подключаемого насоса. Чаще всего мощность ограничивается 1,5 кВт, но есть модели, которые рассчитаны на мощность 2,2 кВт. Если ограничение мощности не указано, то обязательно должно быть ограничение по току (обычно от 10 до 20 Ампер). При необходимости установки на мощный насос, необходимо использовать подключение питания насоса через пускатель.

Кроме того, блоки имеют ограничение по расходу воды. Превышение рекомендованного расхода может вызвать поломку блока, которая не будет являться гарантийным случаем. Обойти эту проблему возможно установкой блока на «байпас». Сечение трубы, из которой он сделан должно быть меньше сечения основной магистрали, тогда основной поток через нее не пойдет, но блоку управления этого будет достаточно для корректной работы.

Резюме.

Выбор автоматики для насоса определяется прежде всего вашим удобством. Кроме удобства есть еще такой параметр как надежность системы. Электронные блоки управления обладают меньшей надежностью, чем электромеханические реле, потому что они сложнее устроены. Но с их помощью можно в одном устройстве объединить сразу несколько. А при ограниченных габаритах это очень ценное свойство. Именно поэтому, советую руководствоваться вашим удобством при выборе автоматики.

znayteplo.ru

Автоматизированное водоснабжение: этапы устройства

Очень часто встречается, что в сельской местности даже на стадии проектирования отсутствует центральный водопровод. А даже если и проложена общая водопроводная сеть, то в ней слабое давление, частые отключения подачи воды или вода в них не отвечает требуемым качествам. Как правило, выход из такой ситуации – поиск и самостоятельная добыча воды из-под земли. Такая работа предполагает выполнение достаточно большого объема трудовых и финансовых затрат:

• обустройство скважины;
• выбор оборудования (насос или насосная станция);
• установка оборудования;
• монтаж и обустройство трубопровода;
• установка гидроаккумулятора;
• монтаж контроллеров;
• обустройство электропитанием всей системы.

Автоматизация водоснабжения должна обеспечивать бесперебойную подачу воды под определенным давлением ко всем потребителям, независимо от погодных условий и времени года. Для этого необходимо сначала обустроить скважину кессоном. Это углубление в земле, которое выполняется в виде цилиндра или прямоугольника.

Кессон играет роль защиты скважины от попадания в нее верхних грунтовых вод, мусора и атмосферных осадков.

Как правило, углубление для обустройства кессона выполняется до 2-х метров, и оно обустраивается железобетонными плитами, которые должны плотно прилегать друг к другу. Кессон должен возвышаться над поверхностью грунта не менее чем на 200 мм. Он должен иметь надежную гидроизоляцию, которая выполняется при помощи битумной мастики или листовых материалов (еврорубероидом).

Выбор оборудования для автоматизации

Для того чтобы автоматизация водоснабжения была работоспособной, необходимо правильно выбрать и выполнить монтаж соответствующего оборудования. Чтобы поддерживать давление в трубопроводе, на выхлопной патрубок насосной установки ставится обратный клапан, который не даст закачанной воде уйти из труб. Насос устанавливают в скважине таким образом, чтобы расстояние до дна колодца было не меньше полуметра. Более точные ограничения необходимо читать в прилагающейся к насосу инструкции.

Если в дом требуется провести наружное напорное водоснабжение, для таких целей удобно использовать трубу из полиэтилена. Они долговечные, пластичные и доступны по стоимости. Водопровод из такого материала прокладывается легко и быстро при помощи хомутов, муфт и тройников, которые также продаются в магазинах хозяйственных товаров.

Диаметр трубы необходимо выбирать, исходя из характеристики насосного оборудования. Чтобы обезопасить трубы от замерзания или механического повреждения, их следует уложить в траншею. Последняя должна располагаться ниже, чем глубина промерзания грунта. Также трубы стоит обернуть теплоизолирующим материалом.

aquagroup.ru

ВВЕДЕНИЕ

Характерным свойством систем управления, определяющим их как особый класс динамических систем, является использование текущей информации об управляемых и управляющих воздействиях при реализации обратных и компенсирующих связей, предназначенных для обеспечения оптимального качества управления по выбранному критерию.

Основы научного подхода к проектированию автоматических устройств были заложены еще в ХГХ в. русским ученым И. А. Вышнеградским, определившим, что машина и регулятор образуют единую динамическую систему. Им сформулированы также основные положения теории устойчивости и важнейшие закономерности регулирования по принципу обратной связи.

Повышение мощности, сложности и стоимости технологических комплексов и систем как объектов управления, ужесточение требований к качеству продукции, охране окружающей среды и безопасности персонала, а также обеспечение длительной работоспособности оборудования являются экономическими и социальными предпосылками к непрерывному совершенствованию систем управления.

В настоящее время достигнуты определенные успехи в создании автоматизированных (с участием человека) и полностью автоматических управляющих систем. Это способствовало бурному развитию микропроцессорных средств, способных выполнять весь комплекс функций по преобразованию, передаче, обработке, хранению и использованию информации для воздействия на технологический процесс и для связи с оператором. В первую очередь осуществляются измерение, контроль и регулирование состояния технологических объектов.

1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Водоснабжение городских потребителей хорошо механизировано и автоматизировано. Благодаря автоматизации человек практически освобожден от ручного труда при добыче, доставке и распределении воды на предприятия и в быту. Автоматизация позволила увеличить производительность труда по водоснабжению в 20 раз, снизить эксплуатационные затраты в 10 раз.

Для подъема и раздачи воды применяют водонасосные установки, состоящие из водоприемников, очистительных сооружений, резервуаров чистой воды или водонапорных башен, соединительной водопроводной сети и электронасосов со станциями управления. Наиболее широко в сельском хозяйстве распространены центробежные и осевые насосы. Насосы выполняют в моноблоке с электродвигателями и погружают в воду или располагают на поверхности земли.

Для подъема воды из открытых водоемов и шахтных колодцев используют также плавающие центробежные насосы. Широко распространены так называемые объемно-инерционные насосы с электромагнитным вибрационным приводом, рассчитанные на малую подачу воды (до 1 м³ /ч при напоре 20 м).

В водоснабжении используют водонасосные установки трех типов: башенные с водонапорным баком, безбашенные с водонапорным котлом и непосредственной подачей воды в водопроводную сеть. Почти в 90 % случаев используют башенные водонасосные установки с расходом воды до 30 м³ /ч. Если расход воды составляет 30…б5м³ /ч, то рекомендуют двухагрегатные насосные станции с водонапорным котлом. При расходе воды более 65 м³ /ч экономически целесообразно использовать насосные установки с непосредственной подачей воды в распределительную сеть.

Безбашенная автоматическая водоподъемная установка типа ВУ (рис. 1.1) предназначена для подъема воды из открытых водоемов и шахтных колодцев глубиной до 5 м при напоре 25…80 м. Установка состоит из всасывающей трубы 1 с приемным фильтром насосного агрегата 2, нагнетательной 3 и водоразборной 12 труб с запирающими вентилями 5, воздушно-водяного бака 4 с датчиком давления 8 и струйным регулятором запаса воздуха, имеющего камеру смешивания 6, воздушный клапан 7, жиклер 10 и диффузор 11.

Рис.1.1. Технологическая схема водоподъемной установки типа ВУ (а) и принципиальная электрическая схема управления ею (б):

1 – всасывающая труба; 2 – насосный агрегат; 3 – нагнетательная труба; 4 – воздушно-водяной бак; 5 – запирающий вентиль; 6 – камера смешивания; 7 – воздушный клапан; 8 – датчик давления; 9 – предохранительный клапан; 10 – жиклер; 11 – диффузор; 12 – водозаборная труба

Схема управления в автоматическом режиме работает следующим образом. Вода к потребителю поступает под давлением воздушной подушки, расположенной над водой в котле. При разборе воды из котла давление в котле снижается и контакты манометрического датчика давления ВР замыкаются, катушка магнитного пускателя КМ получает питание и включает электронасос.

Давление включения, МПа, рассчитывают по формуле

P₁ = (H_св + H_р + H_пот )10^-2

где H_св — свободный напор у потребителя, м (для одноэтажных зданий 8 м, для двухэтажных — 12 м); H_р — разность отметок расчетных точек водопроводной сети и минимального уровня воды в баке, м; H_пот — потери напора в водопроводной сети, м.

При увеличении уровня воды давление в котле повышается до заданного значения, при котором контакты ВР размыкаются и насос отключается.

Давление выключения, МПа, определяют по формуле

P₂ = 1,7P₁ + 0,7

Ручное управление электронасосом осуществляется кнопками SB2 «Пуск» и SB1 «Стоп».

Объем воздушной подушки в баке постоянно уменьшается, так как часть воздуха растворяется и выносится с водой. Вследствие этого уменьшается давление воздушной подушки и регулирующий объем в котле снижается.

Для автоматического поддержания объема воздушной подушки служит регулятор, обеспечивающий подкачку воздуха до давления в баке 250 кПа. При максимальных аварийных давлениях срабатывает предохранительный клапан 9. Пополнение воздуха происходит, когда жиклер 10 перекрыт водой. Струя воды под действием насоса создает разрежение в камере 6 (эффект пульверизации), воздушный клапан 7 открывается, и воздух, смешиваясь с водой, поступает в котел.

Безбашенные водоподъемные установки имеют низкий коэффициент использования объема бака (0,15…0,2)V, большой перепад давлений (20…30 м) при малом регулирующем объеме V_p и взрывоопасны. Поэтому их применяют ограничено.

Башенная система водоснабжения обычно работает по следующей схеме: водоисточник — насосный агрегат — напорный агрегат — напорный трубопровод — водонапорная башня — водопроводная сеть — потребители воды.

При включении насоса вода поступает одновременно к потребителям и в напорный бак башни. Количество поступающей в бак воды равно разности между подачей насоса и расходом потребителей. После наполнения 6avх насосный агрегат отключается и водоснабжение потребителей обеспечивается водой, запасенной в баке. Вместимость бака стандартных водонапорных башен-колонн 15…50 м³ и более. При этом общая вместимость бака определяется как сумма трех объемов: регулирующего, запасного и «мертвого». «Мертвый» объем, как правило, невелик. В него входят отстойная часть бака и часть объема бака от его верхней кромки до максимального уровня воды (высотой примерно 0,3 м).

Запасной объем должен хранить хозяйственно-производственный запас на случай перерыва в электроснабжении и, главное, пожарный запас воды, размеры которого определяются строительными нормами и правилами.

Регулирующий объем V_р (м³ ), подача насоса G_H (м³ /ч) и текущее потребление воды G_p (м³ /ч) определяют продолжительность работы насосного агрегата

T_п =V_p /(G_н – G_p )

Продолжительность паузы

T_п =V_p /G_p .

Соответственно время цикла Т_ц = Т_р + Т_п

Максимальное число включений будет при :

n = 0,25(G_н /V_p ).

Наибольшее число включений в течение суток

n_max = 24n = 6(G_н /V_p ).

По этой формуле определяют рабочий объем V_p , ограничивающий максимальное число включений насосного агрегата n_max :

n = 6 G_н / n_max

Рабочий объем бака при автоматическом управлении насосным агрегатом определяется расстоянием hмежду датчиками верхнего и нижнего уровней.

Таким образом, для того чтобы обеспечить число включений погружного насоса не более допустимого по техническим условиям, расстояние между датчиками верхнего и нижнего уровней (зона неоднозначности двухпозиционного регулятора) должно быть

n = 6 G_н / (n_max F)

где F— площадь зеркала воды в баке, м³ .

Опыт эксплуатации погружных насосов свидетельствует о том, что n_max не должно превышать 50…70 (в зависимости от конструкции) с интервалом между включениями не менее 5 мин.

Схема башенной водонасосной станции с датчиком уровня воды изображена на рисунке 1.2, а, 6. Погружной электродвигатель 1 в монолите с многоступенчатым насосом 2 закреплен на водоподъемных трубах 3 и опущен в скважину 5. Трубы закреплены в плите 7, установленной в санитарно-техническом помещении 11. Скважины укреплены обсадными трубами диаметром 100…450 мм. Электродвигатели выполнены сухими, полусухими или заполненными водой. Наиболее распространены электродвигатели, заполненные водой. Резинометаллические или пластиковые подшипники также смазываются водой. К электродвигателю подведен кабель 6, закрепленный на водоподъемных трубах хомутами 4. Всасывающая часть трубы снабжена сеткой, задерживающей крупные примеси, которые могут содержаться в воде.

Бак 12 башни выполнен сварным из листовой стали и установлен на кирпичной, железобетонной или металлической опоре. К баку подведен напорно-разводящий трубопровод 10. Конец напорной трубы доведен до верхнего уровня, а отвод воды из бака происходит через обратный клапан у нижнего уровня. Бак оборудован внешней /7 и внутренней 18 лестницами, люком 16, вентиляционным клапаном 15, датчиком уровня 14 и водосливной трубой 13, исключающей переполнение бака водой в случае неотключения насоса. На водопроводе установлен манометр 8 и задвижки 9.

mirznanii.com

Требования к автоматическим установкам водоснабжения

Современные технологии позволяют автоматизировать практически любую систему водоснабжения:

• артезианок;
• фильтровальных станций;
• канализационных насосных;
• станций первого и второго подъемов;
• повысительных станций;
• очистных сооружений.

Необходимо учитывать то, что процесс добычи, очистки и доставки воды связан с разнообразными физическими, химическими и биологическими реакциями. Автоматизация процесса водоснабжения проводится с учетом следующих особенностей:

• интенсивность работы оборудования постоянно меняется;
• характеристики первичной воды не стабильны;
• оборудование размещается в отделенных друг от друга точках, управление ими ведется из единого центра;
• жесткие требования к качеству воды, поставляемой потребителю;
• работа в экономичном режиме;
• при поломке на одном участке обеспечение работы остального оборудования в штатном режиме.

Комплектация автоматизированной системы водоснабжения

Автоматизация процесса водоснабжения осуществляется с помощью:

• измерительных преобразователей;
• датчиков для измерения показателей и, расхода воды;
• блоков ввода данных и вывода;
• исполнительных механизмов;
• контроллера.

Датчики определяют характеристики, регулируют и сигнализируют о неполадках в процессах.

Модули (блоки) ввода и вывода переводят информацию, полученную от датчиков в удобный для обработки формат и поставляющие далее на контроллер.

Измерительные преобразователи преобразуют контролируемые параметры или сигналы в удобную для хранения или обработки форму.

Контроллер управляет технологическими процессами, используя данные датчиков. В отличие от бытовых компьютеров, промышленные контроллеры оснащены мощной системой ввода и вывода сигналов с периферии. Они не требуют постоянного контроля и выдерживают неблагоприятные климатические условия.

Исполнительный механизм — получает сигнал от контроллера и преобразует его в движение. Схема исполнительного механизма автоматизации водоснабжения состоит из реле, гидравлического или пневматического привода, двигателя.

Для доставки информации с периферии в пункт управления используются:

• радиоканалы;
• коммутатор;
• мобильная телефония;
• беспроводной интернет;
• спутниковая связь.

Схема автоматизации артезианских источников

Автоматизация процесса водозабора из глубинных скважин и снабжения водой потребителя должна соответствовать условиям:

• автоматизируется весь процесс от получения воды до доставки людям;
• обеспечивается постоянный мониторинг добычи воды и количества в емкостях, работы оборудования;
• все данные архивируются в базах данных контроллера;
• операторы могут в любой момент изменить параметры насосов из диспетчерской.

Схема автоматизации водоснабжения

1. В диспетчерском пункте монтируется щиток с контроллером, а также компьютер. Контроллер связывается с компьютером посредством беспроводной связи через Ethernet.
2. Скважины автоматизированной системы водоснабжения и водоотведения оборудуются блоками ввода и вывода, датчиками для контроля над напряжением и давлением, счетчиками импульсов, механизмом плавного запуска.
3. Станции водозабора оборудуются блоками ввода и вывода, датчиками тока и давления, счетчиками импульсов. Блок защиты мотора устанавливается на каждый насос.
4. В баке для воды устанавливают счетчик давления.
5. Для соединения всех источников забора воды и станций используется кабель типа «витая пара».

Каждая автоматизированная система водоснабжения и водоотведения оснащается программой управления. В результате насосы работают без присутствия человека, поддерживая нужное количество воды в цистернах. Они обеспечивают заданный напор в водопроводных трубах. Эффективно работает схема, когда один насос ведущий, другие ведомые. Через определенный период ведущий насос меняется, это предотвращает преждевременный износ оборудования. Контроллер автоматизированной системы водоснабжения подсчитывает количество часов, наработанных каждым насосом.

Контроллер анализирует ошибки оборудования: обрывы или замыкания в цепях, отсутствие связи с датчиками, скачки напряжения, аварийные пределы. Если датчик ломается, на пульт управления приходит информация об этом. В автоматическом режиме контроллер разрешает насосу работать, регулируя расход воды и поток.

Оператор видит на мониторе информацию о взломе оборудования, затоплении или возгорании, температуре воздуха, давлении и расходе воды, количестве воды в баках. Схема автоматизированного водоснабжения позволяет оператору дистанционно включать или выключать насосы, перезапускать механизм плавного спуска.

Автоматизация башенных установок водозабора

В сельском хозяйстве преимущественно распространено водоснабжение автоматизированными установками башенного типа с погружными насосами. Схема управления башенной водокачкой дает возможность автоматически или вручную включать или выключать насос, предохраняет электромотор от замыканий и перегрузок, подает световые сигналы о состоянии насоса.

Чтобы на водокачке башенного типа перевести установки водоснабжения из автоматического на ручной режим, тумблер SA устанавливают на P. При переводе на О установка выключается. Когда в башне воды нет, контакты датчиков размыкаются, а магнитного пускателя соединяются. В установке водоснабжения башенного типа автоматически запускается насос и закачивает необходимое количество воды. Как только вода доходит до контактов реле КV, отключается подача тока на насос. При включенном насосе светится красный индикатор, при выключенном — зеленый.

Автоматизированная система водоснабжения позволяет, уменьшить численность обслуживающего персонала, прослеживать все процессы, показатели датчиков, режимы работы оборудования, контролировать производительность источников водозабора, в реальном времени учитывать объем добываемой воды.

Видеопример автоматизации водоснабжения поселка в Забайкалье:

strojdvor.ru

Чем хороша скважина?

Если вы решили, что хотите бурить скважину, то вам просто необходимо знать о её достоинствах и недостатках. В первую очередь расскажем про достоинства. Достоинств у данного вида источника немало, особенно это касается качества воды, поскольку скважина может буриться на достаточно большую глубину, где качество воды намного лучше, чем в колодце на меньшей глубине.

К тому же бурение скважины возможно на такую глубину, где залегают артезианские воды, а это уже совершенно иное качество воды. Такого количества и качества воды вы не найдёте на меньшей глубине, на который можно обустроить колодец.

Также при условии обустройства артезианской скважины можно говорить о сроке её эксплуатации на протяжении 50 лет, это достаточно внушительный срок.

Недостатков скважины в качестве источника воды также очень много. В частности, если вы начинаете бурить артезианскую скважину, где вода будет гораздо вкуснее, нежели в колодце, то вам стоит понимать, что заплатить за эту скважину придётся немало. В первую очередь, конечно же, за машинное бурение. Ведь вручную пробурить такую скважину просто невозможно. А машинное бурение сегодня стоит достаточно дорого.

И если вы находитесь на большой высоте, или же в вашем регионе вода залегает слишком глубоко, то  глубина скважины может достигать 100м. Также необходимо понимать, что сегодня артезианские скважины должны регистрироваться. Процесс регистрации скважины отнимет у вас, как минимум, много времени, не говоря уже о том, что вам придётся платить.

Если же вы скажете, что можно пробурить скважину на меньшую глубину, то окажетесь правы. Однако опять же, бурение скважины на такую же глубину как колодца стоит не дорого, а вот срок эксплуатации скважины намного меньше. Поскольку на глубине 10 или 15 м, как правило, залегает песчаная порода, она в скором времени после бурения скважины начинает обваливаться, да и к тому же, постоянно в воду будет попадать песок, что будет усложнять её фильтрацию .

Чем выгодно использовать колодец?

Если вы подумали, что бурение скважины для вас слишком дорогой и сложный процесс, то, возможно, вам стоит сделать колодец. Однако в данном случае необходимо, чтобы вода у вас на участке залегала не слишком глубоко.

Преимуществом колодца является, безусловно, срок эксплуатации. Колодец может служить на протяжении 50 лет, и при этом необходимо будет рыть его на глубину всего лишь до 15 м. Поэтому затраты будут однозначно меньшими, нежели на бурение артезианской скважины. Рыть колодец можно вручную, в таком случае можно ещё и сэкономить на оплате труда наемных рабочих, сделать все своими руками.

Смотреть видео фильм «Автоматизация водоснабжения»:

В остальном использование колодца будет очень похоже на использование скважины. Вам также будет необходимо устанавливать на колодец насос, ну и конечно, очищать воду, которую вы из него получите. Однако даже при размещении воды в песчаном слое при использовании колодца она будет загрязняться гораздо меньше, чем при использовании скважины.

Колодец также имеет свои недостатки. Ведь если у вас вода залегает на глубине более чем 15 м, бурить колодец будет не рационально, не выгодно, возможно, даже и нереально. Поэтому вам необходимо выяснить, на какой глубине у вас находится вода, а также какого качества эта вода. Поскольку на глубине до 15 м может залегать совсем не пригодная для питья вода, в таком случае ее можно будет использовать лишь для хозяйственных нужд.

В остальном колодец является более выгодным, чем скважина, конечно же, если в вашем районе вообще возможно бурение колодца. Если вы выбрали уже подходящий вариант источника воды, то теперь вам просто необходимо оборудовать систему. А это уже совершенно иная категория водоснабжения, мы плавно переходим к выбору приспособлений для обустройства такой системы.

Элементы водоснабжения

Если вы занимаетесь водоснабжением частного дома, где отсутствует централизованная водопроводная сеть, то вам необходимо позаботиться о приобретении некоторых элементов водоснабжения, которые являются несколько специфичными для централизованных сетей. Кроме стандартных труб, фитингов, кранов, также нужно приобрести еще несколько устройств. Вам необходимо позаботиться о покупке таких элементов, как насос для создания давления в системе, а также приобрести мембранный бак.

Последние два элемента являются несколько специфичными для централизованных систем водоснабжения и там они просто не устанавливаются. Установка насосов для давления ещё хоть как-то возможна, например, если вы живёте в высотном здании на последнем этаже, и давление в системе слишком низкое. А вот использование расширительного бака для системы централизованного водоснабжения невозможно, а точнее, бессмысленно.

Зачем нужен мембранный бак для автономной системы водоснабжения?

Установка мембранного бака для автономной системы водоснабжения является необходимостью, поскольку данный элемент позволяет поддерживать постоянное давление в системе. Также с его помощью удается регулировать работу насоса, который отвечает за нагнетание давления. Это является главным условием автоматизации водоснабжения, в противном случае вам необходимо будет самостоятельно заниматься включением и выключением насоса, а также поддержанием постоянного давления, что не очень удобно.

Мембранный бак выполняет сразу несколько функций. Однако основной функцией его является поддержание постоянного давления в системе. Кроме этого мембранный бак может использоваться в качестве хорошего резервуара для запаса воды на случай отключения электроэнергии, или выхода насоса из строя. В таком случае у вас ещё будет некоторый объем воды, который вы можете использовать на протяжении энного количества времени до момента включения электроэнергии, или же во время ремонта насоса. Причём, давление в системе в таком случае будет все равно сохраняться на одном уровне.

Суть работы подобного устройства очень простая, однако для того чтобы понять, сначала необходимо разобраться с его конструктивными особенностями. Конструкция данного бака включает резиновую мембрану. Мембрана выполнена из безопасных с точки зрения экологии материалов, они не токсичные и полностью подходят для использования с питьевой водой. В эту мембрану поступает вода, она начинает расширяться. Заранее скажем, что мембрана разделяет полностью всю ёмкость на две части. Одна из них называется камерой для воды, а другая – воздушной камерой. При наполнении бака водой воздушная камера постепенно сжимается, а вот водная расширяется.

Соответственно, давление в системе при расширении водной камеры постепенно возрастает. Особенно возрастает давление в воздушной камере, где воздух постепенно сжимается до того момента, пока не сработает реле.

Реле установлено именно на воздушной камере, и срабатывает при достижении определённого уровня давления. Как только необходимое давление достигнуто, реле подает команду насосу на выключение. Насос перестаёт работать, а заданное давление сохраняется ещё некоторое время в системе в зависимости от того, насколько большого объема бак вы купили.

Для автоматизации водоснабжения мембранный бак является практически незаменимым устройством, он позволяет максимально комфортно использовать автономную систему водоснабжения.

voday.ru

Автоматизация системы водоснабжения

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Обзор технической литературы

1.1 Система водоснабжения как объект автоматизации

1.2 Виды водоснабжения

1.3 Основные элементы системы водоснабжения

1.4 Описание технологического процесса прямоточного водоснабжения

2. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса

2.1 Структурная схема АСУ ТП водоснабжения

2.2 Подбор необходимых датчиков, исполнительных механизмов и мест их расположения

5) Резервуары для воды выбраны: РВС-100 и РВС-200 (100 и 200 м3 – резервуар 1 и 2 соответственно)

2.3 Схема информационных потоков АСУ технологическим объектом

2.4 Выбор контроллера для автоматизированной системы

2.5 Функциональная схема технологического объекта

3. Разработка алгоритмов функционирования

3.1 Алгоритм функционирования СУ технологического объекта

3.2 Алгоритм запуска технологического объекта

3.3 Алгоритм функционирования системы

3.4 Алгоритм остановки системы

3.5 Алгоритм работы системы при аварии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приложение А

Приложение Б

Введение

Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства невозможны без применения средств автоматизации. Характерной особенностью современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных систем, интегрированных систем проектирования и управления, SCADA-систем.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи:

вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов;

управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т. п.;

автоматически управлять процессами в условиях вредных или опасных для человека.

Решение поставленных задач предусматривает целый комплекс вопросов по проектированию и модернизации существующих и вновь разрабатываемых систем автоматизации технологических процессов и производств.

В данном курсовом проекте рассматривается автоматизация системы водоснабжения.

1. Обзор технической литературы

.1 Система водоснабжения как объект автоматизации

Многочисленные потребители требуют воду: как различного качества, так и разное его количество. Количество и качество воды, необходимое каждому предприятию, определяется характером и масштабом его основного производства. В свою очередь, эффективность работы предприятия часто сильно зависит от организации снабжения его водой требуемых параметров.

Прекращение подачи воды даже на несколько минут для многих предприятий означает массовый брак продукции, а часто и аварийный выход из строя отдельных технологических аппаратов и установок.

Подача некачественной воды (грязной, жесткой и т.п.) так же приводит к появлению брака, снижению производительности и экономичности технологических аппаратов, а часто и к аварийному выходу из строя отдельных их элементов.

С внедрением в производство автоматической системы управления технологическими процессами значительно повышается надежность системы водоснабжения и обеспечивается высокая производительность предприятия.

1.2 Виды водоснабжения

Вода расходуется различными потребителями на самые разнообразные нужды. Тем не менее все виды водопотребления можно свести к трем основным категориям.

А. Хозяйственно-питьевое водопотребление.

В этой категории вода расходуется:

) на утоление жажды рабочих и служащих предприятия, приготовления пищи и мытья посуды в столовых и буфетах;

) для помывки рабочих и служащих предприятия в душевых и умывальниках;

) на стирку в заводских прачечных, уборку помещений, цехов и т.п.;

) на полив зеленых насаждений, тротуаров и т.п.

Б. Производственно-техническое водопотребление.

Потребители этой воды сведены в группы. При этом вода расходуется:

) в качестве теплоносителя для охлаждения продуктов производства и технологических аппаратов, с целью обеспечения необходимого температурного уровня либо процессов, либо оборудования.

Например, защита оборудования от прогара, для конденсации паров хладагента в холодильных установках, водяного пара в паротурбинных установках, охлаждения компрессоров и т.п. В этом случае вода обычно не загрязняется, только нагревается.

Эта группа водопотребителей самая значительная, на ряде производств она расходует 70-90% всего количества производственной воды;

) для выработки пара в паровых котлах, системах испарительного охлаждения и других утилизационных установках.

На эту группу потребителей расходуется от 2 до 20% всей производственной воды;

) на промывку различных материалов, машин, деталей, мокрую очистку газов, вентвыбросов и т.п. Вода при этом сильно загрязняется;

) на гидротранспорт, гравитационное обогащение материалов, гидрозолоудаление. Загрязнение тоже сильное, главным образом механическими примесями;

) на приготовление растворов, электролитов и т.п. Это характерно для химической и рудообогатительной (при флотации руд) промышленности, электрохимического производства и т.п.;

) для комплексного использования. В этом случае вода служит средой охлаждающей, поглощающей, транспортирующей и т.п.

Например, очистка дымовых газов, мокрое тушение кокса, грануляция шлаков и т.д.

На потребителей групп 3) – 6) может расходоваться от 5 до 15% всего количества производственной воды.

В. Пожарное водопотребление.

Вода расходуется на тушение пожаров и внутренних возгораний.

1.3 Основные элементы системы водоснабжения

Система водоснабжения – это комплекс сооружений для обеспечения потребителей водой в требуемых количествах и требуемого качества.

В состав системы водоснабжения входят следующие сооружения:

а) водоприемные сооружения (водозабор);

б) водоподъемные сооружения (насосные станции);

в) сооружения для очистки, обработки и охлаждения воды;

г) водоводы и водопроводные сети;

д) башни и резервуары. Это регулирующие и запасные емкости для сохранения и аккумулирования воды.

На состав и схему системы водоснабжения большое влияние оказывают местные природные условия, источник водоснабжения и характер потребления воды. Поэтому в некоторых случаях могут отсутствовать те или иные сооружения. Например, в самотечных системах отсутствуют насосные станции, в системах водоснабжения от артезианских скважин нет очистных сооружений, при равномерном графике потребления не устанавливают водонапорные башни или резервуары и т.п.

На предприятиях может быть несколько систем водоснабжения одновременно. Например, отдельно системы производственно-технического, хозяйственно-питьевого назначения.

1.4 Описание технологического процесса прямоточного водоснабжения

Прямоточная система применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения. В некоторых случаях применяется и для производственно-технического водоснабжения.

На рис.1 приведена схема взаимосвязи основных элементов в прямоточной системе водоснабжения. Именно по такой схеме осуществляется водоснабжение городов, поселков и других населенных пунктов.

Рис. – Схема прямоточной системы водоснабжения: 1 – водозабор; 2.1 – насосная станция 1-го подъема; 3.1 – очистные сооружения природной воды; 3.2 – очистные устройства для загрязненных стоков; 4.1 – резервуар чистой воды; 5 – водоводы; 6 – водонапорная башня (резервуар); 7.1-7.6 – потребители воды (цеха, здания); 8 – водопроводная сеть; 9 – сеть трубопроводов для сбора отработавшей воды; 10 – водоохлаждающее устройство.

При работе этой системы вода забирается из источника с помощью водозаборного устройства 1 и подается насосами насосной станции 1-го подъема (НС 1) на очистные сооружения 3.1. Здесь обычно вода идет самотеком. Очищенная до необходимого качества она собирается в резервуаре очищенной воды 4.1. Отсюда насосами насосной станции 2-го подъема (НС 2) вода по водоводам 5 подается на территорию предприятия. Из водоводов вода попадает в водопроводную сеть 8 и подается потребителям 7.1-7.6.

Присоединенная к сети регулирующая емкость 6 позволяет сглаживать влияние пиков водопотребления на работу насосов НС 2. Она может быть установлена в любой точке водопроводной сети.

Вся отработавшая вода сбрасывается в источник ниже (по течению) места забора воды. При необходимости эта вода очищается и охлаждается перед сбросом. В этом случае в системе предусматриваются устройства 3.2 и 10.

Недостатки прямоточной системы водоснабжения:

а) производительность всех элементов приходится выбирать из условия покрытия максимума суточного расхода. Это увеличивает размеры сооружений и мощности всех элементов системы, что удорожает ее. Возрастает и удельный расход энергии из-за работы насосных агрегатов бóльшую часть времени в нерасчетном режиме;

б) необходим источник с достаточным дебитом воды. Часто он удален от предприятия и приходится сооружать длинные водоводы. Это тоже ведет к удорожанию и снижению надежности системы;

в) в прямоточной системе вся отработавшая вода сбрасывается в природные водоемы. Эти водоемы должны обладать способностью поглощать эти сбросы без нарушения экологического равновесия.

Прямоточная система обеспечивает подачу наиболее качественной воды. Она единственно возможна там, где исключается повторное использование воды. Это в хозяйственно-питьевом и противопожарном водоснабжении.

В техническом водоснабжении часто можно обходиться без очистных сооружений, что удешевляет систему и увеличивает ее надежность.

2. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса

.1 Структурная схема АСУ ТП водоснабжения

При разработке системы автоматизированного управления технологическим процессом водоснабжения необходимо реализовать автоматизированное рабочее место оператора с программным обеспечением, взаимодействующим с контроллером. Также необходимо определить необходимые датчики, которые будут предоставлять информацию о состоянии процесса и исполнительные механизмы, воздействующие на объект.

Структурная схема АСУ ТП производства сухого молока приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема

2.2 Подбор необходимых датчиков, исполнительных механизмов и мест их расположения.

Для того чтобы разработать функциональную схему, необходимо сначала определить какого рода информация будет отображаться на ОС, т.е. нужно определить места установки датчиков и их характеристики. Также нам необходима обратная связь с объектом управления, чтобы мы могли оказывать управляющее воздействие. Для этого необходимо подобрать соответствующие исполнительные механизмы. Т.к. разрабатываемая схема функциональная, то достаточно будет определить задачи, решение которых возлагается на тот или иной исполнительный механизм и место его установки.

Описание технологического объекта, приведенное ранее, позволяет определить необходимые датчики:

§уровня воды в резервуаре (датчики устанавливаются в резервуары 1, 2);

§показателя pH в воде (устанавливаются в резервуар 1);

Выбор датчиков и исполнительных механизмов:

1) Контролировать необходимое количество воды в емкостях необходимо датчиками уровня. Для этих целей нам подойдут бесконтактные сигнализаторы уровня БСУ, которые имеют один входной параметр (уровень), а также малую погрешность ±1,5 мм. Выходной сигнал с датчика – дискретный. На функциональной схеме датчики уровня, согласно ГОСТ 21.404-85 буквенные условные обозначения, будем обозначать буквами LE.

) Контроль показателя pH будет производить PH-018 (ЭкоЮнит).

водоснабжение автоматизация контроллер

Рисунок 3 – PH-018

Область применения: мониторинг и контроль pH в промышленных аквариумах, бассейнах, котлах, в промышленных системах подготовки воды и т.д.

Характеристики:

·Диапазон измерения pH: 0.00 – 14.00

·Встроенный сенсор для автоматической компенсации температуры (от 0 до 100°C)

·Рабочая среда 0-50°C, влажность не более 95%

·Цена деления 0.01pH

·Погрешность +/- 0.02pH

·Токовый выход (для подключения к компьютеру): 4-20 мА

·Входное сопротивление 10*12 Ом

·Калибровка с помощью калибровочной отвертки (в комплекте)

·Питание: переменный ток 220В, 50Hz

·Размеры 96 x 96 x 160 мм

·Вес 950 г

) В качестве системы очистки воды выбран Nimbus MN800.

Рисунок 4 -Nimbus MN800

Это высокопроизводительная система очистки воды методом обратного осмоса с возможностью использования накопительного бака различного объема.

Система предназначена для работы в тяжелых условиях с плохим качеством исходной воды, а также может использоваться для очистки воды с низким давлением подачи.

Характеристики:

·Производительность: 1900л/сут, 2л/мин;

·Давление, мин – 1атм, макс 12 атм;

·Степень очистки: 96% всех растворенных веществ (вкл. органику и неорганику);

·Размер мембраны: 2.5"х25", макс восстановление 33%;

·Колво мембран – 2;

·10" Кальцитовый постфильтр для понижения уровня pH (опция);

·Материал корпуса мембранных отсеков – нерж сталь;

·Насос повышающий давление, 250Вт;

·Размеры: 1050х480х405мм, вес 42кг.

4) На насосы необходимо поставить пусковые устройства, позволяющие включать и выключать двигатели. Данные устройства работают с аналоговыми сигналами. Обозначение на функциональной схеме NS.

5) Резервуары для воды выбраны: РВС-100 и РВС-200 (100 и 200 м3 – резервуар 1 и 2 соответственно).

2.3 Схема информационных потоков АСУ технологическим объектом

Выбранные датчики, исполнительные механизмы и их месторасположение, а также структурная схема АСУ ТП производства сухого молока позволяют составить схему информационных потоков в АСУ технологическим объектом.

На схеме обозначены направления потоков, а также вид сигнала (аналоговый, цифровой, разрядность).

Схема информационных потоков приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема информационных потоков

Входные потоки:

1.Уровень воды в резервуаре 1 (1)

2.Уровень воды в резервуаре 1 (2)

.Уровень воды в резервуаре 2

Выходные потоки:

1.К насосу 1

2.К насосу 2

.К насосу 3

2.4 Выбор контроллера для автоматизированной системы

Для контроля данной системы был выбран контроллер ОВЕН ПЛК 110-30

Рисунок 6 – ОВЕН ПЛК 110-39

Программируемые логические контроллеры ОВЕН ПЛК110-30 выполнены в полном соответствии со стандартом ГОСТ Р 51840-2001 (IEC 61131-2), что обеспечивает высокую аппаратную надежность.

По электромагнитной совместимости контроллеры соответствуют классу А по ГОСТ Р 51522-99 (МЭК 61326-1-97) и ГОСТ Р 51841-2001, что подтверждено неоднократными испытаниями изделия.

Рекомендуется к использованию

·В системах HVAC

·В сфере ЖКХ (ИТП, ЦТП)

·В АСУ водоканалов

·Для управления малыми станками и механизмами

·Для управления пищеперерабатывающими и упаковочными аппаратами

·Для управления климатическим оборудованием

·Для автоматизации торгового оборудования

·В сфере производства строительных материалов

Оптимально для построения распределенных систем управления и диспетчеризации с использованием как проводных, так и беспроводных технологий.

Вычислительные ресурсы

В контроллере изначально заложены мощные вычислительные ресурсы при отсутствии операционной системы:

·высокопроизводительный процессор RISC архитектуры ARM9, с частотой 180МГц компании Atmel;

·большой объем оперативной памяти – 8МБ;

·большой объем постоянной памяти – Flash память, 4МБ;

·объем энергонезависимой памяти, для хранения значений переменных – до 16КБ;

·время цикла по умолчанию составляет 1мс при 50 логических операциях, при отсутствии сетевого обмена.

Условия эксплуатации

·Расширенный температурный рабочий диапазон окружающего воздуха: от минус 10 °С до +50 °С

·Закрытые взрывобезопасные помещения или шкафы электрооборудования без агрессивных паров и газов

·Верхний предел относительной влажности воздуха – 80 % при 25 °С и более низких температурах без конденсации влаги;

·Атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа

Конструктивные особенности

Контроллеры выполнены в компактном DIN-реечном корпусе. Габаритные и установочные размеры отличаются в зависимости от модификации, и приведены в конце раздела.

Расширение количества точек вводавывода осуществляется путем подключения внешних модулей вводавывода по любому из встроенных интерфейсов.

Электрические параметры

Два варианта питания для каждого контроллера:

·переменный ток: (90-265)В, (47…63)Гц;

·постоянный ток: (18-29)В.

Небольшая потребляемая мощность до 10Вт.

Интерфейсы и протоколы

Все контроллеры данной линейки имеют большое количество интерфейсов на борту, работающих независимо друг от друга:

·Ethernet;

·До трех последовательных портов;

·USB Device для программирования контроллера.

В целом, данный контроллер удовлетворяет разработанной АСУ ТП.

.5 Функциональная схема технологического объекта

Результатом главы 2 является функциональная схема технологического объекта, отображающая вид датчиков, места расположения датчиков, а также места расположения исполнительных механизмов и пусковых устройств. Функциональная схема приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Функциональная схема системы

Обоснование мест установки датчиков:

·Датчик NS 2-1 предназначен для управления насосом 1;

·Датчик pH 4-1 предназначен для измерения показателя pH воды в резервуаре 1;

·Датчики LE 4-2 и 4-3 предназначены для индикации уровня воды в резервуаре 1;

·Датчик NS 5-1 предназначен для управления насосом 2;

·Датчик NS 6-1 предназначен для управления насосом 3;

·Датчик LE 7-1 предназначен для индикации уровня воды в резервуаре 2.

3. Разработка алгоритмов функционирования

.1 Алгоритм функционирования СУ технологического объекта

Рисунок 8 – Общий алгоритм функционирования

3.2 Алгоритм запуска технологического объекта

Рисунок 9 – Алгоритм запуска ТП

3.3 Алгоритм функционирования системы

Рисунок 10 – Алгоритм функционирования системы

.4 Алгоритм остановки системы

3.5 Алгоритм работы системы при аварии

Рисунок 12 – Алгоритм работы системы при аварии

Заключение

Результатом выполнения данного курсового проекта стала разработка АСУ ТП водоснабжения дома. Была разработана модель процесса, которая наглядно позволяет представить реальный технологический процесс. Также были разработаны функциональные схемы, подобраны измерительные устройства (датчики) и контроллер, который осуществляет управление технологическим процессом. Разработаны алгоритмы контроля и управления функционированием ТП.

Приложение А

Список используемых сокращений

АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом;

ИМ – исполнительный механизм;

ОС – операторская станция;

ТО – технологический объект;

ТОУ – технологический объект управления;

ТП – технологический процесс.

Приложение Б

Библиографический список

1. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления». Составитель Куклин В.В. 2011г.
2. Лекции по предмету «Технические средства автоматизации и управления» Куклина В.В.

<http://www.ecounit.ru/goods_111.html>

<http://www.ecounit.ru/goods_464.html>

<http://nfgr.ru/vertical.html>

www.bibliofond.ru