Г.Л. Веселуха (ООО "ИнСАТ")
Таблица 1
Избавимся от перерасхода электроэнергии и воды – найдем средства на модернизацию. Как специалисты по автоматике сосредоточим внимание на тех решениях, где упоминается управление, регулирование, учет (таблица 1).
Мы (компания ИнСАТ) имеем отношения к обсуждаемым вопросам и как системный интегратор, внедряющий системы во всех звеньях водооборота, и как производитель упомянутой программы MasterSCADA, широко используемой в водоканалах многих городов. О своих проектах говорить не будем. Не столько из скромности, сколько потому, что они статистику составить не могут. А вот довольно массовые закупки нашей программы другими разработчиками позволяют наглядно представить какие системы востребованы заказчиками из водоканалов в первую очередь. Приведем характерные примеры таких систем.
Задача первая – добыча воды. Как правило, место добычи (артезианская скважина или водозабор) расположено далеко от места обитания обслуживающего персонала, а им надо знать некоторые параметры работы скважины, например, уровень воды в скажине, ток двигателя и расход воды, чтобы предотвратить аварию насоса. Или надо выключить насос в скважине, когда резервуар наполнен. ООО «Центр систем управления» внедрил систему управления 80 артезианскими скважинами. АРМ диспетчера построен на резервированной MasterSCADA. ЗАО «Взлет» и ООО «Взлет-Кубань» в г. Новороссийске совместно разработали систему коммерческого учета отпуска питьевой воды потребителям с использованием MasterSCADA. Это примеры решения отдельных задач водоканала.
Таблица 2. Функции, необходимые для управления основными объектами водоканала
Время простых систем прошло – пора решать комплексные задачи. ООО «Интеграл-Автоматика» разработал и внедрил в г. Нижнекамске комплексную систему автоматизации водопроводно-канализационного хозяйства. Опустим три модуля этой системы, предназначенные для автоматизации теплоснабжения. Остаются модули (описание их функций в таблице 2):
Рис 1 Структурная схема комплексной сиситемы диспетчеризации объектов водоканала
Типовая система управления хозяйством водоканала представлена на рис. 1.
На объектах (ВЗУ, ВНС, КНС) установлены локальные системы автоматики, реализованные на самых различных контроллерах. Некоторые из них имеют встроенную «фирменную» систему программирования, другие являются свободно-программируемыми («открытыми»).
Рассмотрим ту часть системы, которая строится при помощи MasterSCADA.
MasterSCADA позволяет программировать открытые контроллеры (к ним, к примеру, относятся многие контроллеры ICPDAS, Advantech, Moxa, Овен и пр.) в едином проекте с верхним уровнем системы, что резко облегчает решение коммуникационных задач по сравнению с использованием «фирменных» систем программирования за счет наличия готовых решений, не требующих использования дополнительных программ (например, OPC-серверов) и усилий по конфигурированию связи.
Обычно, опрос объектов производится периодически по расписанию. При этом оператор может вне очереди опросить заинтересовавший его объект, а при возникновении нештатной ситуации объект сам пришлет информацию о своих событиях.
В связи с распределением объектов Водоканала на значительных территориях, не обеспеченных проводными линиями связи, часто приходится использовать GSM/GPRS модемы для связи с диспетчерским пунктом (местности, где можно обойтись радиосвязью, не так уж часто встречаются). Надежность связи, которой добились к настоящему времени GSM операторы, позволяет использовать не только GSM, но и низкоприоритетное GPRS соединение. В большинстве случаев удается добиться от оператора приемлемого качества в режиме прямой передачи данных по GSM каналу. Приведем расчет стоимости связи с использованием услуг провайдера GSM сети (таблица 3 и 4).
Таблица3. Исходные данные для расчета
Таблица 4. Стоимость трафика для одного терминала за 1 день (часов в сутки) при различных интервалах между сеансами (руб) с НДС
Таким образом, при использовании высокоприоритетного голосового соединения с частотой передачи данных 1 раз в 5 минут стоимость опроса 1 объекта автоматизации (ВЗУ или удаленной скважины) составит 1425,6 руб. в сутки. При опросе 9 объектов (6 удаленных скважин + 3 ВЗУ) суточная стоимость трафика составит около 12856,95 рублей. Из этого подсчета следует, что для голосового соединения сразу надо ориентироваться на безлимитный тариф, который обойдется в несколько тысяч рублей в месяц и не зависит от числа опрашиваемых объектов.
Выбор провайдера, тарифа и частоты опроса может способствовать снижению затрат на сотовую связь. Некоторые провайдеры предлагают специальные тарифы для телеметрии или идут навстречу крупному заказчику в вопросе увеличения приоритета GPRS соединения, что сразу повышает привлекательность данного варианта.
В диспетчерском пункте сервер с установленной сетевой исполнительной системойMasterSCADA собирает данные, хранит их, обрабатывает, распределяет по пользователям, на компьютерах которых установлено ПО клиентских рабочих мест.
Рис. 2 Общая мнемосхема системы
Рис. 3 Мнемосхема работы канализационно-насосной станции
Как представить информацию на экране компьютера – вопрос не только художественного вкуса разработчика системы (или его познаний в эргономике), но и требований заказчика. Изображения на мнемосхемах (рис. 2–3) могут быть, как условными, так и реалистичными, как схематически-плоскими, так и объемными. Отображение нештатных ситуаций также может быть реализовано самыми разными средствами – от голосовых сообщений и сирены, до мигания объектов на карте города. В любом случае, внимание диспетчера будет привлечено к экрану и он сможет посмотреть детальную расшифровку события на объекте.
Рис. 4. Локализация аварий
Кроме того, имея оперативную и историческую информацию о режимах объекта, диспетчер может инициировать проведение ремонта не доводя оборудование до аварии. В результате интеграции MasterSCADA с ГИС для любого объекта на карте можно не только посмотреть паспорта его оборудования, но и данные, полученные непосредственно с объекта (текущая наработка насоса, расход воды и электроэнергии и т.п.).
Вернемся к вопросу о недостатке средств на модернизацию. Посчитаем окупаемость системы за счет экономии электроэнергии и воды. Например, при применении частотно-регулируемых приводов и управления группой из 3-х насосов по 75 кВт вместо использования одного мощного насоса на 250 кВт получаем экономию более двух миллионов рублей в год (таблица 5).
Таблица 5
Уменьшение потребления чистой воды за счет устранения избыточного давления и снижения утечек в общем случае составляет 3–5%. При проектной производительности 109,0 тыс. м3/сут уменьшение потребления составит от 3,27 тыс. м3/сут, что при цене 7 руб за м3 чистой воды и 14 руб за м3 стоков приведет к экономии порядка 70 тысяч рублей в сутки.
Подведем итог: внедрение локальных систем автоматизации (автоматизированное управление насосами) приводит к существенной экономии. А внедрение единой диспетчерской обеспечивает непрерывный оперативный контроль над всем процессом водооборота в городском хозяйстве.
Опыт использования MasterSCADA в многочисленных действующих системах показал результативность решения отдельных задач всех стадий водооборота и учета воды, стоящих перед водоканалами. Однако, пора от частных решений переходить к комплексным системам управления водоканалом в целом, эффективность которых существенно выше. Круговорот воды в городском хозяйстве – под контроль!
Г.Л. Веселуха, заместитель генерального директора по проектам ООО "ИнСАТ"