Оборудование для информационно-управляющих систем водного хозяйства

При построении систем водоподготовки и водоотведения функции мониторинга и управления сосредотачиваются в центральных диспетчерских пунктах, которые координируют работу всех территориально-распределенных объектов, обеспечивая информационный обмен между ними. При такой структуре технологические процессы подготовки воды и очистки сточных вод становятся прозрачными и специалисты получают возможности оценки эффективности работы системы, сокращается время реагирования на нештатные ситуации, сокращаются потери воды при транспортировке, улучшается её качество и уменьшаются затраты. Все используемое оборудование должно удовлетворять требованиям распределенных систем, и агрегаты должны иметь возможность связи с IT-системами предприятия для соединения с информационными и управляющими устройствами более высокого уровня иерархии.

На всех системах водоподготовки и водоотведения помимо центрального сетевого мониторинга создаются также распределенные управляющие системы, решающие задачи локального управления рабочими агрегатами. Эти системы строятся по открытому принципу для простоты интеграции их в единую систему. Примерами локальных задач управления могут являться, например: управление канализационными насосными станциями и насосами перекачки воды из водозаборных сооружений в системах водоподготовки; управление агрегатами очистки сетчатых или решетчатых фильтров на первых стадиях механической очистки воды; управление наполнением и опорожнением накопительных резервуаров и т. п.

Разнообразие задач нижнего уровня автоматизации процессов водоподготовки и очистки сточных вод обуславливает большое разнообразие применяемых датчиков параметров процессов, работающих на самых разнообразных физических принципах. Применение их в единой системе обуславливается некоторой унификацией характеристик выходных сигналов. По этому признаку можно условно выделить три группы датчиков:

• датчики интеллектуального типа, поддерживающие обмен цифровой информацией по определенному протоколу;
• датчики, обеспечивающие выходной сигнал аналогового типа, стандартизированный по величине тока и напряжения;
• сигнализаторы, имеющие выходной сигнал релейного типа, обеспечивающий коммутацию некоторой электрической цепи.

Все применяемые типы первичных преобразователей – датчиков и их характеристики описаны в материалах по промышленной водоподготовке и очистке сточных вод.

Основную роль в локальных управляющих системах играют контроллеры – устройства, воспринимающие информацию от первичных преобразователей, на её основе вырабатывающие сигналы управления исполнительными механизмами, а также обеспечивающие и поддерживающие информационные связи с сетевыми приборами более высокого уровня иерархии.

Наиболее простые из них – контроллеры серий PA-10 и PA-12 компании “Autonics”, представляющие собой усилители мощности релейного сигнала с возможностью реализации некоторых простейших логических функций с входными сигналами от датчиков. Предназначены для работы с датчиками, имеющими релейный выход, повышают нагрузочную способность электронного выхода датчика с одновременной гальванической развязкой цепи.

Для удаленных объектов водоподготовки и очистки воды при построении системы контроля и управления агрегатами могут применяться GSM-контроллеры. Устройства представляют собой терминалы удаленного доступа по сети мобильной связи. Мониторинг и управление осуществляются через дискретные и аналоговые входы и выходы, количество которых варьируется в зависимости от модели контроллера. Информация и команды из внешней сети передаются в виде сообщений SMS на мобильные телефоны, другие программируемые логические контроллеры и персональные компьютеры с модемом GSM. Конфигурирование такого контроллера осуществляется либо через интерфейс RS232 от персонального компьютера, либо посредством SMS-сообщений.

Для интеллектуальных датчиков, поддерживающих информационный обмен по HART-протоколу, наиболее полная линейка системных компонентов представлена компанией “Nivelco”.

В основе лежит универсальный технологический контроллер MultiCONT, способный принимать по гальванически развязанным каналам сигналы от 15 первичных преобразователей стандартного типа или от 4 взрывозащищенного исполнения (сертифицированных по Ex). Контроллер способен управлять до 5 объектов по релейным выходным каналам и 2 объектами по аналоговым каналам. Программирование контроллера осуществляется либо с помощью кнопок на цветном дисплее, либо от персонального компьютера с помощью специализированного пакета программ. Связь с сетевыми компьютерами и другими контроллерами осуществляется через интерфейс RS485 с протоколами HART и Modbus. Данные о параметрах технологического процесса сохраняются во внутренней памяти или на SD-карте. В тех случаях, когда имеющихся релейных и токовых выходов не хватает, контроллер MultiCONT дополняется внешними модулями, расширяющими его возможности в системе. Модули расширения NIVELCONT PJK-100 взаимодействуют с контроллером в подчиненном режиме посредством интерфейса RS485, программируются посредством контроллера и позволяют наращивать количество релейных выходов до 64, а аналоговых – до 16.

Для различных конкретных приложений предлагаются специализированные приборы:

• универсальная система управления насосами NIVELCONT PSW;
• универсальные контроллеры NIVELCONT PM серий PMG-400 и PMM-500, представляющие собой вторичные преобразователи сигналов, в частности, от термопреобразователей, в сигналы стандартной аналоговой или цифровой формы, представление их в цифровой форме и регулирование процесса поддержания температуры;
• коммуникационные модули преобразования интерфейсов: SAT-304 и SAK-305 для преобразования данных HART в данные интерфейса USB или USB/RS485;
• вспомогательные модули типа блока питания, реле времени и т. д.

Системы управления в распределенных приложениях строятся на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК) модульной архитектуры с возможностями расширения. Такие ПЛК имеют следующие свойства:

• обладают встроенными дискретными и аналоговыми входами и выходами;
• поддерживают большинство существующих коммуникационных протоколов, позволяющих интегрировать систему с ПЛК в любые промышленные сети;
• могут работать в реальном масштабе времени и, поэтому, используются для построения узлов локальной автоматики и систем распределенного ввода/вывода с организацией обмена данными по интерфейсу RS485;
• оборудованы интерфейсом Ethernet; канал используется для программирования ПЛК от других контроллеров, устройств человеко-машинного интерфейса и т. п.

Программируемые логические контроллеры серии ОМС 8000 компании “Orbit Merrit”. Базовый модуль контроллера имеет увеличенный объём памяти и встроенные входные каналы: 3 дискретных и 6 универсальных, которые могут быть сконфигурированы для приема следующих сигналов:

• импульсных до 30 В, PNP или NPN;
• аналоговых до 20 В или до 20 мА;
• измерения температуры, для чувствительных элементов Pt100, Pt1000, Ni1000.

Таким образом, модуль может взаимодействовать с любым из видов датчиков, описанных в материалах по системам водоподготовки и очистки сточных вод. 5 дискретных выходов модуля варьируются по типу реле или «открытый коллектор». Информационный обмен с сетью обеспечивает сетевой интерфейс Ethernet 100 Base.

Наращивание возможностей базового модуля обеспечивается подключением модулей расширения, количество которых может достигать 31 с различными комбинациями аналоговых и дискретных входов. Среди модулей расширения также присутствуют специализированные, например, для измерения переменного 3-х фазного тока, напряжения, мощности, коэффициента мощности и т. п., а также модули передачи данных с интерфейсами RS232, ProfibusDP, ProfiNet, беспроводной передачи данных GSM, модули питания.

Программируемые логические контроллеры серии Delta DVP компании “Delta Electronics ”. Базовые модули контроллера, в зависимости от серии и функционального предназначения, могут иметь до 20 точек ввода/вывода с различными сочетаниями дискретных и аналоговых каналов, также, как правило, дополнительные высокоскоростные вводы/выводы и, обычно, 2 встроенных коммуникационных порта: RS232 и RS485. У некоторых моделей, за счет модулей расширения, количество точек ввода/вывода может быть доведено до 512. Модули расширения могут быть следующих видов:

• модули расширения дискретных вводов;
• модули расширения дискретных выводов;
• модули расширения аналоговых вводов;
• модули расширения аналоговых выводов;
• модули для измерения температуры для термосопротивлений;
• модули для измерения температуры для термопар;
• коммуникационные модули расширения: DeviceNet, ProfiBusDP, Ethernet.

Поставки программируемых логических контроллеров сопровождаются специализированным пакетом программирования, не требующим больших компьютерных ресурсов и достаточно простым для всех категорий специалистов.

В качестве средства ввода/вывода информации от оператора в локальные системы управления и распределенные приложения используются панели оператора, работающие во взаимодействии с ПЛК или имеющие свой встроенный программируемый контроллер. Обычно в состав панели входят следующие составные части:

• текстовый, графический или текстово-графический экран;
• манипулятор (клавиатура, джойстик, сенсорный экран);
• энергозависимая или энергонезависимая (внешняя) память;
• в некоторых случаях – ПЛК;
• интерфейсы связи – чаще всего RS232, RS485, RS422, USB, Ethernet.

Текстово-графические и графические панели типов TP, TP04, GP-S044, GP-S070 с клавиатурой - имеют набор стандартных кнопок, позволяют реализовать основные графические представления: графики, таблицы, диаграммы и т. п.

Сенсорные панели типов DOP-B, DOP-W. Управление происходит посредством матрицы экрана, реагирующей на прикосновение. Эти панели позволяют визуализировать процессы, создавая экраны с уникальными графическими элементами.

Сенсорные логические панели типов TP70P, LP-S044, LP-S070, LSIT-07. Имеют встроенный программируемый логический контроллер, позволяющий с помощью этой панели создавать программы и визуализировать их.

Развитием средств визуализации являются программно-аппаратные комплексы, позволяющие создавать многоуровневые информационные системы. Для систем водного хозяйства наиболее подходят аппаратно-программные решения «РусВизуализация», позволяющие представить информацию о состоянии технологического процесса и оборудования в виде легко воспринимаемых человеком мнемонических схем и графических изображений. Комплекс выполнен в среде СКАДА Promotic 8 и поддерживает различные интерфейсы и протоколы для связи с датчиками и исполнительными устройствами: Modbus RTU/ASCII/TCP, HART и др.

На рисунке представлена аппаратная реализация подключения по протоколу Modbus TCP/IP.

Для непосредственного пользователя программные решения предоставляют следующие возможности:

• отображать на мнемосхемах разнообразные графические образы оборудования и ёмкостей в соответствии с их реальной геометрией, местоположением и степенью заполнения в реальном времени;
• выводить значения параметров технологического процесса в цифровом виде и в виде таблиц или графиков с нужным масштабированием;
• изменять параметры настроек и пороговые значения;
• регистрировать данные и события в системе с записью в базу данных;
• осуществлять программный доступ к ПЛК;
• вести электронную и печатную документацию.