Автоматика фильтровальных станций Кировского завода

Компания "Ниеншанц-Автоматика" поставила технику для систем автоматического управления фильтровальных станций на Кировском заводе (АО "Петросталь").

Проект А - очистка питьевой воды
Проект Б - очистка технологических стоков

Разработку и ввод в эксплуатацию систем произвела фирма "Эквален-Проф". Разработка велась по заказу НПО "Синтез", осуществлявшего проектирование и монтаж станций.

Применение современных средств автоматизации позволило сократить до минимума объем и сроки разработки аппаратных средств системы, максимально упростить монтаж и наладку, легко корректировать параметры системы. Была повышена эффективность управления, устранена необходимость содержать несколько смен дежурного персонала для управления станцией, выполняющего интенсивную ручную работу с высокой вероятностью ошибок.

Первая станция небольшой мощности предназначена для доочистки до питьевого качества воды для бытовых нужд цеха, и состоит из трех фильтрующих элементов. Вторая станция большой производительности используется для очистки воды технологических сбросов цеха для ее повторного использования, и состоит из 10 модулей из нескольких фильтрующих элементов каждый, и трех насосов забора неочищенной воды из накопительной емкости. В обеих станциях используются металлокерамические фильтрующие элементы, поддержание которых в рабочем состоянии обеспечивается периодической промывкой, в первом случае обратным током очищенной воды со сбросом ее в канализацию, во втором - обратной продувкой сжатым воздухом со сбросом загрязнений обратно в накопительную емкость неочищенной воды.

Проект А.

На станции очистки питьевой воды было необходимо обеспечить:

• выполнение алгоритма периодической промывки фильтров;
• контроль входного и выходного давления воды и принятие соответствующих мер в случае выхода их значений за заданные пределы;
• контроль работы исполнительных механизмов станции.

Систему управления было решено построить на базе IBM-совместимого компьютера, поскольку повышенных требований по надежности и устойчивости к внешним воздействиям заказчиком не предъявлялось. Это позволило сократить до минимума объем и сроки разработки аппаратных средств системы, максимально упростить монтаж и наладку, легко корректировать параметры системы. Весь алгоритм управления реализован программой, работающей в среде Windows. Для подключения внешнего оборудования была использована аналого-цифровая плата ввода-вывода ADLINK ACL-8112PG. На цифровые входы платы были введены сигналы датчиков конечных положений исполнительных механизмов и порогового датчика давления (ЭКМ) воды на входе, на аналоговые входы - сигнал датчика давления очищенной воды и датчика положения затвора на байпасном трубопроводе. Цифровые выходы используются для выдачи сигналов управления на исполнительные механизмы. Стандартная библиотека программной поддержки позволила легко обеспечить интерфейс платы ввода/вывода и управляющей программы без использования низкоуровневого программирования. Согласование характеристик сигналов платы ввода/вывода и внешнего оборудования обеспечивается блоком сопряжения, состоящим из аналоговых многоканальных плат ввода и вывода оригинальной разработки.

Система работает полностью в автоматическом режиме. Промывка фильтрующих модулей осуществляется несколько раз в сутки через заданные интервалы времени. В случае отказа какого-либо исполнительного механизма (не отработка им команды), при падении давления на выходе ниже установленного значения (повышенное загрязнение фильтров или разбор воды потребителями выше проектного), либо давлении воды на входе выше установленного значения (возможно повреждение фильтров и соединений) открывается затвор на байпасном трубопроводе, и подача воды осуществляется напрямую без очистки. Восстановление нормального режима осуществляется через заданный интервал времени при условии нормальных значений входного и выходного давлений. При отказе механизмов станция переходит в режим управления оператором ("Ручной"). Дежурный персонал оповещается программой о нештатных ситуациях, а также о выполнении плановых промывок голосовыми сообщениями с помощью звуковой платы компьютера. В ручном режиме оператор может с компьютера подавать команды исполнительным механизмам, а также принудительно запускать процедуру внеплановой промывки, изменять частоту промывок. Программа ведет в файле протокол изменения давления очищенной воды, а также регистрирует выполнение промывок и нештатные ситуации.

Проект Б.

На станции очистки технологических стоков необходимо было обеспечить:

• выполнение процедуры поочередной промывки фильтрующих модулей;
• контроль состояния магистрали сжатого воздуха;
• управление насосами забора неочищенной воды из емкости в зависимости от уровня воды, и выполнение определенной процедуры запуска и остановки станции для предотвращения повреждения фильтров гидроударом;
• в случае отказа исполнительных механизмов корректное исключение неисправных фильтрующих модулей из работы.

С учетом того, что запуск в работу, закрытие или промывка фильтрующего модуля, а также запуск и выключение насосов требует выполнения определенных последовательностей операций исполнительными механизмами, причем количество этих механизмов составляет несколько десятков, управление работой станции однозначно должно было быть автоматическим. В противном случае для управления станцией пришлось бы содержать несколько смен дежурного персонала, выполняющего интенсивную ручную работу с высокой вероятностью ошибок. Система управления этой станцией также была реализована на базе компьютера. Для сопряжения с внешним оборудованием используются аналого-цифровая плата ввода/вывода ACL-8112PG (ADLINK) и плата цифрового ввода/вывода DIO-144. На цифровые входы аналого-цифровой платы заведены сигналы пороговых датчиков давления воды, на выходе насосов и давления сжатого воздуха, датчиков уровня неочищенной воды в бассейне, на аналоговый вход - сигнал датчика давления воды ("Сапфир"). Через плату цифрового ввода/вывода заведены сигналы положения исполнительных механизмов, состояния насосов и выведены сигналы управления. Для согласования сигналов используется блок сопряжения, состоящий из нескольких многоканальных аналоговых плат ввода и вывода собственной разработки. Управляющая программа обеспечивает запуск и выключение насосов в зависимости от изменения уровня воды, последовательную циклическую промывку (продувку сжатым воздухом) фильтрующих модулей. В случае отказа исполнительного механизма (неисполнение команды) соответствующий модуль исключается из работы. При отказе трех и более из 10 модулей, станция останавливается. При отсутствии достаточного давления в магистрали сжатого воздуха работа станции также прекращается и восстанавливается автоматически через заданный интервал времени (после проверки давления воздуха). Управление работой станции полностью автоматическое. Для проведения наладочных и ремонтных работ оператор может переключать управление насосной частью и механизмами фильтрующих модулей в режим управления оператором ("Ручной"), причем независимо друг от друга, а также, перевести в ручной режим управления любой из фильтрующих модулей в отдельности (при этом при выполнении промывок этот модуль будет системой пропускаться) и подавать команды на любое из исполнительных устройств.

Таким образом, применение в системах управления станциями компьютеров со стандартными платами аналогового и цифрового ввода/вывода позволило:

• свести к минимуму количество устройств собственной разработки в системах управления и практически полностью (за исключением блоков сопряжения) построить их на стандартных компонентах, причем ограниченной номенклатуры, что позволило:
  1. максимально сократить время, трудоемкость и стоимость проектирования
  2. обеспечить высокую ремонтопригодность систем
• минимизировать объем монтажных работ;
• резко сократить объем и сроки пусконаладочных работ, особенно в условиях, когда ряд параметров работы установок был недостаточно четко определен техзаданием, поскольку большинство изменений при наладке вносилось в программное обеспечение, не затрагивая оборудование;
• минимизировать затраты на регламентное обслуживание систем в эксплуатации;
• обеспечить высокую гибкость управления;
• обеспечить возможность в будущем по опыту эксплуатации внесения изменений в работу системы управления доработкой программного обеспечения, без переделки (либо с минимальными доработками) аппаратной части;
• сократить сроки и стоимость проектирования, монтажа, наладки и ввода систем в эксплуатацию.