Опыт внедрения энергоэффективных технологий на объектах ЖКХ.
Решения компании «Сименс»

Системы водоснабжения и водоотведения — одни из клю­чевых объектов жилищно-ком­мунального хозяйства в условиях растущей урбанизации, перво­очередными задачами которых является обеспечение  качественных параметров воды и доступных тарифных показателей. Следует, однако, отметить, что инфраструктура организаций водопроводно-канализационного хозяйства России стремительно изнашивается, а капитальные затраты составляют в среднем лишь 11% от операционных расходов. На большинстве предприятий в отрасли до сих пор используются энергоемкие и трудозатратные технологии, а уровень автоматизации производственных процессов по-прежнему очень низок.

Оборудование компании «Сименс»

SIEMENS Robicon PH для ООО «Тюмень Водоканал»

Компания «Сименс» в России за последние несколько лет сделала значительный технологический рывок в области модернизации систем водоснабжения и водоотведения.

Одна из самых современных в России автоматизированных систем управления (АСУ) водоснабжением была установлена в Тюмени еще в 2008 г. Автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) водоснабжения и водоотведения объектов ООО «Тюмень Водоканал» с использованием оборудования «Сименс» внедрил партнер компании «Сименс» в России ЗАО «Синетик». Система предназначена для автоматизации процесса сбора и обработки информации о работе канализационных насосных станций, водонасосных станций (ВНС) и других объектов сети водоснабжения и водоотведения, а также для решения задач централизованного управления этими объектами с помощью центрального диспетчерского пункта (ЦДП).

Система, внедренная в Тюмени, построена на базе контроллеров «Сименс» семейства SIMATIC S7-300 и имеет двухуровневую структуру с насосными станциями на нижнем и ЦДП на верхнем уровнях. В систему автоматизации «Сименс» входят такие компоненты, как операторские станции, системы автоматизации и контрольно-измерительные приборы (КИП).

Система автоматизации насосной станции первого подъема МУП «Водоканал» г. Казань

При реализации проекта был выбран путь «классического» внедрения АСУ ТП. Кроме установки и наладки самой системы, была произведена замена технологического оборудования, дооснащение объектов приборами первичного КИП и другими необходимыми компонентами. Комплексный подход обусловил снижение установленной мощности электрооборудования на ВНС на 40%. Реализованный проект позволил создать современный технологический продукт, сопоставимый с лучшими АСУ ТП крупных городов мира, и наметил предпосылки для последующего развития системы и превращения ее в комплексную систему развития предприятия.

Аналогичные системы управления городским водоснабжением с использованием оборудования компании «Сименс» впоследствии были внедрены и в других городах России. Так, АСУ ТП на базе контроллера SIMATIC S7-400, поставленная для МУП «Водоканал» в г. Казань, позволила достичь полной автоматизации насосной станции 1-го подъема. Поддержание технологического процесса стало возможным без участия оператора: система способна самостоятельно осуществлять контроль за всеми необходимыми технологическими параметрами, проводить синхронизацию с сетью для безударного переключения насосных агрегатов. Для решения задачи технологического резерва в системе были использованы два преобразователя частоты (ПЧ) SIEMENS Robicon PH 6кВ мощностью 1100 кВт. Система способна поддерживать суммарный расход на выходе станции в аварийном режиме при помощи напорных задвижек и сохранять уровень воды в вакуум-колоннах в заданных пределах при помощи вакуумных насосов в автоматическом режиме. Таким образом, внедренная система обеспечила значительную экономию электроэнергии и снижение просадок напряжения, а также предоставила возможность интеграции насосной станции в единую АСУ ТП Волжского водозабора.

SIEMENS Robicon PH для насосной станции Санкт-Петербурга

В 2011–2012 гг. компанией «Сименс» при партнерстве с ЗАО «Синетик» была проведена технологическая оптимизация оборудования насосных станций Ленинских очистных сооружений водопровода для ОАО «Омскводоканал». Благодаря внедрению двух высоковольтных ПЧ SIEMENS Robicon PH 6кВ мощностью по 1600 кВт суммарная экономия электроэнергии по всему комплексу увеличилась до 25% от фактического расхода электро­энергии в 2009 г. Также значительно уменьшилось количество аварий на разводящих сетях водопровода и, соответственно, снизились объемы аварийно-восстановительных работ. Оптимизированное насос­ное оборудование работает с максимальными значениями КПД, что значительно сокращает его износ и позволяет увеличивать межремонтные пробеги как насосного, так и электротехнического оборудования.

Аналогичный проект по технологической оптимизации систем водоснабжения с использованием ПЧ SIEMENS Robicon PH 6кВ был реализован в Новосибирске. В рамках модернизации оборудования МУП «Горводоканал» ежемесячная экономия электроэнергии составила в среднем до 35%.

Эти и другие проекты — лишь первые шаги на пути к полностью автоматизированным системам промышленных предприятий водоснабжения и водоотведения. На сегодня компания «Сименс» продолжает активно работать над созданием единого информационного пространства автоматизированных систем и программно-технических комплексов, которое призвано максимально повысить качество работы и срок службы оборудования, снизить аварийность на сетях за счет стабилизации давления и уменьшить эксплуатационные затраты водоканалов. Одно из нововведений в этой сфере — распределенная система управления технологическим процессом SIMATIC PCS7.

SIMATIC PCS7 для систем водоснабжения и водоотведения

Система управления SIMATIC PCS7 характеризуется функциональным многообразием, гибкостью, производительностью и потенциалом для реализации инновационных решений, удовлетворяющих особым требованиям непрерывного производства. Интеграционные возможности являются самой сильной стороной данной системы. На протяжении всего жизненного цикла автоматизируемой установки интеграция оказывает существенное влияние на оптимизацию всех процессов предприятия и, тем самым, на сокращение общих производственных издержек.

SIMATIC PCS7 поддерживает иерархический обмен данными предприятия через стандартизованные интерфейсы на основе международных промышленных стандартов и через внутренние системные интерфейсы. Таким образом, параметры технологического процесса становятся доступны в любое время и в любом месте внутри компании для анализа, планирования, координации и оптимизации управляющих процедур и производственных процессов.

Управление и контроль над установкой могут осуществляться через Интернет или Интранет с помощью веб-сервера SIMATIC PCS7. Последний собирает данные от подчиненных серверов и делает их глобально доступными для дистанционного контроля, управления, диагностики и обслуживания. При этом удаленный доступ находится в ведении тех же механизмов контроля, что и в диспет­черской. Благодаря развитой структуре иерархий обеспечивается оптимальная системная диагностика и эффективное поддержание установки в исправном состоянии с помощью станции обслуживания системы управления ресурсами.

Архитектура системы SIMATIC PCS7 ориентирована на создание масштабируемых систем управления, то есть при проектировании АСУ ТП выбирается аппаратура контроля и управления, максимально удовлетворяющая требованиям клиента. При последующей модернизации системы аппаратура контроля и управления SIMATIC PCS7 может быть в любое время дополнена или перепроектирована. Расширяемость доступна на всех уровнях.

Производительность автоматики может быть оптимально согласована с требованиями установки или агрегата, что позволяет избежать затрат на избыточные производственные мощности. Расширяемость дает преимущества не только при планировании, проектировании, вводе в действие и эксплуатации, но также при обслуживании и обучении. Единообразное, сквозное проектирование для всей системной платформы является гарантией того, что однажды созданные проектные данные будут пригодны для использования в течение длительного времени.

При всех видимых достоинствах современных АСУ следует помнить, что на сегодня конечному заказчику важны уже не столько наборы полезных инструментов в виде той или иной системы автоматизации, а специально сформированные пакеты для решения конкретных задач в соответствующей отрасли.

Решение одной из главных проблем — достижение оптимального уровня энергоэффективности — становится возможным благодаря созданию систем энергоменеджмента. В SIMATIC PCS7 данные системы представлены в двух вариантах.

Powerrate занимает уровень АСУ ТП и является библиотекой для SIMATIC PCS7 либо Step7+WinCC, что позволяет как создавать отдельные системы энергоменеджмента уровня АСУ ТП, так и встраиваться в уже существующие проекты. В Powerrate предусмотрены специальные блоки для сбора информации с различных энергоносителей, их буферизации в контроллере и последующей отправки в пользовательские архивы, находящиеся на MS SQL-сервере.

Кроме того, система может оперативно вмешиваться в технологический процесс. Специально для этой цели создан блок «Менеджер нагрузок», где заранее указываются предполагаемые нагрузки (насосы, насосные станции и пр.), их приоритеты, максимальное и минимальное время отключения для каждой нагрузки и т. д. Данный блок собирает информацию о текущем состоянии нагрузок и в случае превышения заданного уровня потребления может автоматически выдавать команды на отключение или снижение мощности подключенных к нему потребителей.

Уровнем выше расположена система энергоменеджмента B.Data. Она не может вмешиваться в технологический процесс, но имеет гораздо более мощные инструменты для сбора и анализа данных, а также рассчитывает предполагаемый уровень потребления энергоносителей в заданный промежуток времени. Таким образом, становится возможным полноценный мониторинг энергопотребления и оптимизация закупок энергоносителей.

Специально для применения на объектах водоснабжения и водоотведения компанией «Сименс» были разработаны библиотеки приложений, предназначенные для интеграции в контроллеры SIMATIC S7-300 и SIMATIC S7-400 и совместимые как с SIMATIC WinCC, так и с SIMATIC PCS7. В общей сложности в библиотеке содержится около 100 модулей, 30 из которых имеют лицевые панели для их отображения на станции оператора.

Управление разрешениями

Каждый компьютер, панель управления и прочее имеют свою систему контроля уровней доступа пользователей. Модуль управления разрешениями обеспечивает дополнительные возможности для ограничения действий операторов. Данный программный компонент позволяет предоставлять дополнительные права доступа в зависимости от уровня управления. В отличие от локальных ограничений на панелях для доступа пользователей, модуль управления разрешениями позволяет ограничивать в правах в зависимости от уровня управления непосредственно с верхнего уровня. При этом сигналы разрешения на работу мотора, насоса или иного оборудования встраиваются непосредственно в функциональные блоки контроллера, что позволяет наложить ограничения управления на отдельные элементы системы.

Выравнивание моточасов

Опция выравнивания моточасов в зависимости от отработанного времени особенно актуальна для насосов, применяемых в водоснабжении. Для решения этой задачи разработан специальный модуль, который позволяет в зависимости от отработанного времени насосов, моторов и прочего оборудования автоматически включать или отключать соответствующие исполнительные механизмы.

Мониторинг до восьми граничных значений

Данный модуль осуществляет мониторинг аналогового значения, включая указания до восьми граничных значений, разнообразные настройки, выдачу необходимой информации при достижении границ и т. д.

Полигон

Данный блок осуществляет интерполяцию в соответствии с заданными параметрами. При этом в случае необходимости оператор может проанализировать модифицированную кривую и скорректировать параметры технологического процесса, после чего сохранить проект. Далее интерполяция будет осуществляться уже в соответствии с сохраненными табличными значениями. Данный блок особенно полезен при вычислении объема жидкости в резервуаре (в случае, если его форма не строго цилиндрическая) в зависимости от давления столба жидкости.

Помимо описанных выше модулей, библиотека предоставляет еще целый ряд функциональных возможностей, которые способны не только сэкономить время проектирования, повысить общую надежность системы, но и создать необходимый уровень унификации программы, что необходимо при работе с различными поставщиками программного обеспечения.

Демо-проекты

Для применения на объектах водоснабжения и водоотведения компанией «Сименс» были разработаны готовые демо-проекты, выполненные на базе системы SIMATIC PCS7. Проекты являются полностью законченными и открытыми. Знакомясь с ними, можно понять, каким образом применяется тот или иной блок библиотеки, автоматизировать соответствующие технологические участки и добавлять необходимые блоки в программу. Демо-проекты описывают такие технологические участки, как, к примеру, сточные воды, фильтрация, танки аэрации, дозация кальция гипохлорита, электропитание и др. Демо-проекты распространяются на некоммерческой основе и доступны для скачивания. Для работы необходима водная библио­тека, которая размещена на сайте «Сименс» и доступна для зарегистрированных пользователей.

ЮЗОС в Санкт-Петербурге

Одним из крупнейших проектов успешного внедрения SIMATIC PCS7 для систем водоотведения в России можно считать автоматизацию Юго-Западных очистных сооружений (ЮЗОС) Санкт-Петербурга. ЮЗОС — один из важнейших действующих объектов системы водоотведения в регионе Балтийского моря, современный технологический комплекс по очистке стоков, включая стадию обработки и утилизации илового осадка. Завершение строительства ЮЗОС в 2005 г. стало успешным проектом международного значения, в котором приняли участие ведущие поставщики технологического оборудования для объектов жилищно-коммунального хозяйства, в том числе компания «Сименс». C августа 2004 г. по сентябрь 2005 г. партнер компании «Сименс» ЗАО «Синетик» совместно со специалистами «Сименс» из Финляндии выполнил работы по подбору оборудования, созданию программного обеспечения, монтажу и пуску в эксплуатацию всего объекта.

Диспетчерская ЮЗОС

Шкаф управления автоматизацией ЮЗОС

Установленная система управления предоставляет информацию о текущем состоянии технологического процесса и значениях технологических параметров, обеспечивает управление технологическим процессом очистки сточных вод в автоматическом и ручном режимах, автоматически поддерживает параметры процесса очистки на требуемом уровне, а также сигнализирует о достижении параметрами аварийной и предупредительной границ. В системе предусмотрена возможность подключения ноутбуков обслуживающего персонала к любому из шкафов управления для выполнения задач оперативного обслуживания и управления оборудованием в ручном режиме. Кроме того, реализована возможность удаленного обслуживания проекта с использованием пакета PCAnywhere. Сервер данных реализован на базе пакета MIS-Light v3.4 (Management Information System) компании «Сименс». Сервер данных получает информацию о технологическом процессе со станций оператора по двум независимым дублированным каналам связи. В случае нарушения связи информация не теряется, а накапливается в промежуточном буфере. В дальнейшем после устранения неполадок связи информация автоматически копируется на сервер из буфера. Сервер данных и несколько клиентских станций являются составной частью подсистемы формирования отчетов и подсистемы работы с данными, вводимыми из лаборатории.

На сегодня компания «Сименс» продолжает активную работу по внедрению системы автоматизации технологического процесса SIMATIC PCS7 на объектах водоснабжения и водоотведения г. Санкт-Петербурга. В рамках реализации текущего проекта планируется создать унифицированное программное обеспечение для автоматизации объектов городского водоканала.

Значимым проектом в области автоматизации систем водоснабжения и водоотведения с использованием системы SIMATIC PCS7 является строительство олимпийских объектов в г. Сочи. К подрядчикам предъявлялись очень высокие требования по надежности оборудования. Партнер «Сименс» в России компания ЗАО «Синетик» успешно прошла аккредитацию на выполнение работ и на данный момент активно участвует в реализации нескольких проектов к Олимпиаде-2014 с использованием оборудования компании «Сименс». В частности, идет разработка и реализация проекта АСУ ТП и КИП новых очистных сооружений канализации (ОСК) в Адлерском районе, АСУ ТП канализационных очистных сооружений курорта Красная Поляна, АСУ ТП канализационных очистных сооружений «Бзугу» (г. Сочи). Новые ОСК «Бзугу» заменят старые ОСК «Навагинские», построенные более 50 лет назад и уже не имеющие возможности очищать стоки в соответствии с современными требованиями. Таким образом, ОСК «Бзугу» позволят решить важнейшие вопросы снижения аварийности на сетях канализации в Сочи и улучшат качество очистки сточных вод, а значит, и экологическую обстановку в столице Олимпийских игр в целом.

Мнемосхема баков аэрации ЮЗОС

Главное преимущество эксплуатации объектов состоит в том, что они оснащены современным оборудованием «Сименс» с едиными инженерными решениями. Это позволит минимизировать расходы на заказ запасных частей, обучение, а также количество обслуживающего персонала как самих систем, так и всего комплекса ОСК за счет автоматического режима управления технологической линией очистки сточных вод.