Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения
Учебник для учащихся средних строительных специальных учебных заведений
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Водоснабжение и канализация
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Автор:
Рульнов Анатолий Анатольевич
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 192
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 978-5-16-009369-7
ISBN-онлайн: 978-5-16-106377-4
Артикул: 078450.16.01
Изложены основы методов контроля и регулирования основных технологических параметров в инженерных системах и очистных сооружениях; рассмотрены принципы действия и конструкции контрольно-измерительных приборов и автоматических регуляторов, управляющих устройств, широко применяемых при автоматизации систем водоснабжения и водоотведения, а также измерения основных технологических величин; приведены сведения об управляющих устройствах, используемых в автоматизированных системах управления технологическими комплексами обработки природных и сточных вод. Освещены основные вопросы технико-экономической эффективности автоматизации систем водоснабжения и водоотведения.
Предназначен для учащихся техникумов, обучающихся по специальности 08.02.04 «Водоснабжение и водоотведение».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Профессиональная подготовка по профессиям рабочих и по должностям служащих
- 08.01.29: Мастер по ремонту и обслуживанию инженерных систем жилищно-
- Среднее профессиональное образование
- 08.02.02: Строительство и эксплуатация инженерных сооружений
- 08.02.04: Водоснабжение и водоотведение
- 08.02.13: Монтаж и эксплуатация внутренних сантехнических устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции
- 08.02.14: Эксплуатация и обслуживание многоквартирного дома
ГРНТИ:
Только для владельцев печатной версии книги: чтобы получить доступ к дополнительным материалам, пожалуйста, введите последнее слово на странице №91 Вашего печатного экземпляра.
Ввести кодовое слово
ошибка
-
глава_10_АСУ_ТП.pdf
Скопировать запись
Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения, 2022, 078450.15.01
Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения, 2021, 078450.14.01
Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения, 2020, 078450.13.01
Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения, 2007, 078450.01.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ Москва ИНФРА-М 202А.А. РУЛЬНОВ Допущено Федеральным агентством по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству в качестве учебника для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальности 08.02.04 «Водоснабжение и водоотведение» 2-е издание УЧЕБНИК ДЛЯ УЧАЩИХСЯ СРЕДНИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
УДК 628.1/.2(075.32) ББК 38.761.1я723 Р85 Р е ц е н з е н т ы: Я.В. Захаров — старший преподаватель кафедры «Автоматизация инженерно-строительных технологий» Московского государственного строительного университета, инженер отдела АСУ Инженерного центра ЕС, канд. техн. наук; Е.П. Голиков — доцент кафедры «Автоматизация технологических процессов и строительных производств» Московского института коммунального хозяйства и строительства, канд. техн. наук Рульнов А.А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения : учебник / А.А. Рульнов. — 2-е изд. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 192 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс]. — (Среднее про- фессиональное образование). ISBN 978-5-16-009369-7 (print) ISBN 978-5-16-106377-4 (online) Изложены основы методов контроля и регулирования основных техно- логических параметров в инженерных системах и очистных сооружениях; рассмотрены принципы действия и конструкции контрольно-измерительных приборов и автоматических регуляторов, управляющих устройств, широко применяемых при автоматизации систем водоснабжения и водоотведения, а также измерения основных технологических величин; приведены сведения об управляющих устройствах, используемых в автоматизированных системах управления технологическими комплексами обработки природных и сточных вод. Освещены основные вопросы технико-экономической эффективности автоматизации систем водоснабжения и водоотведения. Предназначен для учащихся техникумов, обучающихся по специальности 08.02.04 «Водоснабжение и водоотведение». УДК 628.1/.2(075.32) ББК 38.761.1я723 © Рульнов А.А., 2014 ISBN 978-5-16-009369-7 (print) ISBN 978-5-16-106377-4 (online) Оригинал-макет подготовлен в НИЦ ИНФРА-М ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru Подписано в печать 16.01.2023. Формат 6090/16. Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. Усл. печ. л. 12,0. ППТ20. Заказ № 00000 ТК 78450-1975161-250214 Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 Материалы, отмеченные знаком , доступны в электронно-библиотечной системе Znanium Р85 ФЗ № 436-ФЗ Издание не подлежит маркировке в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11
ПРЕДИСЛОВИЕ Автоматизация систем транспортирования и обра- ботки природных и сточных вод призвана коренным образом пре- образовать рабочие места, сделать труд более производительным, творческим и привлекательным. Это одна из важнейших социаль- ных задач, которая постоянно подчеркивается в постановлениях директивных органов, а также в решениях различных междуна- родных и федеральных конференций и семинаров. На современном этапе развития техники водообработки не- возможно управлять системами водоснабжения и водооотведения (СВВ) без их автоматизации. Высокая производительность обору- дования, скорости потоков и физико-химических превращений, большие объемы аппаратов и сооружений, зависимость технико- экономических показателей (ТЭП) от большого числа разнообразных факторов — все это предъявляет высокие требования к управлению СВВ. Если человек-оператор раньше с успехом справлялся с задачами управления, то теперь он этого сделать не может из-за своих ограниченных возможностей: утомляемости, субъективности в оценке возникающих ситуаций, ограниченной скорости реакций на резкие изменения режимных параметров и т. п. В результате функции управления в инженерных системах и на очистных сооружениях все в большем объеме передаются автоматическим устройствам. В ближайшие годы уровень автоматизации должен вырасти в несколько раз. В современных условиях от техника-cтроителя-технолога требуются знания не только технологии и оборудования, но и автоматических устройств контроля и управления — от простейших приборов до управляющих вычислительных машин (УВМ). Технолог должен уметь за показаниями измерительных приборов «видеть» ход технологического процесса, скрытого за стенками сооружений, машин и аппаратов, вмешиваться при необходимости в работу автоматических управляющих устройств и устранять простейшие неисправности в их работе. Все это невозможно сделать без знания основных принципов управления СВВ, особенностей устройства и эксплуатации приборов, регуляторов и других средств автоматизации. Изучение этих вопросов предусмотрено в курсе «Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения».
Настоящий учебник составлен на основе учебной программы по упомянутому курсу, составленной в Калужском коммунально- строительном техникуме. При его написании авторы стремились максимально приблизить материал к современному состоянию проблемы. При этом математические выкладки были ограничены рамками программы техникумов по математике. Авторы старались более просто и доступно, без громоздкого математического аппарата изложить основные положения таких сложных вопросов, как автоматический контроль и управление. Естественно, это не могло не сказаться на глубине трактовки теоретических вопросов автоматизации. Авторы признательны рецензентам за ценные замечания и советы при подготовке рукописи и с благодарностью примут все пожелания читателей, направленные на устранение недостатков учебника.
ВВЕДЕНИЕ В нашей стране и за рубежом с каждым годом расширяется объем работ по автоматизации водопроводных и водоотводящих систем и сооружений. В каждом проекте водоснабжения или водоотведения городов и промышленных предприятий наряду с аппаратурно-технологическими решениями разрабатываются системы автоматизации сооружений. Впервые такие разработки были выполнены специалистами АКХ им. К.Д. Памфилова и начали внедряться на водопроводных очистных сооружениях еще в 1934–1935 гг. Позже на водопроводных станциях Москвы, Санкт-Петербурга и Нижнего Новгорода были автоматизированы дозирование реагентов, регулирование скорости фильтрования и промывки фильтров, контроль ряда качественных параметров воды. В дальнейшем широкое внедрение автоматика получила на водопроводных станциях Красноярска, Новосибирска и Уфы. Высокие ТЭП достигнуты автоматизацией водоснабжения с использованием подземных вод в городах Орле и Твери. К настоящему времени созданы системы автоматизации водоприемников, работы водопроводных сетей, процессов коагу- ляции, отстаивания, обеззараживания, фторирования и обесфто- ривания воды, а также ее реагентного умягчения и обессоливания. Около 30 лет назад для управления системами СВВ начали применять микропроцессоры и УВМ. Первые автоматизированные системы транспортирования и очистки природных вод, использу- ющие для целей управления вычислительные устройства, появи- лись в странах Западной Европы, США и Японии. С помощью таких систем непрерывно анализируются режимы работы сетей водоснабжения, насосных станций, очистных сооружений и вы- рабатываются необходимые команды управления для поддер- жания экономически наиболее выгодных технологических режи- мов. В последние годы и в нашей стране подобные системы были разработаны в НИИ КВОВ и начали эксплуатироваться на объек- тах МГП «Мосводоканал», ГУП «Водоканал» Санкт-Петербурга, МУП «Горводоканал» Новосибирска и ряда других городов. Успешно выполняются работы и по автоматизации оборотных охлаждающих систем технического водоснабжения, в которых широко используют разработки лаборатории автоматики НИИ ВОДГЕО, а также зарубежных фирм «Betz Entec Inc» (США) и «Оrgano» (Япония).
Автоматизация систем водоотведения началась значительно позже. Большая работа по автоматизации таких сооружений про- ведена в Москве на Курьяновской, Люблинской и Люберецкой станциях аэрации. На этих станциях автоматически контролиру- ется ряд технологических параметров, регулируются процессы механической, химической и биологической очистки сточных вод в аэротенках, а также анаэробного сбраживания осадков в метан- тенках. Из зарубежного опыта наибольший интерес представляют оригинальная система управления кислородным и иловым режи- мом аэротенков фирмы «Omnium d’Assainissement», которая рабо- тает в ряде городов Франции, типовая система управления АQUAMAX-80 фирмы «Hitachi» (Япония), а также система управ- ления фирмы «Сowi» (Дания) для метантенков. В последние годы большое внимание уделяется автоматизации процессов механического обезвоживания осадков в центрифугах, фильтрах периодического и непрерывного действия, а также терми- ческого обезвоживания в сушильных агрегатах. При этом исполь- зуются как отечественные разработки МГСУ (бывш. МИСИ) и МИКХИСа (бывш. ВЗИСИ), так и ряда зарубежных фирм. На- пример, на Центральной аэрационной станции Санкт-Петербурга в автоматическом режиме работает весь комплекс оборудования обработки осадка под управлением системы Centum CS фирмы «Yokogawa» (Япония), в цехе механического обезвоживания осад- ков очистной станции Новосибирска — центрипрессы фирмы «Bird Humboldt» (Германия), в аналогичном цехе очистных соору- жений МУП Омска — центрифуги фирмы «Westfalia Separator» (Германия). Важнейшей задачей повышения эффективности автоматиза- ции СВВ была и остается задача разработки простых, надежных и высокоточных средств автоматического контроля состава природ- ных и сточных вод, а также качества их обработки. Работы в этом направлении постоянно проводятся во всех промышленно разви- тых странах. Много интересных решений с использованием но- вейших средств измерения технологических параметров обработки воды создано в Гипрокоммунводоканале, Мосводоканал- НИИпроекте, Союзводоканалпроекте и ЦНИИЭП инженерного оборудования. В нашей стране достигнуты огромные успехи в тео- рии автоматического управления и общей теории систем. На базе этих достижений активно ведется разработка автоматизированных систем управления (АСУ) очистных сооружений и цехов. Все затронутые в данном разделе вопросы отражены в после- дующих главах настоящего учебника. При выборе структуры и
последовательности изложения материала авторы руководствова- лись двумя основными положениями. Первое — автоматизация любого технологического процесса в СВВ осуществляется, с одной стороны, на базе глубоких знаний самого процесса, а с другой — на основе общих принципов авто- матического управления. Второе — предполагая, что учащиеся уже имеют достаточные знания по технологии и аппаратурному оформлению СВВ, изучение дисциплины целесообразно начи- нать с общих принципов автоматизации технологических систем.
Глава 1. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕхНОЛОГИчЕСкИМИ ПРОЦЕССАМИ 1.1. Основные понятия управления В общем случае под автоматизацией понимают при- менение технических средств и систем управления, частично или полностью освобождающих человека от непосредственного учас- тия в процессах получения, преобразования, передачи или ис- пользования энергии, материалов или информации. Цель автома- тизации — повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, устранение человека от ра- боты в условиях, опасных для здоровья. Под управлением в технических системах понимают совокуп- ность действий (работа, исполнение командных сигналов), вы- бранных на основе определенной информации и направленных на поддержание заданных параметров производственного про- цесса и заданных режимов эксплуатации технологического обору- дования или направленных на улучшение функционирования технологического объекта в соответствии с имеющейся програм- мой или целью функционирования. В приведенных определениях содержатся два дополнительных понятия — система и процесс. Cистема — это целенаправленная совокупность элементов, взаимосодействующих достижению заданного полезного резуль- тата. Существует много определений этого термина ввиду огром- ного многообразия существующих систем (система уравнений, солнечная система, системы питания, транспорта, образования. вычисления и др.). Рекомендуется каждый раз использовать то определение, которое наиболее близко к изучаемым объектам. В энциклопедии «Инженерное оборудование зданий и соору- жений», выпущенной Стройиздатом в 1994 г., читаем: «Система водоснабжения — комплекс взаимосвязанных сооружений, обес- печивающий подачу воды потребителям, включающий водоза- борные сооружения, насосные станции, сооружения по улучше-
нию качества воды, регулирующие и запасные емкости, водо- воды, водопроводящую сеть труб и охладители воды». Далее там же: «Система канализации (водоотведения) населенных пунктов и промышленных предприятий — комплекс взаимосвязанных сооружений, обеспечивающий отведение и очистку сточных вод от потребителей воды, включающий канализационную сеть труб, насосные станции по перекачке, сооружения по очистке сточных вод и выпуски очищенных стоков в реки и водоемы». Из приведенных определений отчетливо видно, что любая СВВ может быть расчленена на ряд производственных и технологи- ческих процессов, под которыми понимают такую транспорти- ровку и обработку исходных потоков воды, которые приводят к изменению их физических и химических свойств, а также к пре- вращению в очищенную воду и побочные продукты очистки. Под производственным процессом понимают временную по- следовательность в СВВ, при которой происходят перемещение и преобразование вещества (воды, реагентов, энергии) и (или) ин- формации. Практически все современные производственные процессы в СВВ должны выполняться в соответствии с опреде- ленными инструкциями, строительными нормами и правилами (СНиП). Под технологическим процессом понимают такую обработку воды и полуфабрикатов (промежуточных потоков, осадков), ко- торая приводит к изменению их физических и химических свойств и превращению в конечную продукцию. Иными словами, техно- логический процесс в СВВ — это совокупность механических, физико-химических, биологических и других процессов целена- правленной обработки воды и ее побочных продуктов. Любой технологический процесс характеризуется определен- ными технологическими параметрами, которые могут изменяться во времени. В СВВ такими параметрами являются расходы мате- риальных и энергетических потоков, химический состав, темпе- ратура, давление, уровень в емкостях и др. Совокупность техноло- гических параметров, полностью характеризующих конкретный технологический процесс, называется технологическим режимом. Каждый технологический процесс в СВВ имеет свое целевое назначение, в соответствии с которым к нему предъявляют опре- деленные требования: обеспечение заданной или максимальной производительности, заданного или наилучшего качества обра- ботки воды, заданных или минимальных затрат реагентов и энер- гии на единицу обработанного потока воды, биогаза или осадков. Так, например, целью процесса анаэробного сбраживания осадков
сточных вод является увеличение концентрации метана в образу- ющемся биогазе. Поэтому к процессу сбраживания можно предъ- явить требование обеспечения заданного количества и концен- трации биогаза (производительность и качество побочного про- дукта) при минимальном расходе греющего пара (энергии) или заданного количества и максимальной концентрации метана при заданном расходе греющего пара. Обобщенная схема технологического процесса показана на рис. 1. Функция управления представлена как соотношение между входами и теми преобразованиями, которые необходимы для по- лучения целевой продукции. Выполнение требований, предъяв- ляемых к технологическому процессу, возможно лишь при целе- направленном воздействии на его технологический режим. Управление Управление Преобразование Энергия Энергия Вода Целевой продукт Реагенты Побочный продукт Рис.1. Обобщенная схема технологического процесса Любой технологический процесс в СВВ подвержен действию различных факторов, которые нельзя предусмотреть заранее. Такие факторы называются возмущениями. К ним относятся, например, случайные изменения состава обрабатываемой воды, темпера- туры, характеристик оборудования и др. Возмущающие воздей- ствия на технологический процесс вызывают изменения техноло- гического режима, что, в свою очередь, приводит к изменению таких ТЭП процесса, как производительность, качество обра- ботки, расход реагентов и энергии и т. п. Поэтому для обеспечения требуемых (заданных) ТЭП необходимо компенсировать колеба- ния технологического режима, вызванные действием возмущений. Такое целенаправленное воздействие на технологический про- цесс представляет собой процесс управления. Совокупность требо- ваний, осуществляемых в процессе управления, называется целью управления. Наконец, сам управляемый технологический процесс вместе с оборудованием, в котором он реализуется, является объ- ектом управления. Объект управления и устройства, необходимые для осуществления процесса управления, называются системой управления. Таким образом, система управления — это совокуп-