Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения

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 6090/16. 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-