Проектирование автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения

В число исполнительных механизмов входят станции автоматического управления насосными агрегатами, электроприводы задвижек и поворотных затворов, механизмы управления электрооборудованием насосных станций, дозаторы химических реагентов. Некоторые виды исполнительных механизмов (например, герметичные, взрывобезопасные электроприводы для управления задвижками или затворами, установленными в затапливаемых или загазованных камерах на сети) пока еще не изготовляются, и это затрудняет автоматизацию водоснабжения. В АСУ ТП необходимо предусматривать применение на насосных станциях аппаратуры регулирования частоты вращения насосов (асинхронно-вентильных установок, частотных преобразователей, индукторных муфт скольжения и др.).

Так как городские водопроводные сооружения (насосные станции, резервуары, водоводы и распределительная сеть) рассредоточены на значительной территории, необходимой частью управления являются средства связи, с помощью которых осуществляется передача информации от сооружений в диспетчерские пункты и в обратном направлении. Для этих целей используются телемеханические комплексы, аппаратура управления и передачи информации.

Для передачи и первичной обработки информации рекомендуется также использовать микропроцессорные устройства, связанные между собой с помощью модемов и линий связи.

В качестве каналов связи используются, как правило, выделенные линии связи городской телефонной сети или радиоканалы. Ввиду трудности обеспечения такими каналами связи в условиях современных крупных городов целесообразно использовать для этих целей коммутируемые линии связи городской телефонной сети и соответствующую аппаратуру автоматического вызова и контроля передачи информации.

Для обработки поступающей информации и расчета оптимальных режимов работы водопроводных сооружений в АСУ ТП рекомендуется использовать мини- и микро-ЭВМ и построенные на их базе управляющие вычислительные комплексы.

Современные тенденции развития технических средств контроля и управления предусматривают ориентацию на использование программируемых микропроцессорных устройств, позволяющих совмещать функции первичной обработки, контроля и регистрации информации (ведение рабочих журналов эксплуатации) с функциями расчета режимов работы и технико-экономических показателей, а также с управлением по заданной программе.

Диспетчерское оборудование должно включать средства отображения и регистрации информации, аварийной связи с сооружениями и т.п. (дисплейные модули, диспетчерские щиты, мнемосхему водопроводной сети, электроуправляемые пишущие машинки, средства телефонной и радиосвязи).

5.6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АСУ ТП ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Внедрение АСУ ТП водоснабжения позволяет значительно улучшить водоснабжение городов, получить экономию электроэнергии на подъем и транспортирование воды, снизить потери воды и уменьшить число аварий, сократить численность обслуживающего персонала.

Вместе с тем создание АСУ ТП связано с большими затратами на проектирование системы, приобретение и монтаж средств вычислительной техники, телемеханики, автоматики и контрольно-измерительной аппаратуры. При планировании работ по созданию АСУ ТП водоснабжения и анализе их работы необходимо правильно оценить показатели экономической эффективности АСУ ТП водоснабжения и определить пути их повышения.

Изложенные ниже методы позволяют оценить экономическую эффективность АСУ ТП, а также систем диспетчерского управления водоснабжением.

Внедрение АСУ ТП и систем диспетчерского управления водоснабжением позволяет получить экономию в сфере управления за счет частичного или полного высвобождения производственного персонала автоматизированных водопроводных сооружений.

Величину этой экономии Эч, руб., рекомендуется определять по формуле

Эч = ч Фп.п / чп.п,

где ч - число высвобожденных работников, чел.;

Фп.п, чп.п - соответственно фонд зарплаты, руб., и численность производственного персонала, чел.

Экономия в сфере производства достигается за счет автоматизации, телемеханизации сооружений, а также решения задач контроля, оперативного оптимального планирования, управления оборудованием и анализа режимов работы сооружений.

Рассмотрим вначале факторы, влияющие на производственные затраты. К их числу относятся:

расход электроэнергии на подъем и транспортирование воды;

расход химических реагентов на обработку воды;

стоимость аварийно-восстановительных работ вследствие сокращения числа аварий.

Уменьшение стоимости электроэнергии Сэл.эн, руб., потребляемой насосными станциями, обеспечивается за счет оптимизации режима работы насосов (уменьшения напора на выходе станций, уменьшения потерь электроэнергии при выборе оптимальной комбинации насосов и их работой при максимальных КПД и др.) и подсчитывается по формуле

Сэл.эн = Со.эл.эн (1 + 2),

где Со.эл.эн - стоимость израсходованной насосной станцией электроэнергии в год обследования;

Qпл, Qо - подача воды соответственно в планируемом году внедрения АСУ ТП и в год обследования, тыс. м3;

1, 2 - коэффициенты влияния АСУ ТП соответственно на сокращение потерь электроэнергии внутри насосной станции и на уменьшение расхода электроэнергии насосами на подачу воды в сеть.

Уменьшение стоимости расхода химических реагентов Сх.р, руб., подсчитывается по формуле

Сх.р = Со.х.р ар,

где Со.х.р - стоимость затрат химических реагентов в год обследования, руб.;

ар - коэффициент влияния АСУ ТП на сокращение расхода химических реагентов.

Снижение стоимости аварийно-восстановительных работ Са-в.р, достигаемое вследствие уменьшения числа аварий при оптимизации режимов работы насосных станций и сети, подсчитывается по формуле

Са-в.р = ,

где Lпл - планируемая протяженность водопроводной сети на год внедрения АСУ ТП, км;

lq - то же, в год обследования;

Nо - число аварий на сети в год обследования;

Со.а-в.р - средняя стоимость аварийно-восстановительных работ на одну аварию, руб.;

г - коэффициент влияния АСУ ТП на уменьшение числа аварий.

При внедрении АСУ ТП уменьшаются различные виды потерь воды (утечки из сети, потери воды при авариях, заводомерные утечки за счет уменьшения избыточных напоров в сети и др.).

Уменьшение потерь воды влияет на экономические показатели работы водопроводно-канализационных предприятий.

Поскольку водопроводы обычно действуют в условиях постоянного роста потребности в воде, уменьшение потерь воды приводит к соответствующему увеличению объема ее реализации.

Экономия за счет роста реализации воды Эр.в, руб., подсчитывается по формуле

Эр.в = Qnл (аут.с + ас.н + аав) Тв.ср,

где аут.с, ас.н, аав - коэффициенты влияния АСУ ТП соответственно на уменьшение расхода воды на утечки из сети, потери воды при авариях и на собственные нужды;

Тв.ср - средний тариф на воду в год внедрения АСУ ТП, руб/м3.

Увеличение объема реализации воды будет сопровождаться увеличением объема воды, поступающей в канализацию, и соответствующим ростом прибыли по системе канализации Пкан, равным:

Пкан = ,

где Пкан.о - прибыль по системе канализации в год обследования, руб.

Уменьшение потерь воды дает также народнохозяйственную экономию капитальных вложений, которые потребовались бы при отсутствии АСУ ТП для соответствующего развития мощностей водопровода и канализации.

Приведенная народнохозяйственная экономия капитальных вложений Экап, руб., подсчитывается по формуле

Экап = Ен ,

где Tн - нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений в отрасли;

Бв.ф, Бк.ф - стоимость основных фондов водопровода и канализации в год обследования, руб.;

азав - коэффициент влияния АСУ ТП на уменьшение заводомерных утечек.

Кроме этого, решение задач анализа работы водопроводных сетей и расчета оптимальных путей строительства новых линий позволит уменьшить потребность в капитальных вложениях на развитие водопровода. Приведенная годовая народнохозяйственная экономия Эстр, руб., подсчитывается по формуле

Эстр = Ен Кстр астр,

где Кстр - среднегодовые затраты на строительство новых линий, руб.;

астр - коэффициент влияния АСУ ТП на уменьшение стоимости строительства.

Определенный народнохозяйственный и социальный эффект достигается за счет уменьшения расхода электроэнергии, которая может быть использована в других отраслях народного хозяйства, а также за счет улучшения водоснабжения населения и промышленности, однако численная оценка этих факторов затруднительна. С учетом сказанного общая экономия Э, руб., от внедрения АСУ ТП будет равна:

Э = Эч + Сэл.эн + Сх.р + Са-в.р +Эр.в + Пкан + Экап + Эстр.

Характерной чертой приведенных расчетов является экспертная оценка влияния АСУ ТП на ожидаемую экономию электроэнергии, реагентов, воды и другие факторы.

Рекомендуемые значения коэффициентов влияния автоматизации управления на показатели экономии приведены в табл. 8.

Таблица 8

Для каждого водопровода необходимо установить ожидаемые средние значения коэффициентов влияния АСУ ТП или системы диспетчерского управления. Поскольку автоматизация управления осуществляется, как правило, поэтапно, в этих коэффициентах необходимо также учесть степень охвата автоматизацией объектов водоснабжения К1 и степень автоматизации задач управления К2, например:

ар = К1 К2 ар.ср,

где авр.ср - принимается по гр. 3 табл. 8.

При этом

К1 = ,

где Nа - производительность автоматизированных объектов, м3/сут;

Nобщ - общая производительность водопроводного предприятия, м3/сут.

При подсчете К2 необходимо иметь в виду, что для систем диспетчерского управления характерны задачи (функции) централизованного контроля, учета и оперативного управления, а для АСУ ТП помимо этих задач нужно учесть коэффициенты К2, соответствующие предусмотренным в АСУ ТП задачам.

Ожидаемая годовая экономия от внедрения АСУ ТП составит в среднем 6 руб. на 1000 м3 годовой подачи водопровода (для систем диспетчерского управления - примерно 3 руб.). Эти данные можно использовать для предварительной экспрессной оценки ожидаемой экономии.

Затраты на создание АСУ ТП во многих случаях резко возрастают из-за недостаточной подготовленности водопроводов к внедрению АСУ ТП, т.е. отсутствия необходимой аппаратуры для автоматизации насосных станций, средств телемеханики и контрольно-измерительных приборов, линий связи и др.

Эксплуатационные затраты Ээксп, руб., включают такие статьи, как заработная плата персонала АСУ ТП, стоимость материалов и электроэнергии на эксплуатацию оборудования, отчисления на ремонт и амортизацию.

Расчет экономической эффективности завершается определением таких обобщенных показателей, как годовой экономический эффект Эгод, руб., расчетный коэффициент эффективности затрат Ер и срок окупаемости Ток, год:

Эгод = Э - Ээксп - 0,15 (Кпп + Коб);

Ер = ;

Ток = ,

где Кпп - производственные затраты (проектирование), руб.;

Коб - затраты на приобретены и наладку оборудования, строительно-монтажные работы и пр., руб.

Эффективность затрат Ер на создание АСУ ТП водоснабжения должна быть выше нормативного значения Ен = 0,37 (для систем диспетчерского управления Ен = 0,15).