Автоматизація технологічного процесу доочищення промислових стічних вод

Abstract

Основна ідея кваліфікаційної роботи полягає в глибокій модернізації існуючих напівавтоматичних систем керування багатошаровими завантажувальними фільтрами. Замість традиційного реактивного керування, яке вимагає ручного втручання та часто призводить до неефективного використання ресурсів, у роботі запропоновано перехід до проактивного (предиктивного) керування процесом регенерації фільтрувальних басейнів. Підхід до реалізації базується на побудові багаторівневої ієрархічної архітектури (польовий, контролерний та диспетчерський рівні). Як обчислювальне ядро обрано сучасний потужний промисловий контролер Siemens SIMATIC S7-1500 у комплексі зі станціями розподіленого периферійного вводу-виводу ET 200SP. Для збору даних використовуються гідростатичні зонди LMP 308, які контролюють рівень води, та дублюючі поплавкові реле Kari. Ключовою особливістю польового рівня є використання інтелектуальних ультразвукових витратомірів (серії ISCO 4250), які реалізують доплерівський метод «площа-швидкість» (Area-Velocity). Це дозволяє безконтактно та надзвичайно точно вимірювати динаміку самоплинного потоку стічних вод у відкритих каналах без необхідності капітального будівництва звужувальних пристроїв чи вимірювальних лотків. У процесі проєктування було розроблено структурні та принципові електричні схеми з використанням актуальної комутаційної та захисної апаратури. Для підтвердження життєздатності проєкту виконано інженерні розрахунки: підтверджено навантажувальну здатність 4-20 мА петлі (опір лінії склав 57 Ом при допустимих 600 Ом) , сумарна відносна похибка каналу вимірювання витрати склала всього 2,01% , а розрахунковий середній наробіток системи на відмову — 6250 годин. Алгоритмічні та програмні рішення реалізовані у середовищі TIA Portal (мови SCL та FBD). ПЛК безперервно аналізує витрату стоків і динамічно вираховує оптимальну кількість активних басейнів (з наявних 20) для підтримання гідравлічного балансу. При досягненні уставки замулення система автоматично додає басейн до FIFO-черги на регенерацію, координуючи послідовну промивку (ізоляцію, подачу повітря та флокулянтів) за допомогою електропневматичних позиціонерів Neles. Візуалізація та диспетчеризація здійснюється через SCADA-систему WinCC Unified. У конструктивному та технологічному планах розроблена система суттєво відрізняється від найближчих аналогів поєднанням предиктивної логіки зі здатністю вимірювати безнапірні потоки. На відміну від запатентованих систем, що спираються на жорсткі таймери або виключно на давачі тиску (що викликає перевитрату води), розроблений алгоритм динамічно адаптується під поточне навантаження. Крім того, використання ПЛК промислового стандарту є економічно доцільнішим порівняно зі складними системами на базі промислових комп'ютерів. У соціо-екологічному та економічному планах проєкт забезпечує максимальну прозорість екологічного обліку, унеможливлюючи приховування фальсифікацій обсягів скидів. Повна ліквідація людського фактора гарантовано захищає від аварійних переливів недоочищених стоків у водойми. Економічний ефект досягається завдяки збільшенню пропускної здатності каскаду на 6% без нових резервуарів, оптимізації споживання дороговартісних реагентів та електроенергії, а також можливості вдвічі скоротити кількість обслуговуючого персоналу.