SCADA системи за мониторинг на ВиК мрежи

Bодоснабдяването е от съществено значение за хората и това определя нуждата от получаване на достоверна информация относно консумацията, ресурсите и производителността. Непрекъснатият мониторинг на процеса на водоснабдяване позволява на операторите да намерят решение на всички проблеми, които могат да възникнат, и в същото време да поддържат нормални функционални параметри.

Решенията за мониторинг включват автоматизация и архитектури, състоящи се от система за управление в реално време, програмируеми логически контролери с основни функционални библиотеки (комуникация, настройка, измерване и др.), комуникационни системи, стандартни или специфицирани интерфейси със сензори, захранване, измервателни устройства и др.

Информационната система предоставя възможност за предотвратяване на определени събития чрез анализ и обработка на данните, което гарантира оптимизирана експлоатация на водоснабдителната мрежа и спестяване на финансови средства.

Модерното управление, основаващо се на икономически показатели, налага необходимостта от информация за приходите и разходите във всеки един момент. Внедряването на съвременни решения за ефективно функциониране на помпените станции в една водоснабдителна система изисква наличието на подходящи изчислителни системи.

Получаването на информация на база анализ на технологичния процес става с помощта на SCADA информационна система. Използването на SCADA гарантира оптимизирана експлоатация и по-голяма сигурност при доставянето на питейна вода, както и непрекъснато подобряване качеството на услугата.

При разработването на архитектурния модел на една SCADA система следва да се вземат предвид принципите на: модулност; автономна и интегрирана работа на оборудването; прозрачност; най-добро съотношение разходи/експлоатационни характеристики. Спазването на тези принципи води до ефективен мониторинг и управление на инсталациите в реално време.

Те осигуряват информация за анализиране на поведението на съществуващите мрежи, инсталации и съоръжения, което позволява разработване на технически и икономически решения за подобряване на процесните параметри.

Повечето SCADA системи за ВиК мрежи използват разпределена децентрализирана архитектура, в която могат да бъдат разграничени две нива – локално ниво, отговарящо за водоснабдителните станции, и централно ниво за оператора. Локалното ниво се основава на използването на програмируеми логически контролери и компютри, а централното ниво се състои от високоскоростни компютри за мониторинг и дистанционно управление на процесите.

Комуникацията между двете нива, в зависимост от средата между тях, се осъществява с помощта на различни технологии за изпращане на данни – кабел, оптичен кабел, телефонна линия, радио/безжична връзка, GSM и др. Главната характеристика на SCADA системите, а именно гъвкавостта, е резултат от следването на принципа на модулност, посредством който се улесняват конфигурирането и поддръжката на системата и се създават възможности за разширяването й.

Архитектура на системата
Следенето на информацията в реално време и разширяването на обхвата на мониторинга, сравняването на работните параметри с приетите граници, съхраняването на данните и непрекъснатата им обработка налагат необходимостта от използването на цифровите технологии.

Тази необходимост се обуславя още от изискването за следене на техническото състояние на оборудването, ранното предотвратяване на потенциални проблеми, автоматичната настройка на параметрите, както и от свързването на двете нива с цел обмен на данни и команди за управление.

От гледна точка на архитектурата, SCADA системата се разработва на база разпределен мрежов модел, за да може да обработва бързо голямо количество информация с висока надеждност. Системите за мониторинг и управление следят протичането на технологичния процес, измерват с голяма точност консумацията на ресурси и производителността.

Това осигурява възможност за изпълнение на следните функции:
• събиране на данни от преобразувателите и обработването им;
• очертаване на технологични граници с помощта на събраните данни и алармиране в случай на нарушаване на тези граници;
• управление на помпите в зависимост от дебита или налягането във водоснабдителните мрежи за питейна вода;
• изготвяне на информационни бюлетини и специфицирани доклади;
• информационна поддръжка чрез създаване и гарантиране на сигурна и цялостна база данни;
• разработване на синтезирани доклади с данни от базите и архивите и визуализирането им, с възможност за финализиране или модификация от потребителя;
• представяне на мерките, които трябва да бъдат взети от операторите, чрез: схеми за бърза оценка на моментните експлоатационни характеристики; виртуални инструменти (графики и др.); диаграми на развитието на технологичния процес в определени времеви периоди;
• информираност на операторите, позволяваща предприемането на оптималните мерки;
• централизирано системно управление;
• възможност за комбиниране на интерфейса с други информационни системи.

Компоненти на системата
SCADA информационните системи използват йерархична разпределена структура, която се състои от блок за адаптиране на сигнала от преобразувателите, оборудване за събиране на локални данни и управление (програмируем логически контролер), както и блок за централно управление.

Блокът за адаптация превръща сигналите от процеса, преминаващи през преобразувателите, в съвместими с интерфейса на изчислителната система сигнали.

Всяка локална водоразпределителна станция е снабдена с устройства за събиране на данни и управление, които изпълняват автоматично измерване на специфични параметри, първична обработка на данните (отсяване, валидиране на стойностите от преобразувателите, определяне на граници), издаване на предупреждение при преминаване на границите и комуникация с по-висше йерархично ниво.

Чрез блока за централно управление се осъществяват мониторинг на цялата система, обработка на данните и следене на параметрите на отделни съоръжения в реално време. Комуникацията между блока за централно управление и локалните системи се реализира посредством телефонни модеми или радио технология.

Обикновено SCADA системите за ВиК мрежи проследяват следните показатели: налягане, дебит, ниво на водата, състояние на помпите и филтрите, активна/реактивна енергия.

По-висока ефективност при експлоатация
Една от най-големите ползи от внедряването на SCADA система е възможността за детекция и предотвратяване на повреди във водоснабдителната мрежа. Дистанционната информация за работните условия на системата позволява на операторите да реагират бързо при възникване на проблем, като например спукване на водопровод или електрически или механични повреди.

В случай че тези повреди са налице, операторите получават сигнал, предоставящ информация за местоположението на повредата и мерките за отстраняването й. По този начин е възможно да се редуцира или дори да се елиминира времето на престой и съответно прекъсването на услугата.

Друго предимство от използването на SCADA във водоснабдителни мрежи е постигането на определено ниво на услугата, особено по отношение на качество на водата, дебит и налягане. Като осигурява възможност за едновременно следене на няколко параметъра, системата гарантира по-голяма сигурност относно качеството на доставяната на клиентите вода.

SCADA системата може да спомогне за оптимизиране на употребата на химикали за постигане на определено ниво на качество на водата. Прилагането на SCADA система е целесъобразно, когато се търси ефективна експлоатация на ВиК мрежата, по-добро управление на водните запаси, оптимизиране на работата на помпените станции и контрол на налягането.

Чрез осигуряването на дистанционно управление на вентили и помпи SCADA системата позволява по-бързо реагиране при аварийни ситуации като пожари или спуквания на водопроводи. Дистанционното управление на мрежата може да доведе и до редуциране на разходите за работата и поддръжката на електромеханичното оборудване.

SCADA системата позволява оптимизация на работата на помпените станции, намаляване на енергопотреблението и свързаните с него разходи. Причините за това са две – първо, системата за мониторинг предоставя ценна информация за по-добра настройка на мрежата, и второ, намаляването на загубите на вода редуцира обема за изпомпване и необходимата за това енергия.

По-високата ефективност по отношение на активното управление на течове води до по-малко непланирани ремонти на мрежата, които в повечето случаи са отговорни за значителни загуби на дебит, макар и за кратки периоди.

По-висока ефективност при поддръжка
Прилагането на SCADA система за мониторинг на водоснабдителната мрежа води до намаляване на разходите за превантивна и корективна поддръжка. Чрез предоставянето на информация за степента на експлоатация на електромеханичните съоръжения SCADA системата може да помогне при определянето на честотата на превантивната поддръжка и вследствие на това да се редуцират потенциалните разходи за корективна поддръжка. Данните от системата за мониторинг позволяват и откриването на отклонения в измерването и повреди на инсталираните във водоснабдителната мрежа дебитомери.

Достъпът до дистанционна информация за водните нива (резервоарите), дебитите (водопроводите), наляганията и мощността (помпените станции) прави възможна ранната детекция на аварии. Това често намалява и мащаба на повредите и съответно размера на финансовите средства за отстраняването им.

Намаляване на загубите на вода
Информацията от SCADA системата за мониторинг позволява редуцирането на действителните загуби във водоснабдителните мрежи. Технологията предоставя възможност за ефективно повишаване на активното управление на течове. Това е резултат от мониторинга на нивата в резервоарите, позволяващ откриването на течове и преливания.

Тъй като и най-малкият незасечен теч е потенциална голяма повреда, използването на SCADA система води индиректно до редуциране на загубите на вода от мрежата. Дистанционно получаваната информация за налягането и нивата на водата в резервоарите също позволява прякото или косвено повишаване на ефективността при управление на напора, което допълнително редуцира загубите.