38419

МОДЕРНИЗАЦИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Автореферат

Производство и промышленные технологии

Актуальность работы обусловлена необходимостью производства качественной воды в постоянно возрастающих объемах. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование разработка новой и усовершенствование существующей автоматизированной системы очистки воды. Научная новизна работы заключается в обоснованном выборе режимов работы отчистного оборудования и создании автоматизированной системы управления обеспечивающей производство воды отвечающей высоким требованиям СанПиНа.

Русский

2013-09-28

14.09 MB

39 чел.

Боровицкий Дмитрий Викторович

МОДЕРНИЗАЦИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Направление 220700.68 – «Автоматизация технологическими

процессами и производствами»

Программа - «Автоматизация технологическими

процессами и производствами»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание академической

степени магистра

г. Владимир

2013

Работа выполнена на кафедре "Автоматизации технологических процессов" Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых".

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

    Коростелев Владимир Федорович, профессор      кафедры "Автоматизации технологических       процессов" ФГБОУ ВПО) "Владимирский       государственный университет имени        Александра Григорьевича и Николая        Григорьевича Столетовых" (ВлГУ), г.Владимир.

Официальный оппонент: кандидат технических наук

    Михаил Евгеньевич Клименко, главный       специалист-эксперт общего отдела        департамента сельского хозяйства и        продовольствия администрации Владимирской      области, г. Владимир.

Защита диссертации состоится "20" июня 2013 г. в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета   при ВлГУ по адресу: г. Владимир, ул. Горького, 87, корпус 2, ауд. 111-2.


Общая характеристика работы.

Актуальность работы обусловлена необходимостью производства качественной воды в постоянно возрастающих объемах.

Практическая ценность работы состоит в создании интерфейса пользователя, расширяющего функциональные возможности существующей SCADA системы.

Объектом исследования являются методы технического диагностирования автоматизированной водоочистной аппаратуры.

Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование, разработка новой и усовершенствование существующей автоматизированной системы очистки воды. В соответствии с поставленной целью были сформулированы задачи исследований, которые отражены в содержании работы.

Методика проведения исследований включает:

  1.  сбор, анализ и обобщение научно-технической (включая патентную) литературы для оценки современного состояния, обоснования актуальности и формулировки цели и задач исследований в области очистки природных вод;
  2.  экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях процессов химической очистки, окисления органических веществ и фильтрования.

Научная новизна работы заключается в обоснованном выборе режимов работы отчистного оборудования и создании автоматизированной системы управления, обеспечивающей производство воды, отвечающей высоким требованиям СанПиНа.

По результатам исследования опубликовано 2 печатных работы в сборнике всероссийской  молодёжной  интернет-конференции  "Актуальные проблемы  автоматизации  технологических процессов"

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, списка использованных источников из 69 наименований. Работа изложена на 119 страницах, содержит 16 рисунков и 3 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении показана актуальность, сформулированы цель и задачи, определена научная новизна работы.

В первой главе рассматриваются вопросы современных систем очистки воды и автоматизированных систем управления. Обзор патентных материалов.

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода). Очистка сточных вод - вынужденное и дорогостоящее мероприятие, представляющее собой довольно сложную задачу, связанную с большим разнообразием загрязняющих веществ и появлением в их составе новых соединений.

В основе деструктивных методов лежат процессы разрушения загрязняющих веществ. Образующиеся продукты распада удаляются из воды в виде газов, осадков или остаются в воде, но уже в обезвреженном виде.

Регенеративные методы - это не только очистка сточных вод, но и утилизация ценных веществ, образующихся в отходах.

Методы очистки вод можно разделить на: механические, химические, гидрохимические, электрохимические, физико-химические и биологические. Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примеси.

Системы управления. Автоматизированная система управления (АСУ)- это совокупность математических методов, технических средств (ЭВМ, средств связи, устройств отображения информации и т. д.) и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом (процессом) в соответствии с заданной целью. АСУ состоит из основы и функциональной части. В основу входят информационное, техническое и математическое обеспечение. К функциональной части относят набор взаимосвязанных программ, автоматизирующих конкретные функции управления (планирование, финансово-бухгалтерскую деятельность и др.). Различают АСУ объектами (технологическими процессами АСУТП, предприятием АСУП, отраслью ОАСУ) и функциональными автоматизированными системами, напр., проектирования, расчетов, материально-технического и др. обеспечения.

 Автоматизированная система управления (АСУ) — ряд технологий производства, позволяющих осуществлять управление работой оборудования и контроль за работой оборудования при помощи ЭВМ.

Патенты в той или иной степени отражают устройства, элементы и структуру фильтров или установок для очистки воды, при этом патентов, ориентированых на решение поставленной задачи - повышения эффективности автоматического управления процессом очистки воды, не выявлено.

Во второй главе "Исследование процесса очистки воды и анализ ее качества" рассмотрены вопросы по техническому устройству станций водозабора (ВОС-400П) и станции очистки (ВОС-400), приведен обзор химических реагентов используемых для очистки воды, приведены в графиках данные по исследованию химического состава воды и рассмотрена система управления и связи станциями ВОС-400П и ВОС-400.

Начало процесса начинается с подъема воды из водоема, для этого используется водонасосная станция 1-го подъема (ВНС-1)(рис.1). ВНС-1 также состоит из двух блоков , с идентичным набором оборудования. Погружные насосы находятся на глубине 4 метра, а станция удалена от берега на расстояние 35 метров и расположена над водоемом.

Рис.1. Водонасосная станция 1-го подъема..

Поднятая вода по двум веткам поступает на ВОС-400П, где проходит предварительную очистку от осадка поднимаемого с водой. Вода с ВНС-1 поступает на фильтра Ф1....Ф4, далее после грубой очистки вода поступает в резервуары поднятой воды (РПВ-1 и РПВ-2). Для промывки фильтров используется вода из РПВ, после промывки вода сливается в отстойники О1-О2, после отстойников вода еще раз очищается и возвращается в РПВ, а весь шлам откачивается из отстойников и осушается.

 

Рис.2. ВОС-400П

В насосной станции 2-го (ВНС-2)(рис.3) подъема с помощью насосов Н1.1, Н1.2, Н1.3 вода из РПВ отправляется на станцию ВОС-400 для дальнейшей очистки.

Рис.3. Насосной станции 2-го подъема и РПВ-1 и РПВ-2

Подготовка чистой воды осуществляется на станции комплексной подготовки питьевой воды, которая состоит из блока флотации и реагентной обработки, трех блоков фильтрации и очистки и водонасосной станции третьего подъема.

Рис. 4. Блок флотации и реагентной обработки.

Блок флотации (рис.4) предназначен для очистки воды с применением химических реагентов (флокулянт, коагулянт и щелочь), а также вода проходит камеры отстаивания, хлопьеобразования, осветления, насыщения кислородом, озонирование, дегазацию и после всех этапов поступает в блок фильтров на финальную стадию очистки.

Рис. 5. Блок фильтрации и очистки.

Пришедшая вода после БФиРО очищается в БОиФ №1 и БОиФ №2. Для очистки используются шесть фильтров и лампа ультрофиолетового облучения для обеззараживания. Чистая вода заливается в резервуары чистой воды расположенные на водонасосной станции 3-го подъема (ВНС-3).

На ВНС-3 (рис.6) расположены четыре резервуара объемом 200 м3 в резервуарах исходной воды находится техническая вода, а в резервуарах чистой воды очищенная. Для подачи технической воды конечному потребителю используют насосы Н1.1-Н1.3 и Н2.1-Н2.3, соответственно для подачи чистой воды используют насосы Н3.1-Н3.3. Для подогрева воды на каждом резервуаре установлены водонагреватели ВЕГА-700/200. На всех трубопроводах расположены датчики температуры и давления, а на конечных ветках расходомеры. Также для промывки станции и собственных нужд используется вода из РЧВ.

Рис. 6. Водонасосная станция 3-го подъема.

Для процессов очистки воды в производстве используют разнообразные химические реагенты. Для учета, контроля и правильного дозирования в производстве использую специализированные дозаторы входящие в комплекс системы управления.

Для исследования на станции с разных точек отбиралась вода для химического анализа. Анализ производился в местной химической лаборатории. Отбор воды производился в течении одного месяца. В графиках использованы усредненные результаты за сутки.

В ходе работы было проведено сравнение результатов химического анализа отборов воды в соответствии с нормами государственного стандарта и СанПиНа за май 2013 года и сравнение их с значениями приведенными в таблице 3. Анализ графиков показал, что сильно изменяются значения мутности воды, показания содержания железа и хлора приближаются к допустимой грани содержания в воде и непостоянный показатель общей жесткости воды. Данные анализа говорят о непостоянности химического состава воды, хотя она не превышает границы нормативов, но для более стабильных анализов и улучшения качества воды требуется установка дополнительного фильтровального оборудования более глубокой очистки.

В третьей главе рассмотрены системы более тонкой очистки на примере мембранных фильтров и принципа обратного осмоса.

В настоящее время фильтры, работающие по принципу обратного осмоса становятся всё более популярными среди потребителей. В таких фильтрах имеется специальная мембрана, а движение воды через нее из более концентрированного раствора в направление менее концентрированного.

Процесс обратного осмоса, как способ очистки воды, используется с начала 60-х годов. Первоначально он применялся для опреснения морской воды. Сегодня по принципу обратного осмоса в мире производятся сотни тысяч тонн питьевой воды в сутки.

Совершенствование технологии сделало возможным применение обратноосмотических систем в домашних условиях. На настоящий момент в мире уже установлены тысячи таких систем. Получаемая обратным осмосом вода имеет уникальную степень очистки. По своим свойствам она близка к талой воде ледников, которая признается наиболее экологически чистой и полезной для человека.

Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Благодаря ему в каждую живую клетку поступают питательные вещества и, наоборот, выводятся шлаки.

Явление осмоса наблюдается, когда два соляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной.

Эта мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служит барьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулы воды способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей - нет.

Рис.7. Мембранный фильтр.

Четвертая глава посвящена разработке АСУ ТП, выбору оборудования, контроллеров, обзор промышленных информационных сетей.

В настоящее время в мировой и отечественной практике водоснабжения на теоретическом уровне и стадиях проектных разработок достаточно разработаны системы автоматического управления насосами первого и второго подъема, поступления и отбора воды из резервуаров, обеспечения требуемых напоров и расходов воды, подаваемой в водопроводные сети. На этих составляющих системы водоснабжения достигнуто реальное внедрение элементов контроля и управления сооружениями и устройствами.

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) - это открытая промышленная сеть полевого уровня, отвечающая требованиям международных стандартов IEC 61 158/EN 50170, предназначенная для построения систем распределенного ввода-вывода, а также организации обмена данными между системами автоматизации.

Эффективность работы современных промышленных предприятий во многом зависит от гибкости применяемых систем авто¬матизированного управления. Крупные производственные установки требуют ис¬пользования нескольких децентрализован¬ных систем управления, связанных друг с другом мощной информационной сетью, способной работать в сложных промыш¬ленных условиях. Одним из основных ме¬ждународных стандартов информационных сетей промышленного назначения, под¬держиваемых концерном Siemens, является стандарт Industrial Ethernet (IEEE 802.3 - Ethernet).

Рис.8. Схема АСУ ТП.

В пятой главе разработаны графические элементы управления разработанной АСУ ТП, приведены требования к программному обеспечению и разработано руководство пользователя.

В процессе разработки кадра использовался встроенный редактор SCADA системы WinCC-v.7 для работы с кадрами Graphics Designer. Используя его инструменты была дорисована графическая часть фильтров, задвижек и насосов, а также реализован контроль и управление процессом глубокой очистки.

Рис.9. БОиФ с мембранной установкой.

АСУТП ВОС-400 состоит из трёх уровней.

Верхний уровень (визуализация процесса) содержит аппаратно-программные средства автоматизированных рабочих мест (операторские станции) оперативного  и  технического персонала.

Средний уровень (управление процессом) содержит аппаратно-программные средства, обеспечивающие автоматическое управление групп технологически связанного оборудования и представление данных о процессе в операторской станции.

Нижний уровень (полевой уровень) содержит аппаратные средства связи с процессом: датчики, исполнительные механизмы, задвижки и пр.

Аппаратура верхнего и среднего уровня защищена от исчезновения питающего напряжения источниками бесперебойного питания, которые обеспечивают автономную работу систем в течение 10-15 минут.

Операторские станции обеспечивают:

  1.  наблюдение за технологическим процессом;
  2.  дистанционное управление механизмами и  запорно-регулирующей арматурой;
  3.  назначение режимов работы механизмов,  для которых предусматривается  автоматическое включение резерва;
  4.  управление режимами и задатчиками регуляторов;
  5.  технологическую сигнализацию;
  6.  ведение журнала  технологических и аварийных событий.

Контроллеры работают по заданной программе, обеспечивая работу систем сбора информации о процессе, системы защит, систем автоматического регулирования и управления. Команды  управления с операторских станций и панелей поступают в контроллеры, корректируя работу контроллеров.

Уровень датчиков и механизмов обеспечивает сопряжение оборудования контроллеров с технологическим процессом, выполняя следующие функции:

  1.  измерение параметров процесса;
  2.  преобразование сигналов в унифицированные, гальваническая развязка, согласование уровней напряжения;
  3.  непосредственное воздействие на процесс (перемещение регулирующих органов, включение/отключение двигателей, сигнализации и пр.).

Основные положения диссертации опубликованы в работах

1. Боровицкий Д.В. Создание интерфейса управления технологическим процессом в среде WinCC очистки воды / Д.В. Боровицкий, В.Ф. Коростелёв // Наука молодых, материалы студенческой всероссийской  молодёжной  интернет-конференции. Владимир.: ВлГУ, 2013.

2.  Боровицкий Д.В. Система управления процессом очистки воды  / Д.В. Боровицкий, В.Ф. Коростелёв // Наука молодых, материалы студенческой всероссийской  молодёжной  интернет-конференции. Владимир.: ВлГУ, 2013.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55669. Робота з обдарованими дітьми, спрямована на розвиток академічної обдарованості молоді 190 KB
  У Державній національній програмі Освіта Україна XXI століття серед пріоритетних напрямків реформування шкільної освіти визначено: своєчасне виявлення ранньої обдарованості забезпечення умов для розвитку талановитих дітей а також удосконалення...
55670. Творча робота «Робота з обдарованими дітьми у Донецькому НВК № 91» 1.9 MB
  Удосконалення психологопедагогічного супроводу обдарованих дітей Завдання проекту Сприяти духовноморальному розвитку обдарованих вихованців шляхом самовдосконалення методом залучення особистості в інноваційні форми роботи...
55671. Роль педагога-організатора у створенні сприятливих умов для саморозвитку та самореалізації учнів – членів дитячої організації 568.5 KB
  Саме вона дає змогу учням відчути себе справжніми господарями школи і разом з тим зрозуміти настільки це важливо – організувати роботу брати на себе відповідальність приймати рішення. Важлива також варіативність у діяльності педагогаорганізатора в залежності від вікової групи учнів підлітки чи юнацтво типу школи. У своїй роботі педагогорганізатор керується державними документами про школу освіту виховання Положенням про посадові обов’язки педагогаорганзітора Статутом школи інструкціями та наказами вищестоячих органів та...
55672. Вивчення схильностей учнів до небажаних вчинків 7.01 MB
  Вивчити причини, що спонукають підлітків до вчинення протиправних дій та найбільш поширені шкідливі звички. За основу даного дослідження взято анкету «Молодь і протиправна поведінка» (автор Пачковський, І. Корнієнко).
55674. Натхненна спадщина. З історії розвитку культури м.Сміли Черкаської області 291 KB
  Факти такі. У 19 ст. в містечку існувало дві типографії, в одній із них 1885 року граф Олександр Олексійович Бобринський надрукував своє генеалогічне дерево. 1895 року почала діяти публічна бібліотека при Смілянському народному училищі. На ці ж роки припадає розквіт театру Бобринських.
55675. Використання міжпредметних зв’язків, як один із за 251.5 KB
  Специфіка викладання іноземної мови відкриває широкі можливості у використанні міжпредметних зв’язків з метою підвищення зацікавленості учнів до вивчення іноземної мови. Коли учні вчать іноземну мову, вони мимохідь знайомляться з новою для них країною, з її культурою, історією, літературою, новим способом життя.
55676. Розробка системи уроків геометрії у 9 класі профільної школи з теми: «Геометричні перетворення» 275.5 KB
  При вивченні цієї теми розглядаються деякі конкретні приклади перетворення фігур а також загальне питання руху. Перетворення геометрії є основою для введення подібності фігур. Поняття про перетворення фігур...