Особенности работы системы управления водоочисткой при использовании программного блока обнаружения нарушений

УДК 007.51:004.382.6

Д. С. БУБЫРЬ

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОДООЧИСТКОЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОГРАММНОГО БЛОКА ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШЕНИЙ

Описан процесс управления в системе водоочистки в результате внедрения программного блока раннего предупреждения о нарушении показателей качества питьевой воды.

Ключевые слова: станция водоочистки, система управления, дозы реагентов, прогнозирование, обнаружение нарушений.

Современные водопроводные очистные станции являются комплексами сооружений, предназначенными для реализации ряда технологических процессов, конечная цель которых - получение требуемого количества воды заданного качества. Изучение структуры системы управления очисткой воды показывает, что возможность прогнозирования и своевременного обнаружения нарушений в работе системы управления является полезной и важной [1-3].

Добавление элемента системы управления водоочисткой в виде программного блока раннего предупреждения позволяет осуществлять прогнозирование качества воды до и после очистки с учётом управляемых параметров и, в случае прогноза о нарушении качества очищенной воды, выдавать соответствующий предупреждающий сигнал [4-6].

Технические средства системы управления водоочисткой. Система управления очисткой воды строится с помощью технических средств, которые подразделяются на следующие группы:

• Информационные средства - датчики исходной информации.

• Средства обработки информации и принятия решений.

• Линии передачи информации.

• Исполнительные устройства.

Специфическими датчиками являются приборы для определения показателей качества воды. Работа этих датчиков может быть основана на различных принципах (электрохимические, оптические, хроматографические). Датчики в системе управления непрерывно выдают информацию, имеют высокую чувствительность и точность. Помимо специфических датчиков

© Бубырь Д. С., 2016

(например, спектрофотометрические датчики измерения цветности АОВ-Ю) на водоочистных станциях широко применяются стандартные датчики расхода воды и реагентов, датчики давления и уровня, датчики температуры и др.

В настоящее время в качестве средств обработки информации и принятия решений используются, в основном, промышленные контроллеры различной вычислительной мощности, наборы микропроцессорных плат, персональные компьютеры в промышленном исполнении. Для сопряжения цифровых вычислительных средств и аналоговой техники применяются специальные модули УСО (устройства связи с объектом).

На первом (нижнем) уровне системы управления используются, как правило, простые микроконтроллеры с ограниченными возможностями. На втором уровне (управление сооружением) должны находиться высокопроизводительные промышленные компьютеры и контроллеры, способные принимать и обрабатывать информацию от десятков датчиков и управлять десятками исполнительных устройств. На третьем уровне применяются один или несколько персональных компьютеров в промышленном исполнении.

Для организации передачи данных, как правило, приходится применять различные каналы передачи информации (каналы, работающие по стандартам RS-232C, RS-485). Для связи вычислительных средств второго и третьего уровня может применяться и локальная вычислительная сеть (например, Ethernet). В случае нахождения какого-то сооружения на значительном расстоянии, оправданным выступает применение радиоканалов для передачи информации.

Все исполнительные устройства являются, как правило, лектрическими. Это разнообразные двигатели: синхронные, асинхронные, постоянного

тока. Двигатели могут иметь собственные системы управления, отслеживающие регулирование технологических параметров путём изменения их частоты вращения. С помощью электрических двигателей приводятся в движение различные насосы, мешалки, компрессоры, насосы-дозаторы. Задвижки, затворы, клапаны также имеют электрический привод.

Функционирование системы управления.

Алгоритмическое обеспечение является одной из важнейших составляющих системы управления. Алгоритмы работы локальных систем управления отработаны в достаточной степени и применяются на многих действующих станциях.

Оптимальное функционирование всей системы в целом определяют алгоритмы работы ЭВМ верхнего уровня. Кроме общепринятых алгоритмов сбора, переработки и отображения информации важнейшую роль играют алгоритмы расчёта значений оптимизируемых параметров для выработки уставок на системы управления второго уровня. Эти уставки формируются таким образом, чтобы оптимизировать работу всей водоочистительной станции в соответствии с каким-либо критерием [7].

Помимо всего прочего, надёжность системы управления водоочисткой в значительной мере определяется качеством информации о состоянии водоисточника и прогнозирования физико-химических показателей качества поступающей воды, возможностью изменения режима работы системы при прогнозировании нарушений показателей качества воды, а также качеством прогнозирования состояния питьевой воды после очистки.

Наличие специального программного блока, реализующего решение этих задач и отвечающего за предупреждение аномальных ситуаций и нарушения качества очистки, положительно сказывается на уровне надёжности работы системы. Он может быть добавлен на верхнем уровне функционирования системы в качестве промежуточного элемента при взаимодействии между АРМ и промышленной ЭВМ.

Процесс управления при внедрении программного блока. На основе диспетчерского контроля на водоочистительной станции осуществляется предварительная настройка тех или иных параметров, играющих значительную роль в процессе очистки воды. Особое внимание отводится добавляемым дозам реагентов. Для

управления этими параметрами предложен подход, позволяющий обезопасить работу системы от случаев нарушения и ухудшения качества очищенной воды [8-10]. Предлагаемый подход позволяет исключить в процессе очистки передозировку либо недостаточность доз реагентов, и может использоваться как дополнительный этап настройки параметров системы управления станцией водоочистки.

С учётом этого процесс управления в системе при использовании программного блока раннего предупреждения можно описать следующим образом. После анализа имеющейся входной информации о состоянии водоисточника и о качестве очищенной воды, а также принятия некоторых предварительных решений происходит их проверка. В данном случае - это проверка правильности решений относительно принятых/рассчитанных доз реагентов. При успешном прохождении блока раннего предупреждения (нет прогнозируемых нарушений), оператор с помощью ЭВМ верхнего уровня передаёт команду на насос-дозаторы для подачи реагентов рассчитанных доз. Если же прогнозируется нарушение, то возможен «проскок» этапа на ЭВМ верхнего уровня. Следовательно, не подаётся команда насос-дозаторам, а происходит возврат в АРМ. Затем, после корректировки расчёта доз реагентов, снова осуществляется переход к программному блоку предупреждения и происходит проверка предварительных решений. Однако так называемый «проскок» возможен, если нарушения незначительны и оператором предполагается быстрое решение проблемы. Иначе через ЭВМ верхнего уровня может быть подана команда об остановке процесса очистки. Схематично описанный процесс управления представлен на рисунке 1.

Таким образом, комплекс раннего предупреждения позволяет прогнозировать состояние показателей качества очищенной воды и обнаруживать аномальные ситуации, что даёт оператору больше возможностей в контроле над качеством очистки и управлением дозами реагентов.

В результате использования программного блока раннего предупреждения для контроля качества очистки воды оператор имеет в своём распоряжении информацию о будущем состоянии питьевой воды по наиболее важным показателям качества. Это позволяет оператору оказывать управленческое воздействие на дальнейший ход очистки с целью обеспечения качества питьевой воды.

__

Насос-дозатор

Насос-дозатор

Датчики

Рис. 1. Процесс управления в системе при внедрении блока предупреждения

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бубырь Д. С., Клячкин В. Н. Управление дозами реагентов на станции очистки воды // Вестник УлГТУ. - 2015. - №2 (70) - С. 46-50.

2. Бубырь Д. С. Система раннего предупреждения о нарушении показателей качества питьевой воды // Программные продукты и системы. — 2015.-№2(110). С. 119-123.

3. Клячкин В. Н., Бубырь Д. С. Прогнозирование состояния технического объекта на основе кусочно-линейных регрессий // Радиотехника. — 2014. - №7. - С. 137-140.

4. Клячкин В. Н., Кувайскова Ю. Е., Бубырь Д. С. Прогнозирование состояния объекта с использованием систем временных рядов // Радиотехника. - 2015. - №6. - С.45-47.

5. Прогнозирование физико-химических показателей водоисточника / Д. С Бубырь., Е. М. Булыжев, Ю. А. Грехов, В. Н. Клячкин, Ю. Е. Кувайскова, Г. А. Орлов // Автоматизация. Современные технологии. - 2015. - №5. - С. 14-17.

6. Система прогнозирования качества питьевой воды / Д. С. Бубырь, Е. М. Булыжев, Ю. А. Грехов, В. Н. Клячкин, Г. А. Орлов // Автоматизация. Современные технологии. — 2015. — №7. — С.42-45.

7. Журба М. Г., Соколов Л. И., Говорова Ж. М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений. - 2-е изд., перераб. и доп. - В 3 т. Т. 2. - М. : Издательство АСВ, 2004,- 496 с.

8. Крашенинников В. Р., Бубырь Д. С. Кусочно-квадратичное моделирование регрессионных зависимостей при оценке качества питьевой воды // Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики: Материалы 3-й науч.-прак. internet-конф. (20-21 февраля 2014 г.). - Ульяновск : SIMJET, 2014. - С. 233-236.

9. Krasheninnikov V. R., Potapov М. A. Estimation of parameters of geometric transformation of images by fixed-point method // Pattern Recognition and Image Analysis (Advances in Mathematical Theory and Applications). - 2012. - T. 22, №2. -C.303.

10.Krasheninnikov V.R., Potapov M.A. Estimation of parameters of interframe geometric transformation of an images sequence by fixed point method // Pattern Recognition and Image Analysis (Advances in Mathematical Theory and Applications). - 2010. - T. 20, 3. - C. 316-323.

Бубырь Дмитрий Сергеевич, аспирант кафедры «Прикладная математика и информатика» УлГТУ.

Поступила 02.03.201 б г.