АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ВОДОПОДГОТОВКИ
AUTOMATED WATER TREATMENT SYSTEM

Изобретение относится к области многоступенчатой очистки воды с автоматизированной системой управления и контроля для использования сверхчистой воды с удельным сопротивлением до 18 МОм⋅см, например, в качестве жидкого диэлектрика в ускорительных комплексах.
Известна система водоподготовки [патент RU №76641 «Комплексная многоконтурная многостадийная система водоподготовки и водоочистки на мобильной платформе», публик. 27.09.2008 бюл. №27, МПК: C02F 1/18, C02F 9/00, Засименко В.В., Захарчук М.В., Засименко Б.В.], которая содержит образованной в последовательно соединенной трехконтурной схеме циркуляции воды комплекты очистительного оборудования в виде блоков фильтров, соединенных посредством трубопроводов с водозаполняемым резервуаром в виде накопительной емкости, расположенной на выходе третьего контура и исполнительного механизма в виде насосной станции.
В представленном аналоге реализована многоконтурная система водоподготовки последовательного типа, т.е. при выходе из строя одного из узлов комплекта очистительного оборудования одного из контуров, нарушается функционирование других контуров. Отсутствие автоматизированного управления исполнительными механизмами системы водоподготовки и автоматизированного контроля качества воды на каждом этапе очистки и не позволяет регулировать скорость, направление потока и продолжительность циркуляции воды. В результате работы данной системы водоподготовки получают воду, пригодную для питья и бытовых нужд, но непригодную для использования в качестве диэлектрика в ускорительных модулях.
Также известна система водоподготовки [патент RU №2258045 «Способ получения воды для инъекций из вод природных источников и установка для его реализации», публик. 10.08.2005 бюл. №22, МПК: C02F 9/08, C02F 9/00, Макушенко Е.В., Раевский К.К. и др.], в которой реализована одноконтурная схема получения воды питьевого качества, а также воды для инъекций, содержащая комплект очистительного оборудования в виде набора фильтров, датчиками удельного электрического сопротивления, исполнительные механизмы в виде нагнетательного насоса и насоса высокого давления.
Недостатками аналога являются: получение воды недостаточного качества для использования в виде диэлектрика для ускоряющих электрофизических установок; невозможность регулирования скорости и направления потоков воды в системе; реализация одноконтурной схемы системы водоподготовки.
Известна автоматизированная система водоподготовки [патент: RU №2377193, публик. 27.12.2009 бюл. №36, МПК: C02F 9/00, авторы: Антонович В.Б., Волков М.В. и др.], которая выбрана по технической и физической сущности в качестве наиболее близкого аналога к заявляемой системе, включающая контур циркуляции воды, в который входят сообщающиеся между собой посредством трубопроводов комплект очистительного оборудования и водозаполняемый резервуар, управляемый программно-логическим устройством (далее ПЛУ), соединенным через разъемы интерфейса управления с измерительно-управляющими контроллерами, соединенными с датчиками и исполнительными механизмами. Программно-логическое устройство представлено в виде управляющей ЭВМ с адаптерным блоком. Комплект очистительного оборудования представлен в виде резервного бака, дегазатора и деионизатора. Причем один из измерительно-управляющих контроллеров подключен к датчикам давления-разряжения и уровня для осуществления сбора информации с них, другой - к датчику удельного электрического сопротивления воды для осуществления контроля, а третий из измерительно-управляющих контроллеров осуществляет управление исполнительными механизмами. В качестве исполнительных механизмов использованы электромагнитные клапана, шаровые краны с электрическими приводами, вакуумные и нагнетательные насосы.
В представленной автоматизированной системе водоподготовки организована одноконтурная схема циркуляции для очистки воды только одного водозаполняемого резервуара формирующей линии ускорителя, а также при выходе из строя одного из узлов комплекта очистительного оборудования нарушается функционирование всей установки в целом.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей за счет обеспечения водоподготовки одновременно нескольких объемов.
Указанный технический результат достигается тем, что в автоматизированной системе водоподготовки, включающей контур циркуляции воды, в который входят сообщающиеся между собой посредством трубопроводов комплект очистительного оборудования и водозаполняемый резервуар, управляемый программно-логическим устройством (далее ПЛУ), соединенным через разъемы интерфейса управления с измерительно-управляющими контроллерами, соединенными с датчиками и исполнительными механизмами, новым является то, что система, по меньшей мере, включает еще один контур циркуляции воды, который соединен с другим/другими посредством трубопроводов с запорной арматурой, с возможностью объединения и/или разъединения контуров, и в каждом контуре циркуляции воды предусмотрена возможность гидравлического подключения, как минимум, одного дополнительного водозаполняемого резервуара, при этом каждый контур циркуляции воды снабжен, как минимум, одной арматурой с угловой регулировкой, причем управление всеми контурами обеспечивается общим ПЛУ, программное обеспечение которого позволяет осуществлять водоподготовку резервуаров как своего контура, так и другого, а измерительно-управляющие контроллеры дополнительно снабжены разъемами интерфейса управления для каскадного подключения других измерительно-управляющих контроллеров при наращивании числа водозаполняемых резервуаров в контурах системы.
Также в системе при включении в контур циркуляции воды дополнительно, по крайней мере, одного водозаполняемого резервуара, к существующим измерительно-управляющим контроллерам подключается каскадно, как минимум, один дополнительный измерительно-управляющий контроллер.
Влияние отличительных признаков патентной формулы на вышеуказанный технический результат.
Включение в систему, по меньшей мере, еще одного контура циркуляции воды, который соединен с другим/другими посредством трубопроводов с запорной арматурой, с возможностью объединения и/или разъединения контуров, позволяет обеспечить очистку водозаполняемых резервуаров комплектом очистительного оборудования любого из заданных контуров циркуляции воды, что влияет на вышеуказанный технический результат.»
Возможность гидравлического подключения в каждом контуре циркуляции воды, как минимум, одного дополнительного водозаполняемого резервуара, позволяет организовать очистку требуемого числа водозаполняемых резервуаров, что повышает функциональные и эксплуатационные возможности системы.
Снабжение каждого контура циркуляции воды, как минимум, одной арматурой с угловой регулировкой, позволяет регулировать скорость потока воды для осуществления более эффективного процесса очистки для формирования водной среды требуемого качества и заполнение ею всех обслуживаемых объемов.
Обеспечение управления всеми контурами общим ПЛУ, программное обеспечение которого позволяет осуществлять водоподготовку резервуаров как своего контура, так и другого, способствует оптимизации порядка управления и осуществления контроля над работой составных частей комплектов очистительного оборудования, исполнительных механизмов и датчиков в реальном масштабе времени с последующим детальным диагностированием при этом их состояния и, при необходимости, в случае аварийной ситуации, осуществление перехода на другой выбранный оператором режим работы, что также повышает функциональные и эксплуатационные возможности системы.
Дополнительное снабжение измерительно-управляющих контроллеров разъемами интерфейса управления для каскадного подключения других измерительно-управляющих контроллеров при наращивании числа водозаполняемых резервуаров в контурах системы, позволяет вновь подключаемые водозаполняемые резервуары ввести в контур циркуляции воды для дальнейшей автоматизированной организации их водоподготовки, что также влияет на вышеуказанный технический результат.
Предлагаемое изобретение представлено на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 представлена структурная схема автоматизированной системы водоподготовки.
На фиг. 2 представлена гидравлическая принципиальная схема водоподготовки. На фигурах позициями обозначены:
1 - программно-логическое устройство;
2 - измерительно-управляющие контроллеры;
3 - резервный бак;
4 - дегазатор;
5 - деионизатор;
6 - датчики давления-разряжения;
7 - датчики удельного электрического сопротивления воды;
8 - датчики уровня;
9 - водокольцевой вакуум-насос;
10 - электронасос;
11 - запорная арматура;
12 - арматура с угловой регулировкой;
13 - водозаполняемый резервуар.
Автоматизированная система водоподготовки включает в себя сообщающиеся между собой посредством трубопроводов два комплекта очистительного оборудования и водозаполняемые резервуары 13, программно-логическое устройство (далее ПЛУ) 1, соединенное через разъемы интерфейса управления с измерительно-управляющими контроллерами 2, соединенными с датчиками 6, 7, 8 и исполнительными механизмами в виде водокольцевого вакуум-насоса 9, электронасоса 10, запорной арматуры 11 и арматуры с угловой регулировкой 12.
Два комплекта очистительного оборудования с водозаполняемыми резервуарами 13 формирующей линии ускорителя и шести ускорительных модулей, датчиками 6, 7, 8 и исполнительными механизмами соединены посредством трубопроводов и образуют двухконтурную схему циркуляции воды, управляемую общим ПЛУ 1, программное обеспечение которого позволяет осуществлять водоподготовку резервуаров как своего контура, так и другого. При этом каждый контур циркуляции воды снабжен арматурой с угловой регулировкой 12 в качестве которых использованы шаровые краны регулирующие с электроприводом. Также, в случае наращивания числа водозаполняемых резервуаров в контурах системы, измерительно-управляющие контролеры 2 снабжены разъемами интерфейса управления для каскадного подключения других измерительно-управляющих контроллеров.
3
В комплект очистительного оборудования входит резервный бак 3 объемом 5 м, деионизатор 5, загруженный смесью ионитов, при контакте с которыми происходит деионизация воды, и дегазатор 4, создающий разряжение для удаления газов из воды с помощью водокольцевого вакуум-насоса 9 типа ВВН1-1,5. В качестве запорной арматуры 11 использованы краны шаровые тип 77 фланцевые с электроприводом. Водокольцевой вакуум-насос 9 и два электронасоса 10 типа центробежный герметичный ЦГ6,3/32. В качестве датчиков используются: датчики давления-разрежения 6 типа МИДА-ДИВ с диапазоном от минус 100 до 100 кПа, датчики удельного электрического сопротивления воды 7 автоматического кондуктометра КАЦ-037 и датчики уровня 8 в виде реле с горизонтальным поплавком RSF74.
ПЛУ 1 выполнено в виде управляющей ЭВМ с адаптерным блоком. Управляющая ЭВМ совместно с функционирующим на ней программным обеспечением реализует необходимый алгоритм работы системы водоподготовки, пульта оператора и поддержку протоколов связи по информационным магистралям с использованием порта последовательной связи RS-232. Адаптерный блок служит для согласования интерфейсов ЭВМ и измерительно-управляющего контроллера 2. Адаптерный блок состоит из: конвертера интерфейсов RS-232/RS-485 I-7520, модуля дискретного ввода/вывода I-7060, преобразователя интерфейса ADAM-4541 и источника питания постоянного тока TCL024-124. Также адаптерный блок оборудован кнопкой аварийного отключения.
В состав измерительно-управляющих контроллеров 2 входят:
- модули дискретного вывода I-7042,
- модули дискретного ввода I-7041,
- модуль дискретного ввода/вывода I-7063,
- модули 14-разрядного аналогового ввода I-7024,
- модули дискретного ввода/вывода I-7065,
- модули аналогового ввода I-7017F,
- источники питания TSP180-124, TCL024-124, PWR243,
- промышленные электромеханические реле G2R-2SND24DC(S)*,
- трехфазные твердотельные реле GRD 84130310,
- реле контроля фаз 3UG3511-1BQ50,
- резисторы на 560 Ом, 124 Ом,
- конденсаторы на 0,047 мкФ, 0,082 мкФ, 0,47 мкФ,
- клемма заземления Т51.
Заявляемая автоматизированная система водоподготовки (далее АСВ) работает следующим образом.
Программно-логическое устройство 1 посредством программного обеспечения (далее ПО) производит опрос состояния системы: посылает управляющие команды на измерительно-управляющие контроллеры 2, откуда сигналы передаются на датчики 6, 7, 8, водокольцевой вакуум-насос 9, электронасосы 10, запорную арматуру 11 и арматуру с угловой регулировкой 12. Ответные сигналы также приходят на измерительно-управляющие контроллеры 2 и затем передаются в ПО ПЛУ 1. На основе ответных данных ПО отображает на мнемосхеме состояние АСВ в режиме реального времени. По результатам анализа состояния АСВ и выбранного режима работы ПО подает управляющий сигнал на измерительно-управляющие контроллеры 2, откуда управляющие команды направляются на все исполнительные механизмы и запускают их работу в » соответствии с заложенными алгоритмами. Аналоговые сигналы с датчиков 6,7,8 поступают на измерительно-управляющие контроллеры 2, где преобразуются в цифровой код и поступают по цифровому интерфейсу на управляющую ЭВМ ПЛУ 1. По результатам анализа сигналов с датчика ПО производит управление арматурой с угловой регулировкой 12, что позволяет более эффективно производить очистку воды, исключать аварийные ситуации.
ПО позволяет выбрать как отдельные водозаполняемые резервуары 13, так и отдельно контур 1 или контур 2, или оба контура одновременно. Очистка водозаполняемых резервуаров 13 выбранного контура или контуров происходит за счет открытия или закрытия соответствующих исполнительных механизмов.
До запуска любого из автоматизированных режимов работы АСВ необходимо заполнить резервный бак 3 конденсатом, удельное электрическое сопротивление которого не превышает 0,6 МОм⋅см. Данная процедура производится в «Ручном режиме», при котором оператор управляет соответствующими элементами АСВ на мнемосхеме. ПО при этом отслеживает условия возникновения аварийной ситуации и предотвращает их.
Для получения удельного электрического сопротивления воды 18 МОм⋅см в водозаполняемых резервуарах 13 осуществляется циркуляция воды в замкнутом контуре. После запуска выбранного режима выполнение операций по очистке воды происходит автоматически без участия человека. Сначала производится заполнение водой указанных водозаполняемых резервуаров 13 с помощью электронасоса 10 из резервного бака 3 соответствующего контура. Затем осуществляется режим циркуляции: электронасос 10 забирает воду из дегазатора 4, где происходит удаление газов с помощью разряжения, создаваемого вакуумным насосом 9, прокачивает через механический фильтр (на фиг. не показан), где удаляются механические примеси, деионизаторы 5, загруженные смесью ионитов, на которых происходит деионизация воды, затем направляет ее по соответствующим трубопроводам в водозаполняемые резервуары 13 и снова в дегазатор 4. При этом производится контроль параметров уровня воды в резервном баке 3, дегазаторе 4 и водозаполняемых резервуарах 13 с помощью датчиков уровня 8. Контроль давления воды в водокольцевом вакуум-насосе 9, в напорном патрубке электронасоса 10, в водозаполняемых резервуарах 13 осуществляется посредством датчиков давления-разрежения 6. Контроль удельного электрического сопротивления воды осуществляется посредством четырех датчиков удельного электрического сопротивления воды 7, два из которых установлены после деионизаторов 5, и по одному на каждом контуре циркуляции воды. Управление исполнительными механизмами осуществляют в автоматическом t режиме непрерывно в реальном времени.
При выходе из строя очистительного оборудования одного из контуров оператор имеет возможность выполнить очистку водозаполняемых резервуаров этого контура посредством очистительного оборудования другого контура. Для этого в ПО выбирается «Ручной режим» и оператор указывает соответствующие исполнительные механизмы, которые нужно открыть или закрыть. После чего подает команду на работу электронасоса 10. Так же как и в автоматических режимах, ПО обрабатывает сигналы с датчиков 6, 7, 8 и отображает на мнемосхеме текущее состояние АСВ. В данном случае оператор самостоятельно принимает решение о продолжении или остановке работы АСВ.
В случае аварийных ситуаций, при которых ПО не в состоянии управлять АСВ, необходимо нажать аварийную кнопку на адаптерном блоке. В этом случае на запорную арматуру 11 и арматуру с угловой регулировкой 12 поступают сигналы о закрытии/открытии в соответствии с исходным состоянием, на водокольцевой вакуум-насос 9 и электронасосы 10 подаются сигналы остановки работы.
На предприятии была разработана и создана представленная автоматизированная система водоподготовки, которая позволила производить одновременную очистку сразу нескольких водозаполняемых резервуаров, что расширило функциональные и эксплуатационные возможности системы в целом.