Диспетчеризация систем водоснабжения
Диспетчеризация систем водоснабжения и канализации осуществляется при помощи средств телемеханики, которые позволяют при больших расстояниях, отделяющих одно сооружение от другого, производить: непрерывное измерение величин, характеризующих режим водоснабжения и канализации стоков; управление исполнительными механизмами и сигнализацию состояния объектов.
Основными величинами, характеризующими технологический процесс указанных систем, являются:
расход воды — в общей системе и отдельными насосными станциями;
давление — в основных точках сети и развиваемое на отдельных насосных станциях и отдельных агрегатах;
уровень воды—в резервуарах, водозаборных сооружениях, водонапорных башнях;
электронагрузка — питающих фидеров, трансформаторов, электродвигателей и пр.
Телеизмерение
Действие системы телеизмерения заключается в следующем: в пункте замера контролируемый параметр, измеренный первичным прибором, преобразуется в электрическую величину, удобную для измерения, и посылается через канал связи на вход вторичного измерительного устройства, шкала которого градуируется в единицах измеряемой технологической величины.
Основной задачей при этом является сведение к возможному минимуму погрешностей, вызываемых преобразованием неэлектрической величины в электрическую, и погрешностей, вызываемых передачей преобразованной величины по линии связи. Величина погрешностей и причины их возникновения зависят от принятого способа.
Телеизмерения и конструкций элементов систем. Различают системы телеизмерения ближнего действия (до 5 — 10 км) и дальнего действия (до сотен километров). В системах ближнего действия применяются методы, основанные на зависимости между измеряемой величиной и напряжением или силой тока в линии (методы интенсивности) . В системах дальнего действия применяются методы, использующие электрические импульсы и переменный ток изменяющейся частоты.
а. Системы ближнего действия
Во избежание влияния индуктивности и емкости в системах ближнего действия передача показаний производится не переменным, а постоянным током. Чтобы потери энергии в линии связи были наименьшими, передача осуществляется малыми токами или малыми напряжениями. Наибольшей простотой, допускающей использование ряда обычных измерительных приборов с несложными датчиками, обладают реостатная потенциометрическая, реостатная лагометрическая и индукционная системы телеизмерения.
Потенциометрическая система с реостатным датчиком
В указанной системе использовано переменное сопротивление 1, включенное по схеме потенциометра (реостатный датчик) (рис. 318). Подвижной контакт реостатного датчика 2 связан со стрелкой первичного измерительного прибора 3, градуированного в значениях измеряемой величины. По мере увеличения угла поворота стрелки меняется ток в линии 4 и, следовательно, показания вторичного измерительного прибора 5—магнитоэлектрической системы, градуированного в тех же значениях.
Напряжение, подводимое к схеме 127 — 220 в, понижается трансформатором 6 до 6е и выпрямляется при помощи выпрямительного мостика 7. Для уменьшения погрешности, вызываемой температурным изменением сопротивления в линии связи, включается балластное сопротивление R6 , в несколько сот раз больше сопротивления линии связи, а для стабилизации напряжения в цепь первичной обмотки трансформатора — емкость 8. Данная система применяется для измерения давления, расхода и уровня.
На рис. 319 показан потенциометрический манометр конструкции АКХ, в котором расположены все устройства передающей стороны: механизм манометра, состоящий из манометрической пружины 1, поводка 2 и множительного механизма 3 потенциометр 4, щеточки которого связаны с осью множительного механизма манометра; трансформатор 5, выпрямитель 6 и конденсатор стабилизации напряжения 7.
Для уменьшения погрешности, вызываемой температурным изменением сопротивления в линии связи, включается балластное сопротивление R6 , в несколько сот раз больше сопротивления линии связи, а для стабилизации напряжения в цепь первичной обмотки трансформатора — емкость 8. Данная система применяется для измерения давления, расхода и уровня.
На рис. 319 показан потенциометрический манометр конструкции АКХ, в котором расположены все устройства передающей стороны: механизм манометра, состоящий из манометрической пружины 1, поводка 2 и множительного механизма 3 потенциометр 4, щеточки которого связаны с осью множительного механизма манометра; трансформатор 5, выпрямитель 6 и конденсатор стабилизации напряжения 7. Точность контроля с реостатным датчиком зависит от постоянства переходного сопротивления ползунка реостата, колебаний сопротивления и утечка тока, вызываемых изменениями температуры и состояния изоляции линии связи.
При расстояниях до 1 км, в особенности при передаче измерений по кабельной линии, этой погрешностью пренебрегают. Реостатная потенциометрическая система телеизмерения допускает размножение показаний, поэтому приемные приборы могут быть визуального и регистрирующего типов. При автоматическом контроле к одному и тому же датчику может быть присоединен и прибор, регулирующий данный параметр (рис. 320).
Система с лагометром не требует стабилизатора напряжения, так как его показания зависят не от абсолютного значения тока в линии, а от отношений токов в его рамках (рис. 321). При нейтральном положении ползунка реостата, когда сопротивление r1 — r2, получается равенство токов I1 = I2 ц отношение = показание лагометра равно нулю.
При r1≠r2 в среднем проводе появляется разность токов I1 — I2 и стрелка лагометра отклоняется вправо или влево от нуля. Необходимость в трех проводах для передачи каждого параметра ограничивает применение лагометрической системы малыми дистанциями, преимущественно пределами территорий станций. Передача на большие расстояния экономически целесообразна при наличии свободных каналов в существующих линиях или при измерениях одним лагометром однотипных величин с разных объектов по одной линии.
В последнем случае применяются специальные релейные схемы. Индукционная система телеизмерения Выпрямительные системы с индукционным датчиком позволяют передавать показания измерительных, устройств на значительные расстояния — до 10—20 км. Первичная обмотка датчика питается через стабилизатор напряжения от сети переменного тока и создает в сердечнике переменное магнитное поле. Под влиянием магнитного поля в подвижной рамке вторичной обмотки датчика индуктируется э. д. с., пропорциональная углу поворота рамки, связанной общей осью с первичным измерительным прибором (рис. 322).
Полученное в рамке напряжение выпрямляется с помощью электронного выпрямителя и посылается в линию связи на вторичный измерительный прибор, установленный в пункте приема. Система телеизмерения с индукционным датчиком дает ток в линию порядка 0,5—1,0 ма (максимальное значение при полном отклонении стрелки первичного измерительного прибора).
Точность измерения составляет ± 2%.При измерении уровней индукционная система часто сочетается с сельсинами, что удобно, так как контролируемый пункт обычно отнесен от объекта измерения на некоторое расстояние. Принципиальная схема указанной системы показана на рис. 323.
Непосредственное измерение уровня воды производится сельсинным датчиком, установленным у водоема. Он представляет собой механизм, превращающий поступательное движение поплавка в угловое перемещение ротора сельсина. Сельсин-датчик работает в режиме синхронной связи с сельсином приемником, установленным в помещении передающего пункта. Ротор сельсина-приемника через редуктор соединен с рамкой индукционного датчика таким образом, что номинальному значению изменения уровня воды соответствует поворот рамки датчика на угол 90°.
Для местного отсчета на контролируемом пункте может быть установлен прибор, соединенный непосредственно с ротором сельсина приемника. Допускаемые расстояния от водоема до контролируемого пункта при данном способе измерения могут быть до 5 км.
б. Системы дальнего действия
В телеизмерительных системах дальнего действия погрешность передачи не зависит от изменения параметров линии связи и поэтому показания приборов могут передаваться на весьма большие расстояния. В одних системах телеизмерения дальнего действия используются импульсы постоянного тока, в других — переменный ток различной частоты. Но ни в одной из этих систем изменение амплитуды импульсов не играет такой роли, как в системах ближнего действия.
Ч и с л о и м п у л ьс н а я система телеизмерения
В этой системе каждому значению передаваемой величины соответствует то или иное число импульсов постоянного тока, передаваемых в линию связи. На рис 324 приведена простая число-импульсная система телеизмерения уровня жидкости в резервуаре с помощью поплавкового устройства. Когда поплавок 4 поднимается, трос поворачивает блок 1 на некоторый угол, пропорциональный величине изменения уровня воды.
Вместе с блоком поворачивается и импульсное зубчатое колесо 2, отклоняя контактный контактный рычаг датчика 3 импульсов ДИ от среднего положения. В зависимости от того, в какую сторону повернется зубчатое колесо, контактный рычаг замыкает либо левый, либо правый контакт. Если уровень в резервуаре повысится, то блок повернется по часовой стрелке и контактный рычаг замкнет правую пару контактов.
Так как один из проводов линии связи подключен к средней точке линейной батареи, то замыкание правой пары контактов вызывает посылку положительного импульса тока. Через обмотку поляризованного реле ПР пройдет положительный импульс, и его контакты замкнут цепь местной электрической батареи на левый электромагнит Э2. Электромагнит притянет якорь, и собачка, укрепленная на его конце, передвинет храповик и указательную стрелку на одно деление вправо.
При понижении уровня контактный рычаг замкнет левые контакты, в линию будет послан отрицательный импульс тока и поляризованное реле включит электромагнит Э2 левого вращения. Стрелка указателя уровня воды переместится на одно деление влево. Если уровень в резервуаре быстро изменится на значительную величину, то колесо пошлет в линию не один, а несколько импульсов тока, которые переместят стрелку на соответствующее число делений.
При изменениях сопротивления или утечки в линии величина (амплитуда) импульса изменится, но это не отразится на работе системы,, лишь бы эта величина не упала ниже значения, необходимого для срабатывания приемного устройства (реле ПР). Число-импульсная система имеет следующие недостатки: при повреждении линии приемное устройство будет показывать один и тот же уровень; если повреждение носит кратковременный случайный характер (захлестывание проводов линии связи), то один или несколько импульсов могут пропасть.
Поэтому при пользовании числоимпульсной системой необходима периодическая автоматическая посылка полной серии импульсов, соответствующей значению измеряемой величины, с контролируемого объекта на диспетчерский пункт для проверки и корректировки показаний. Частотно-импульсная система телеизмерения. Частотно импульсный метод передачи на расстояние показаний приборов основан на том, что по проводам посылаются импульсы тока, частота которых зависит от значения измеряемой величины. Указанные системы могут работать с емкостными или турботахометрическими датчиками.
Скелетная схема телеизмерения с емкостным датчиком показана на рис. 325. Измерение величины производится при помощи обычного измерительного прибора, с подвижной системой которого механически связан ротор конденсатора переменной емкости (емкостный датчик). Приращение емкости конденсатора находится в линейной зависимости от угла поворота подвижной системы измерительного прибора.
Конденсатор является составным элементом контура лампового генератора; величина его емкости определяет частоту генератора и, следовательно, частоту тока в линии связи. В качестве приемного прибора устанавливается частотомер, шкала которого градуируется в единицах телеизмеряемой величины (уровень, давление, электрический ток, напряжение). Частотная система с турботахометрическим датчиком разработана Академией коммунального хозяйства для измерения расхода жидкостей.
Чувствительным элементом этой системы является турботахометрический датчик, рассчитанный на установку в трубопроводах диаметром от 250 до 1200 мм. Так как скорость вращения турбинки, опущенной в трубу с потоком жидкости, определяется ее расходом, то частота генератора, пропорциональная скорости вращения турбинки, будет пропорциональна также и расходу жидкости.
Частотомер, установленный на диспетчерском пункте и реагирующий на изменение частоты тока в линии связи, градуируется в единицах измерения расхода жидкости. Кроме рассмотренных систем телеизмерения применяют время-импульсные и другие системы.
Телеуправление и телесигнализация
Диспетчеризация сооружений водопровода и канализации требует специальных технических средств, позволяющих диспетчеру без помощи дежурного персонала производить: пуск и остановку на расстоянии насосных агрегатов, включение и отключение соответствующих выключателей электрической сети, закрытие, открытие и регулирование степени открытия задвижек и пр. Кроме того, на щите диспетчера непрерывно должно отражаться состояние насосных агрегатов, задвижек, масляных выключателей и др., а также любое изменение положения агрегатов или изменение технологических и электрических параметров как в процессе нормальной эксплуатации, так и во время аварий.
Системы телеуправления являются развитием схем дистанционного управления. Различие между ними заключается в том, что число линий связи в них меньше числа передаваемых приказов и сигналов исполнения. Кроме того, в устройствах телеуправления и сигнализации применяется слаботочная аппаратура, для которой требуются линии небольших сечений.
По способу использования линии связей указанные системы делятся на две группы: многоканальные — ближнего действия и малоканальные — дальнего действия.
а) Многоканальные системы
Принцип действия таких устройств заключается в посылке в линию, связывающую диспетчерский пункт (ДУ) с контролируемым пунктом (КП), импульсов тока различной полярности и амплитуды. Схема с полярным разделением цепей показана на рис- 326. Питание схемы осуществляется переменным током от провода ЛА через твердые выпрямители B1 и В2 (купроксные или селеновые). Через аналогичные выпрямители B1 и В2 присоединены поляризованные реле включения и отключения РВ и РО к проводу ЛБ.
Когда ключ КУ установлен в верхнем положении, выпрямитель В1 пропускает только положительные полуволны переменного тока. На КП ток этого направления пропускается выпрямителем В1, включенным в цепь РВ. Цепь реле РО отделена выпрямителем В2 противоположной полярности, поэтому реле РВ сработает, а реле РО останется обесточенным. При переводе ключа КУ в противоположное положение сработает реле РО и останется обеспеченным реле РВ, так как в линии связи будут протекать отрицательные полуволны переменного тока.
Полярное разделение цепей позволяет сократить число линий связи в два раза. Но этого недостаточно. Желательно по одним и тем же проводам посылать приказы и получать сигналы о состоянии объекта. Разделение сигналов от приказов достигается двумя амплитудами тока: малой — для сигнализации, большой — для управления.
Схема с полярно-амплитудным выбором показана на рис. 327. В этой схеме цепи управления и сигнализации питаются током одной полярности, но срабатывают от тока разной силы. Когда объект отключен, ключ 1КУ на ДУ находится в нейтральном положении, а контакт С на КП — в верхнем положении. В линии протекает контрольный ток положительной полярности малой амплитуды, достаточной для срабатывания реле ICO и совершенно недостаточной для того, чтобы возбудить реле управления 1РВ.
Для передачи приказа управления диспетчер переводит ключ 1КУ в требуемое положение. При этом цепь реле сигнализации (1 СО или 1 СВ) и добавочное сопротивление Ro шунтируются сопротивлением Rш, ток в цепи увеличивается, и реле управления срабатывает, воздействуя на схему управления исполнительного механизма. Агрегат включится, его блок-контакты переключат направление тока в соединительном проводе; на ДУ сработает реле сигнализации 1СВ и включит сигнальную лампу нового положения. Исполнительными механизмами являются электродвигатели насосов, задвижек, масляные выключатели на вводах подстанций и пр.
Рассмотренные схемы телеуправления и телесигнализации относятся к устройствам с индивидуальными соединительными проводами. Каждый объект при использовании этих систем может управляться независимо и одновременно с другими. Однако случаи, когда требуется одновременное управление несколькими объектами, весьма редки, а сокращение линий связи для экономии проводов является очень важным, поэтому широкое применение нашли в системах управления комбинационные кодовые устройства с одноканальной системой связи.
б) Малоканальные системы
В малоканальных системах передача импульсов управления осуществляется в виде поочередной посылки , импульсов всем объектам по одной линии связи. Для этого устанавливаются на ДП и КП два синхронно вращающихся распределителя, поочередно подключающих линию связи к командному и приемному устройству каждого объекта (рис. 328).
Схема работает следующим образом. Вращающиеся щетки распределителей одновременно приключают контакты одинаковых номеров командной и приемной стороны системы телеуправления. Если ключи К1 К2, Кз будут замкнуты, то при повороте щетки распределителя будет послан приказ объектам 1, 2 и 3. Если будут замкнуты два ключа, то в порядке последовательности прохождения щеток будут посланы приказы двум объектам.
Приказы управления и известительные сигналы обычно зашифровываются при помощи специальных устройств (шифраторов) и поступают в линию связи в виде импульсов электрического тока определенного качества (код). Эти импульсы на приемном пункте расшифровываются специальным приемным устройством (дешифратором), который пере дает полученный приказ в исполнительные цепи в пункте управления ил я в сигнальные цепи на диспетчерском пункте.
Распределитель с приводом от электродвигателя показан на рис. 329. Он представляет собой систему контактов, расположенных по окружности, по которой проходит последовательно щетка, приводимая в движение электродвигателем 1. Электромагнитная муфта 2 подключает вал распределителя к двигателю только на момент переключения, вращает щетку 3, последовательно проходящую контакты 4. Сложность и многообразие схем и электрической аппаратуры систем телеуправления и телесигнализации не позволяют рассматривать эти вопросы более подробно.
