Инновационный отечественный контроллер для управления процессами водоочистки

Хохряков Юрий Борисович, кандидат химических наук, главный технолог компании Акватрол.

Изделия торговой марки AquaMatic производства концерна Pentair давно представлены на рынке  России и широко применяются в области промышленной водоподготовки. Большой неожиданностью для поставщиков и потребителей этого оборудования стала информация о том, что данная продукция исключается из ассортимента концерна по причине смены собственника ― компании производителя АquaMatic, и прекращения его сотрудничества в составе группы Pentair.

Система AquaMatic включают в себя управляющие контроллеры и исполнительные устройства ― диафрагменные клапаны. И если для замены клапанов на рынке представлено несколько вариантов  приемлемого качества, то предлагаемые к замене контроллеры по своему исполнению и техническим характеристикам явно не соответствуют современным требованиям.

В связи с этим в феврале 2016 г. специалистами компании «Акватрол» было принято решение о разработке собственного контроллера для управления потоками жидкостей и газов в процессах водоподготовки. Работа была выполнена, а ее результаты представлены на выставке Aquatherm 2017 в виде первых образцов контроллера «Суперматик» (рис. 1), тогда же начато серийное производство контроллеров нескольких модификаций «Суперматик SM» для управления установками напорной фильтрации на основе засыпных фильтров.

Рис. 1. Новый контроллер на выставке Aquatherm 2017

Конструктивные особенности

Контроллер «Суперматик» хотя и опирается на опыт, накопленный при использовании контроллеров AquaMatic, имеет ряд принципиальных отличий.

Прежде всего, в системе AquaMatic для реализации всего разнообразия технологических схем требуется значительное количество типов контроллеров. Перестройка контроллера под другую технологическую схему невозможна. Это вынуждает поставщика иметь на складе несколько вариантов контроллера, а потребителя ограничивает в возможности изменить или модернизировать систему водоочистки.

Были проанализированы технологические схемы установок, практически реализуемые на базе засыпных напорных фильтров, в результате все их разнообразие удалось свести к 5 базовым вариантам.

Все варианты базовых схем для различного количества фильтров могут быть реализованы в одном контроллере при помощи предварительных установок, выполненных поставщиком оборудования или потребителем на месте использования. Всего доступен 21 вариант установок. Этого удалось достичь за счет того, что основу «исполнительной» части нового контроллера составляет блок пневмораспределителей (рис. 2), и каждая линия управления  имеет отдельный пневмораспределитель. Включаться/выключаться они могут в произвольной последовательности и абсолютно независимо.

Рис. 2. Пневмораспределители в составе опытного образца контроллера

Это существенное отличие отечественного продукта от контроллера AquaMatic, где используется так называемый стейджер – сложный многоходовой поворотный пилотный клапан с приводом от маломощного двигателя с редуктором. Алгоритм переключений стейджера жестко задан конфигурацией внутреннего коммутирующего элемента, так называемой «таблетки» ― тефлоновой шайбы с многочисленными каналами определенной конфигурации. Существуют пространственные ограничения на выполнение каналов «таблетки» – они не могут иметь произвольную форму. Это, в свою очередь, предполагает использование только заданного типа арматуры на определенных позициях технологической схемы – или только нормально открытого, или только нормально закрытого типа. А это приводит к тому, что при использовании наиболее употребительных схем в отсутствие управляющего сигнала (например, при выходе из строя контроллера или падения давления в линии управляющей среды) происходит отключение потребителя от воды. Это может быть критично, например, при пожаре.

Контроллер «Суперматик», напротив, при нештатной ситуации – выходе из строя самого контроллера, при пропадании питающего напряжения, отсутствии давления воздуха и т.п. – переводит клапаны установки в режим «Сервис», то есть обеспечивает водоснабжение без перебоев.

Применение в конструкции пневмораспределителей обеспечивает еще одно важное преимущество нового контроллера – высокую надежность и ремонтопригодность. Ресурс применяемых пневмораспределителей составляет 25 миллионов циклов. Их производство давно отработано, они выпускаются большими тиражами и широко представлены на рынке вплоть до отдаленных регионов. Замена их на месте не составит серьезного труда и затрат. При выходе из строя стейджера в подавляющем большинстве случаев он должен быть заменен целиком. Ремонт в этом случае составит значительную часть от цены устройства и потребует времени на доставку деталей к месту ремонта.

Использование в новом контроллере пневмораспределителей однозначно предполагает управление запорной арматурой сжатым воздухом, хотя контроллер AquaMatic допускает использование в качестве «управляющей среды» как воздуха, так и воды. При внимательном рассмотрении вопроса это «достоинство» оказывается иллюзорным. Во-первых, использование для управления диафрагменными клапанами неподготовленной (исходной) воды нежелательно, так как может привести к засорению каналов стейджера (они имеют диаметр менее 1 мм). Во-вторых, использование очищенной воды (после фильтров) сможет привести к сбою в работе диафрагменных клапанов, так как давление воды после фильтров всегда меньше, чем давление исходной воды.

Проблема решается использованием очищенной воды с коррекцией давления в сторону повышения при помощи узла, состоящего из водяного насоса (аналогичному используемому в бытовых системах обратного осмоса), монтажной рамы, реле давления и маломерного мембранного бака. Но стоимость такого узла коррекции давления воды будет по цене соизмерима с маломощным компрессором, обеспечивающим сжатым воздухом работу контроллера «Суперматик».

Также, использование в качестве управляющей среды воды подразумевает наличие с обеих сторон мембраны несжимаемой среды. Это значительно повышает возможность возникновения гидроударов, ведет к повышенной нагрузке на клапаны, и, как результат, может вызвать ускоренный выход их из строя. В случае применения воздуха переключение происходит мягко и плавно, гидроудары «автоматически» демпфируются.

Программирование

Контроллер «Суперматик» имеет интуитивно понятный русскоязычный интерфейс двухуровневого программирования: меню конфигурирования контроллера под имеющуюся установку и меню задания параметров регенерации. Первое используется обычно однократно при запуске фильтрационной установки в работу или после проведения ее глубокой реконструкции. При конфигурировании задаются главные параметры установки – тип технологической схемы; количество фильтров в установке; текущее время; параметры водосчетчика, если он есть; алгоритм обработки сигнала регенерации в зависимости от состояния внешних датчиков. Меню параметров регенерации используется для оперативного управления технологическим процессом. Через него могут быть заданы: способ инициализации регенерации (по времени, объему, внешним сигналам), продолжительность стадий регенерации, время начала регенерации, частота регенерации, объем воды до регенерации. Меню конфигурирования и меню параметров регенерации построены таким образом, что делают невозможным задание некорректного сочетания параметров, то есть упрощают программирование и исключают ошибки. В основном водоочистные установки работают в автоматическом режиме по заранее заданной программе, но возможно и полностью ручное управление: запуск регенерации, приостановка любой из стадий, ускоренный переход к следующей стадии и др. Это особенно важно при проведении пусконаладочных и регламентных работ. При отключении питающего напряжения в энергонезависимой памяти контроллера сохраняются все установленные параметры системы (текущее время, тип технологической схемы, количество фильтров, источник сигнала регенерации,  время начала регенерации и кратность ее проведения, настройки по стадиям регенерации, цена импульса водосчетчика, объем очищенной воды, после которого начнется регенерация и т.д.) Часы реального времени повышенной точности обеспечивают ход в течение не менее 4 лет от встроенного элемента питания. Функция «Бизнес пароль» позволяет защитить контроллер от несанкционированного доступа.

Совместимость с запорной арматурой

Для коммутации потоков жидкости и газов в настоящее время используется большое разнообразие запорной арматуры и приводов для нее. Как указано выше, изначально контроллеры были ориентированы на совместное использование с диафрагменными клапанами. Однако использование пневморасределителей позволило существенно расширить совместимость контроллера с запорной арматурой. Контроллеры «Суперматик» способны работать со всеми типами запорной арматуры, широко представленными на рынке: с диафрагменными клапанами, с шаровыми кранами и поворотными затворами с приводом от пневмоцилиндров, как одностороннего, так и двустороннего действия. Для управления пневматическими исполнительными устройствами двустороннего действия используются пневмораспределители 5-2. Применение таких пневмораспределителей позволяет «инвертировать» пневматический сигнал, что дает возможность применять в любой позиции технологической схемы клапан произвольного типа, как нормально открытый, так и нормально закрытый. Контроллер также позволяет осуществить непосредственное релейное управление реверсивным электроприводом запорной арматуры. В этом случае пневматическая часть в устройстве отсутствует.

Модификации

В настоящее время контроллеры «Суперматик» для управления установками напорной фильтрации на основе засыпных фильтров производятся в трех стандартных вариантах, отличающихся в основном количеством выходных линий управления: SM-16, SM-8, SM-5 (табл. 1, рис. 3). Они имеют, соответственно, 16, 8 и 5 линий управления.

Рис. 3. Различные модификации контроллера «Суперматик»

Контроллеры SM-16 построены на базе 5-2 распределителей (рис. 4),

Рис. 4. Контроллер «Суперматик» SM-16

и SM-8 выпускаются как на базе 5-2, так и 3-2 распределителей (рис. 5), SM-5 – только с 3-2 распределителями.

Рис. 5. Суперматик SM-8 в рабочем режиме

Контроллеры обеспечивают работу по всем заявленным технологическим схемам, позволяют инвертировать управляющие пневматические (если применены пневмораспределители соответствующего типа) и электрические сигналы. Совместно с контролерами возможно использование любых типов исполнительной арматуры с пневматическим управлением. В остальном контроллеры идентичны.

Таблица 1. Характеристики модификаций контроллера «Суперматик»

Под заказ возможна поставка контроллеров в произвольной комплектации: с количеством независимых управляющих линий от 4 до 16 (до 32 линий для 5-2 распределителей), с применением 3-2 или 5-2 пневмораспределителей, с платой промежуточных реле для управления электроприводом (в вариантах на 8 или 16 подключаемых электродвигателей) или без такой платы. Возможно предварительное программирование контроллеров под конкретную установку.

Технологические схемы

Технологические схемы не имеют особенностей и соответствуют широко применяемым в водоподготовке вариантам (табл. 2).

Таблица 2 Возможности модификации контроллеров «Суперматик» при реализации технологических схем

С момента начала производства новых контроллеров в эксплуатации находятся уже около сорока единиц (рис. 6).

Рис. 6. Осадочные фильтры под управлением контроллера «Суперматик SM-8». Станция водоподготовки номинальной производительностью 150 м3/ч. Город Воскресенск, МО

В настоящее время ведутся монтажные и пусконаладочные работы (рис. 7) на станции водоподготовки для ВЗУ микрорайона Южный, г. Домодедово, производительностью до 320 м³/ч.

Рис. 7. Пусконаладочные работы на ВЗУ г. Новомосковск, МО

Контроллеры «Суперматик SM» включены в инвестиционный проект ГК «Росатом» «Организация производства автономных комплексов по водоочистке и водоподготовке контейнерного и/или блочно-модульного типа». Проект реализуется совместно АО «ВНИИХТ» и АО «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» под управлением АО «Наука и Инновации».

Освоение серийного производства контроллеров управления потоками тесно интегрируется с планами правительства РФ в области импортозамещения. С момента заказа продукции импортного производства до поступления ее на склад проходило не менее 2,5–3 месяцев. Стандартные изделия «Суперматик» имеются на складе ООО «Компания Акватрол», время изготовления  приборов по специальным требованиям заказчика составляет 3–4 недели. Сроки производства и поставки контроллеров не зависят от санкционных решений зарубежных правительств. Качество изделия подтверждено сертификатом соответствия.

Статья из журнала "Аква-Терм", № 5/2017, рубрика "Водоснабжение и водоподготовка".

вернуться назад

Читайте также:

Накопительная емкость в системе автономного водоснабжения

Комплексное решение по переработке отходов на базе ГТУ OPRA

Борьба с хлораминами с помощью бактерицидного УФ-излучения

«ТЕРМА» – производитель нагревателей воздуха и сухих градирен для котельных и когенерационных установок