Автоматизація насосів і насосних станцій

Автоматизація насосних установок дозволяє збільшувати надійність і безперебійність водопостачання, зменшувати витрати праці і експлуатаційні витрати, розміри регулюючих резервуарів.

Для автоматизації насосних установок не рахуючи апаратури спільного впровадження (контакторів, магнітних пускачів, тумблерів, проміжних реле) використовуються особливі апарати управління і контролю, наприклад, реле контролю рівня, реле контролю заливки відцентрових насосів, струменеві реле, поплавковое реле, електродні реле рівня, різні манометри, датчики ємнісного типу та ін.

Автоматизація насосів і насосних станцій, зазвичай, зводиться до управління занурювальним електронасосом за рівнем води в баку або тиску в напірному трубопроводі.

Розглянемо приклади автоматизації насосних установок.

На рис. 1, а показана схема автоматизації найпростішої насосної установки - дренажного насоса 1, а на рис. 1, б приведена електронна схема цієї установки. Автоматизація насосної установки здійснюється за допомогою поплавкового реле рівня. Ключ управління КУ має два положення: для ручного та автоматичного управління.

Мал. 1. Конструкція дренажної насосної установки (а) і її електронна схема автоматизації (б)

На рис. 2 приведена схема автоматизації управління занурювальним насосом за рівнем води в баку водонапірної башти, реалізована на релейно-контактних елементах.

Мал. 2. Принципова електронна схема автоматизації занурювальним насосом за рівнем води в баке- водонапірної вежі

Режим роботи схеми автоматизації насосом задається тумблером SА1. При установці його в положення «А» і включення автоматичного вимикача QF подається напруга на електронну схему управління. Якщо рівень води в напірному баку знаходиться нижче електрода нижнього рівня датчика ДУ, то контакти SL1 і SL2 в схемі розімкнуті, реле КV1 знеструмлено і його контакти в ланцюзі котушки магнітного пускача КМ замкнуті. В даному випадку магнітний пускач включить електродвигун насоса, відразу згасне сигнальна лампа НL1 і займеться лампа НL2. Насос буде подавати воду в напірний бак.

Коли вода заповнить місце між електродом нижнього рівня SL2 і корпусом датчика, приєднаним до нульового проводу, ланцюг SL2 замкнеться, але реле KV1 подаватися не буде, тому що його контакти, включені по черзі з SL2, розімкнуті.

Коли вода досягне електрода верхнього рівня, ланцюг SL1 замкнеться, реле КV1 включиться і, розімкнувши свої контакти в ланцюзі котушки магнітного пускача КМ, відключить останній, а замкнувши прикінцеві контакти, стане на саможивлення через ланцюг датчика SL2. Електродвигун насоса відключиться, згасне сигнальна лампа НL2 і займеться лампа НL1. Повторне включення електродвигуна насоса відбудеться при зниженні рівня води до положення, коли розімкнеться ланцюг SL2 і реле КV1 буде відключено.

Включення насоса в будь-якому режимі може бути виключно в тому випадку, якщо замкнута ланцюг датчика «сухого ходу» ДСХ (SL3), контролюючого рівень води в свердловині.

Головним недоліком управління по рівню є схильність обмерзання електродів датчиків рівня в зимовий час, через що насос не вимикається і відбувається переливання води з бака. Бувають випадки руйнування водонапірних веж через намерзання великої маси льоду на їх поверхні.

При управлінні роботою насоса по тиску манометр або реле тиску можна змонтувати на напірному трубопроводі в приміщенні насосної. Це спрощує сервіс датчиків і виключає вплив низьких температур.

На рис. 3 приведена принципова електронна схема управління баштовій водопостачальної (насосної) установкою за сигналами електроконтактного манометра (по тиску).

Мал. 3. Принципова електронна схема управління баштовій водопостачальної установкою від електроконтактного манометра

При відсутності води в баці контакт манометра SР1 (нижній рівень) замкнутий, а контакт SР2 (верхній рівень) розімкнути. Реле КV1 спрацьовує, замикаючи контакти КV1.1 і КV1.2, в результаті чого включається магнітний пускач КМ, який підключає електронасос до трифазної мережі (на схемі силові ланцюга не показані).

Насос подає воду в бак, тиск зростає до замикання контакту манометра SР2, налаштованого на верхній рівень води. Після замикання контакту SР2 спрацьовує реле КV2, яке розмикає контакти КV2.2 в ланцюзі котушки реле КV1 і КV2.1 в ланцюзі котушки магнітного пускача км-електродвигун насоса відключається.

При витраті води з бака тиск знижується, SР2 розмикається, відключаючи КV2, але включення насоса не відбувається, тому що контакт манометра SР1 розімкнути і котушка реле КV1 знеструмлена. Таким чином, включення насоса відбувається, коли рівень води в баку знизиться до замикання контакту манометра SР1.

Харчування ланцюгів управління робиться через понижуючий трансформатор напругою 12 В, що збільшує безпеку обслуговування схеми управління і електроконтактного манометра.

Для забезпечення роботи насоса при несправності електроконтактного манометра або схеми управління призначений перемикач SА1. При його включенні шунтуються керуючі контакти КV1.2, КV2.1 і котушка магнітного пускача КМ конкретно підключається до мережі напругою 380 В.

В розрив фази L1 в ланцюг управління включений контакт РОФ (реле обриву фази), який розмикається при неповнофазному або несиметричному режимі мережі живлення. В даному випадку ланцюг котушки КМ розривається і насос автоматом відключається до усунення пошкодження.

Захист силових ланцюгів в даній схемі від перевантажень і коротких замикань здійснюється автоматичним вимикачем.

На рис. 4 наведена схема автоматизації водонасосной установки, яка містить електронасосний агрегат 7 погружного типу, розміщений в свердловині 6. У напірному трубопроводі встановлено зворотний клапан 5 і витратомір 4.

Насосна установка має напірний бак 1 (водонапірна вежа або воздущних-водяний котел) і датчики тиску (або рівня) 2, 3, при цьому датчик 2 реагує на верхній тиск (рівень) в баку, а датчик 3 - на нижній тиск (рівень) в баку. Управління насосною станцією забезпечує блок управління 8.

Мал. 4. Схема автоматизації водонасосной установки з частотно-регульованим електроприводом

Управління насосною установкою відбувається наступним чином. Уявімо, що насосний агрегат відключений, а тиск в напірному баку зменшується і стає нижче Рmin. В даному випадку від датчика надходить сигнал на включення електронасосні Агрегати. Відбувається його пуск методом плавного зростання частоти f струму, який живить електродвигун насосного агрегату.

Коли частота обертання насосного агрегату досягне даного значення, насос вийде на робочий режим. Програмуванням режиму роботи частотного перетворювача можна забезпечити відповідну інтенсивність розбігу насоса, його плавний запуск іостанов.

Застосування регульованого електроприводу насосу дозволяє втілити прямоточні системи водопостачання з автоматичним підтриманням тиску у водопровідній мережі.

Станція управління, що забезпечує плавний запуск та зупинка електронасоса, автоматична підтримка тиску в трубопроводі, містить перетворювач частоти А1, датчик тиску ВР1, електричне реле А2, схему управління і допоміжні елементи, що підвищують надійність роботи електричного обладнання (рис. 5).

Режим роботи насосу і перетворювач частоти забезпечують виконання наступних функцій:

- плавний запуск і гальмування насоса-

- автоматичне керування за рівнем або давленію-

- захист від «сухого ходу» -

- автоматичне відключення електронасоса при неповнофазному режимі, неприпустимому зниженні напруги, при аварії у водопровідній мережі-

- захист від перенапруг на вході перетворювача частоти А1

- сигналізацію про включення і вимкнення насоса, також про аварійні режімах-

- підігрів шафи управління при негативних температурах в приміщенні насосної.

Плавний запуск і плавне гальмування насоса роблять за допомогою перетворювача частоти А1 типу FR-Е-5,5к-540ЕС.

Мал. 5. Принципова електронна схема автоматизації занурювальним насосом з пристроєм плавного запуску і автоматичної підтримки тиску

Електродвигун насосу підключається до висновків U, V і W перетворювача частоти. При натисканні кнопки SВ2 «Пуск» спрацьовує реле К1, контакт якого К1.1 з`єднує входи STF і РС перетворювача частоти, забезпечуючи плавний запуск електронасоса за програмою, даної при налаштуванні частотного перетворювача.

При аварії частотного перетворювача або ланцюгів електродвигуна насоса замикається ланцюг А-С перетворювача, забезпечуючи спрацьовування реле К2. Після спрацьовування К2 замикаються його контакти К2.1, К2.2, а контакт К2.1 в ланцюзі К1 розмикається. Відбувається відключення виходу частотного перетворювача і реле К2. Повторне включення схеми може бути тільки після усунення аварії та скидання захисту кнопкою 8В3.1.

Датчик тиску ВР1 з аналоговим виходом 4 ... 20 мА підключений до аналогового входу частотного перетворювача (контакти 4, 5), забезпечуючи негативну зворотний зв`язок в системі стабілізації тиску.

Функціонування системи стабілізації забезпечується ПІД-регулятором перетворювача частоти. Необхідний тиск задається потенціометром К1 або з пульта управління частотного перетворювача. При «сухому ході" насоса в ланцюзі котушки реле КЗ замикається контакт 7-8 електричного реле опору А2, до контактів якого 3-4 підключений датчик «сухого ходу».

Після спрацьовування реле КЗ замикаються його контакти К3.1 і КЗ.2, в результаті чого спрацьовує реле захисту К2, забезпечуючи відключення електродвигуна насоса. Реле КЗ при цьому стає на саможивлення через контакт К3.1.

При всіх аварійних режимах загоряється лампа НL1- лампа НL2 загоряється при неприпустимому зниженні рівня води (при «сухому ході" насоса). Обігрів шафи управління в холодну пору року здійснюється за допомогою електронагрівачів ЕК1 ... ЕК4, які включаються контактором КМ1 при спрацьовуванні термореле ВК1. Захист вхідних ланцюгів перетворювача частоти від коротких замикань і перевантажень здійснюється автоматичним вимикачем QF1.

У статті використані матеріали книжки Дайнеко В.А Електричне обладнання сільськогосподарських підприємств.

Школа для електрика