Принципы автоматизированного управления в насосных станциях. - Назначение и виды насосных станций

Введение автоматизации управления насосными станциями является одним из важнейших направлений технического прогресса в области подачи и отведении воды в населенных пунктах и на промышленных предприятиях. Позволяет повышать надежность и бесперебойность водоснабжения, уменьшать затраты труда и эксплуатационные расходы, размеры регулирующих резервуаров. На насосных станциях автоматизируются: пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды, подачи, напора и т. п.); прием импульсов параметров и передача сигналов на диспетчерский пункт. Применение автоматизированного управления насосными станциями дает значительные преимущества:

1) позволяет уменьшить вместимость баков водонапорных башен и сборных резервуаров за счет увеличения частоты плавного пуска и остановки агрегатов, либо полностью отказаться от применения водонапорных башен за счет частотного регулирования; 2) снижается эксплуатационные расходы вследствие уменьшения числа обслуживающего персонала, а также расходов на отопление и освещение помещений; 3) увеличивает срок службы оборудования и приборов благодаря своевременному выключению из работы агрегатов при возникновении неполадок в их работе. 4) снижает строительную стоимость, так как оборудование концентрируется на меньшей площади машинного зала и отпадает необходимость в устройстве бытовых и вспомогательных помещений; 5) дает возможность сосредоточить управление несколькими автоматизированными насосными станциями в одном пункте, что делает систему более гибкой и надежной; 6) исключает участие персонала станции в технологических операциях, протекающих в антисанитарных условиях.

Для наблюдения за параметрами работы насосной станции служат различные датчики, которые преобразуют контролируемую величину в электрический сигнал, поступающий в исполнительные механизм.

В автоматизированных системах управления насосными агрегатами применяют следующие типы датчиков и реле:

1) Датчики уровня - для подачи импульсов на включение и остановку насосов при изменении давления в трубопроводе; 2) Датчики или электроконтактные манометры - для управления целями автоматики при изменении давления в трубопроводе; 3) Струйные реле - для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в контролируемом трубопроводе; 4) Реле времени - для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов; 5) Термические реле - для контроля за температурой подшипников и сальников, а в некоторых случаях - за выдержкой времени; 6) Вакуум реле - для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе; 7) Промежуточные реле - для переключения отдельных цепей в установленной последовательности; 8) Реле напряжения - для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении; 9) Аварийные реле - для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы.

Для автоматизации насосных установок кроме аппаратуры общего применения (контакторов, магнитных пускателей, переключателей, промежуточных реле) применяются специальные аппараты управления и контроля, например, реле контроля центробежных насосов, поплавковое реле, электродное реле уровня и др. Автоматизация насосов и насосных станций, как правило, сводится к управлению погружным электронасосом по уровню воды в баке или давлению в напорном трубопроводе.

Рассмотрим примеры автоматизации насосных установок.

На рисунке 3а показана схема автоматизации простейшей насосной установки - дренажного насоса 3а, на рисунке 3б приведена электрическая схема этой установки.

Автоматизация насосной установки осуществляется с помощью поплавкового реле уровня. Ключ управления КУ имеет два положения: для ручного и автоматического управления.

Рисунок 3. Конструкция дренажной насосной установки (а) и ее электрическая схема автоматизации (б)

На рисунке 4 приведена схема автоматизации управления погружным насосом по уровню воды в баке водонапорной башни, реализованная на релейно-контактных элементах.

принципиальная схема автоматизации управления погружным насосом по уровню воды в баке водонапорной башни, реализованная на релейно-контактных элементах

Рисунок 4. Принципиальная схема автоматизации управления погружным насосом по уровню воды в баке водонапорной башни, реализованная на релейно-контактных элементах

Режим работы схемы автоматизации насосом задается переключателем SA1. При установке его в положение А и включение автоматического выключателя QF подается напряжение на электрическую схему управления. Если уровень воды в напорном баке находится ниже электрода нижнего уровня датчика ДУ, то контакты SL1 и SL2 в схеме разомкнуты, реле KV1 обесточено и его контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ замкнуты. В этом случае магнитный пускатель включит электродвигатель насоса, одновременно погаснет сигнальная лампа HL1 и загорится лампа HL2.

Насос будет подавать воду в напорный бак. Когда вода заполнит пространство между электродом нижнего уровня SL2 и корпусом датчика, подключенным к нулевому проводу, цепь SL2 замкнется, но реле KV1 не включится, так как его контакты, включенные последовательно с SL2, разомкнуты. Когда вода достигнет электрода верхнего уровня, цепь SL1 замкнется, реле KV1 включится и, разомкнув свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ, отключит последний, а замкнув замыкающие контакты, станет на самопитание через цепь датчика SL2. Электродвигатель насоса отключится, погаснет сигнальная лампа HL2 и загорится лампа HL1. Повторное включение электродвигателя насоса произойдет при понижении уровня воды до положения, когда разомкнется цепь SL2 и реле KV1 будет отключено.

Включение насоса в любом режиме возможно только в том случае, если замкнута цепь датчика "сухого хода" ДСХ (SL3), контролирующего уровень воды в скважине. Основным недостатком управления по уровню является подверженность обмерзанию электродов датчиков уровня в зимнее время, из-за чего насос не включается и происходит переливание воды из бака. Бывают случаи разрушения водонапорных башен из-за намерзания большой массы льда на их поверхности. При управлении работой насоса по давлению электроконтактный манометр или реле давления можно смонтировать на напорном трубопроводе в помещении насосной. Это облегчает обслуживание датчиков и исключает воздействие низких температур. На рисунке 5 приведена принципиальная электрическая схема управления башенной водоснабжающей установкой по сигналам электроконтактного манометра (по давлению).

Рисунок 5. Электрическая схема управления башенной водоснабжающей установкой по сигналам электроконтактного манометра

При отсутствии воды в баке контакт манометра SP1 (нижний уровень) замкнут, а контакт SP2 (верхний уровень) разомкнут. Реле KV1 срабатывает, замыкая контакты KV1.1 и KV1.2, в результате чего включается магнитный пускатель КМ, который подключает электронасос к трехфазной сети (на схеме силовые цепи не показаны). Насос подает воду в бак, давление растет до замыкания контакта манометра SP2, настроенного на верхний уровень воды. После замыкания контакта SP2 срабатывает реле KV2, которое размыкает контакты KV2.2 в цепи катушки реле KV1 и KV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ.

Электродвигатель насоса отключается. При расходе воды их бака давление снижается, SP2 размыкается, отключая KV2, но включение насоса не происходит, так как контакт манометра SP21 разомкнут и катушка реле KV1 обесточена. Таким образом, включение насоса происходит, когда уровень воды в баке снизится до замыкания контакта манометра SP1. Питание цепей управления производится через понижающий трансформатор напряжением 12 В, что повышает безопасность обслуживания схемы управления и электроконтактного манометра. Для обеспечения работы насоса при неисправности электроконтактного манометра или схемы управления предназначен тумблер SA1. При его включении шунтируются управляющие контакты KV1.2, KV2.1 и катушка магнитного пускателя КМ непосредственно подключается к сети напряжением 380 В. В разрыв фазы L1в цепь управления включен контакт РОФ (реле обрыва фазы), который размыкается при неполнофазном или несимметричном режиме питающей сети. В этом случае цепь катушки КМ разрывается, и насос автоматически отключается до устранения повреждения.

Защита силовых цепей в данной схеме от перегрузок и коротких замыканий осуществляется автоматическим выключателем. На рисунке 6 приведена схема автоматизации водонасосной установки, которая содержит электронасосный агрегат 7 погружного типа, размещенный в скважине 6. В напорном трубопроводе установлены обратный клапан 5 и расходомер 4. Насосная установка имеет напорный бак 1 (водонапорная башня или воздушно-водяной котел) и датчики давления 2, 3, причем датчик 2 реагирует на верхнее давление в баке, а датчик 3 - на нижнее давление в баке. Управление насосной станцией обеспечивает блок управления 8.

Рисунок 6. Схема автоматизации водонасосной установки с частотно-регулируемым электроприводом

Управление насосной установкой происходит следующим образом. Предположим, что насосный агрегат отключен, а давление в напорном баке уменьшается и становится ниже Pmin. В этом случае от датчика поступает сигнал на включение электронасосного агрегата. Происходит его запуск путем плавного увеличения частоты f тока, питающего электродвигатель насосного агрегата. Когда частота вращения насосного агрегата достигнет заданного значения, насос выйдет на рабочий режим. Программированием режима работы частотного преобразователя можно обеспечить нужную интенсивность разбега насоса, его плавный пуск и остановку.

Применение регулируемого электропривода погружного насоса позволяет реализовать прямоточные системы водоснабжения с автоматическим поддержанием давления в водопроводной сети. Станция управления, обеспечивающая плавный пуск и остановку электронасоса, автоматическое поддержание давления в трубопроводе, содержит преобразователь частоты А1, датчик давления ВР1, электронное реле А2, схему управления и вспомогательные элементы, повышающие надежность работы электронного оборудования (рисунок 7).

Рисунок 7. Электрическая схема автоматизации погружным насосом с устройством плавного пуска и автоматического поддержания давления

Электродвигатель погружного насоса подключается к выводам U, V и W преобразователя частоты. При нажатии кнопки SB2 "Пуск" срабатывает реле К1, контакт которого К1.1 соединяет входы STF и РС преобразователя частоты, обеспечивая плавный пуск электронасоса по программе, заданной при настройке частотного преобразователя. При аварии частотного преобразователя или цепей электродвигателя насоса замыкается цепь А - С преобразователя, обеспечивая срабатывание реле К2. После срабатывания К2 замыкаются его контакты К2.1, К2.2, а контакт К2.1 в цепи К1 размыкается. Происходит отключение выхода частотного преобразователя и реле К2. Повторное включение схемы возможно только после устранения аварии и сброса защиты кнопкой 8В3.1.

Датчик давления ВР1 с аналоговым выходом 4...20 мА подключен к аналоговому входу частотного преобразователя (контакты 4, 5),обеспечивая отрицательную обратную связь в системе стабилизации давления. Функционирование системы стабилизации обеспечивается ПИД - регулятором преобразователя частоты. Требуемое давление задается потенциометром К1 или с пульта управления частотного преобразователя. При "сухом ходе" насоса в цепи катушки реле К3 замыкается контакт 7-8 электронного реле сопротивления А2, к контактам которого 3-4 подключен датчик "сухого хода". После срабатывания реле К3 замыкаются его контакты К3.1 и К3.2,в результате чего срабатывает реле защиты К2,обеспечивая отключение электродвигателя насоса. Реле К3 при этом становится на самопитание через контакт К3.1.

При всех аварийных режимах зажигается лампа HL1; лампа HL2 зажигается при недопустимом снижении уровня воды (при "сухом ходе" насоса). Подогрев шкафа управления в холодное время года осуществляется с помощью электронагревателей ЕК1...ЕК4, которые включаются контактором КМ1 при срабатывании термореле ВК1. Защита входных цепей преобразователя частоты от коротких замыканий и перегрузок осуществляется автоматическим выключателем QF1.

Схема управления насосом и преобразователь частоты обеспечивают выполнение следующих функций:

1) Плавный пуск и торможение насоса; 2) Автоматическое управление по уровню или давлению; 3) Защиту от "сухого хода"; 4) Автоматическое отключение электронасоса при неполнофазном режиме, недопустимом снижении напряжения, при аварии в водопроводной сети; 5) Защиту от перенапряжений на входе преобразователя частоты А1; 6) Сигнализацию о включении и выключении насоса, а также об аварийных режимах; 7) Обогрев шкафа управления при отрицательных температурах в помещении насосной.

Основной смысл использования автоматизированных систем управления (АСУ) в насосных установках заключается в том, чтобы привести в соответствие режим работы насосов с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Диапазон изменения водопотребления довольно широк. Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки.

Принципы автоматизированного управления в насосных станциях. - Назначение и виды насосных станций

Похожие статьи