Automatyka pomp i przepompowni

Automatyzacja agregatów pompowych pozwala na zwiększenie niezawodności i ciągłości dostaw wody, obniżenie kosztów robocizny i eksploatacji, a także wielkości zbiorników kontrolnych.

Do automatyzacji jednostek pompujących, z wyjątkiem urządzeń ogólnego przeznaczenia (styczniki, rozruszniki magnetyczne, przełączniki, przekaźniki pośrednie), stosuje się specjalne urządzenia sterujące i monitorujące, np. przekaźnik kontroli poziomu, przekaźniki kontroli napełniania pompy odśrodkowej, przekaźnik strumieniowy, przełączniki pływakowe, elektrodowe przełączniki poziomu, różne manometry, czujniki pojemnościowe itp.

Stacja sterownicza — kompletne urządzenie do 1 kV, przeznaczone do zdalnego sterowania instalacjami elektrycznymi lub ich częściami z automatycznym wykonywaniem funkcji sterowania, regulacji, zabezpieczeń i sygnalizacji. Strukturalnie stacja sterująca to blok, panel, szafka, tablica.

Jednostka sterująca — stanowisko kontrolne, którego wszystkie elementy są zamontowane na oddzielnej płycie lub ramie.

Pulpit sterowniczy — stanowisko sterownicze, którego wszystkie elementy osadzone są na tablicach, szynach lub innych elementach konstrukcyjnych montowanych na wspólnej ramie lub blasze.

Panel kontrolny (osłona stacji kontrolnej ShTSU) Jest to montaż kilku paneli lub bloków na trójwymiarowej ramie.

Szafa sterownicza - stanowisko sterownicze zabezpieczone ze wszystkich stron w taki sposób, że przy zamkniętych drzwiach i pokrywach uniemożliwiony jest dostęp do części znajdujących się pod napięciem.

Automatyzacja pomp i przepompowni sprowadza się z reguły do ​​sterowania pompą elektryczną zatapialną z poziomu wody w zbiorniku lub ciśnienia w rurociągu ciśnieniowym.

Przyjrzyjmy się przykładom automatyzacji jednostek pompujących.

na ryc. 1 i pokazuje schemat automatyki najprostszej jednostki pompowej - pompy drenażowej 1, a na ryc. 1, b pokazuje schemat obwodu tej instalacji. Automatyzacja zespołu pompującego odbywa się za pomocą pływakowego przełącznika poziomu. Klawisz sterujący KU ma dwie pozycje: do sterowania ręcznego i automatycznego.

Ryż. 1. Projekt urządzenia pompującego drenaż (a) i jego obwód elektryczny do automatyki (b)

na ryc. 2 schemat automatyki przekładni do sterowania pompą głębinową w zależności od poziomu wody w zbiorniku wieży ciśnień, realizowany na elementach przekaźnikowo-stykowych.

Ryż. 2. Schemat ideowy automatyki z pompy głębinowej w zależności od poziomu wody w zbiorniku-wieży ciśnień

Tryb pracy obwodu automatyki z pompy ustawia się przełącznikiem CA1. Gdy ustawisz go w pozycji „A” i włączysz przełącznik QF, do obwodu sterującego zostanie przyłożone napięcie.Jeżeli poziom wody w zbiorniku ciśnieniowym jest poniżej elektrody dolnego poziomu czujnika zdalnego sterowania, wówczas styki SL1 i SL2 w obwodzie są otwarte, przekaźnik KV1 jest wyłączony, a jego styki w obwodzie cewki rozrusznika magnetycznego KM są zamknięte. W takim przypadku rozrusznik magnetyczny włączy silnik pompy, jednocześnie zgaśnie lampka sygnalizacyjna H L1 i zaświeci się lampka H L2. Pompa będzie dostarczać wodę do zbiornika pod ciśnieniem.

Kiedy woda wypełni przestrzeń między dolną elektrodą poziomu SL2 a korpusem czujnika podłączonym do przewodu neutralnego, obwód SL2 zamknie się, ale przekaźnik KV1 nie włączy się, ponieważ jego piny połączone szeregowo z SL2 są rozwarte.

Gdy woda dotrze do elektrody najwyższego poziomu, obwód SL1 zostanie zamknięty, przekaźnik KV1 włączy się i po otwarciu styków w obwodzie cewki rozrusznika magnetycznego KM wyłączy ten ostatni, a po zamknięciu styków zwiernych, będzie on zasilany samodzielnie przez obwód czujnika SL2. Silnik pompy wyłączy się i lampka ostrzegawcza H zgaśnie. L2 i zapali się lampka H L1. Silnik pompy włączy się ponownie, gdy poziom wody spadnie do pozycji, w której obwód SL2 jest otwarty, a przekaźnik KV1 zostanie wyłączony.

Włączenie pompy w dowolnym trybie jest możliwe tylko wtedy, gdy zamknięty jest obwód czujnika suchobiegu DSX (SL3), który kontroluje poziom wody w studni.

Główną wadą kontroli poziomu jest podatność elektrod czujników poziomu na zamarzanie zimą, przez co pompa nie wyłącza się i woda przelewa się ze zbiornika. Znane są przypadki niszczenia wież ciśnień w wyniku zamarzania dużej masy lodu na ich powierzchni.

Podczas sterowania pracą pompy za pomocą ciśnienia, na przewodzie ciśnieniowym w pompowni można zainstalować elektryczny manometr kontaktowy lub wyłącznik ciśnieniowy. Ułatwia to konserwację czujnika i eliminuje narażenie na niskie temperatury.

na ryc. 3 transmisje schemat obwodu sterowania instalacją wodociągową (pompową) wieży według sygnałów elektrycznego manometru stykowego (w zależności od ciśnienia).

Ryż. 3. Schemat ideowy sterowania instalacją wodną na wieży za pomocą elektrycznego manometru stykowego

Jeśli w zbiorniku nie ma wody, styk manometru СП1 (dolny poziom) jest zamknięty, a styk СП2 (górny poziom) jest otwarty. Przekaźnik KV1 działa, zamykając styki KV1.1 i KV1.2, w wyniku czego włącza się rozrusznik magnetyczny KM, który łączy pompę elektryczną z siecią trójfazową (obwody zasilania nie są pokazane na schemacie).

Pompa dostarcza wodę do zbiornika, ciśnienie rośnie do momentu zamknięcia styku manometru, СП2 ustawiony na górny poziom wody. Po zwarciu styku СP2 przekaźnik K zostaje aktywowany V2, który otwiera styki KV2.2 w obwodzie cewki przekaźnika KV1 i KV2.1 w obwodzie cewki rozrusznika magnetycznego KM; silnik pompy wyłącza się.

Gdy woda wypływa ze zbiornika, ciśnienie spada, СP2 otwiera się, odcinając KV2, ale pompa nie włącza się, ponieważ manometr jest w kontakcie, СP1 jest otwarty, a cewka przekaźnika KV1 jest wyłączona. Pompa włącza się, gdy poziom wody w zbiorniku opadnie przed zwarciem styku manometru. СП1.

Obwody sterujące zasilane są z transformatora obniżającego napięcie 12 V, co zwiększa bezpieczeństwo podczas obsługi obwodu sterującego oraz elektrycznego manometru stykowego.

Aby zapewnić działanie pompy w przypadku awarii elektrycznego manometru kontaktowego lub obwodu sterującego, zaprojektowano przełącznik CA1. Po włączeniu manipuluje się stykami sterującymi KV1.2, KV2.1, a cewka rozrusznika magnetycznego KM jest bezpośrednio podłączona do sieci 380 V.

W przerwie fazowej L1 obwód sterujący zawiera styk ROF (przekaźnik utraty fazy), który otwiera się w przypadku rozwarcia fazy lub asymetrii sieci zasilającej. W takim przypadku obwód cewki KM zostaje przerwany i pompa zostaje automatycznie wyłączona do czasu usunięcia usterki.

Zabezpieczenie obwodów mocy w tym obwodzie przed przeciążeniem i zwarciem realizowane jest za pomocą wyłącznika automatycznego.

na ryc. 4 schemat transmisji do automatyzacji instalacji pompującej wodę, która zawiera zespół pompy elektrycznej 7 typu zanurzeniowego, umieszczony w studni 6. Zawór zwrotny 5 i przepływomierz 4 są zainstalowane w rurociągu ciśnieniowym.

Zespół pompowy ma zbiornik ciśnieniowy 1 (wieża ciśnień lub kocioł powietrzno-wodny) i Czujniki ciśnienia (lub poziom) 2, 3, przy czym czujnik 2 reaguje na górne ciśnienie (poziom) w zbiorniku, a czujnik 3 na dolne ciśnienie (poziom) w zbiorniku. Stacją pomp steruje jednostka sterująca 8.

Ryż. 4. Schemat automatyzacji urządzenia pompującego wodę o zmiennej częstotliwości

Jednostka pompowa jest sterowana w następujący sposób. Załóżmy, że agregat pompowy jest wyłączony, a ciśnienie w zbiorniku ciśnieniowym spada i staje się niższe niż Pmin... W takim przypadku z czujnika wysyłany jest sygnał włączenia pompy elektrycznej. Zaczyna się od stopniowego zwiększania częstotliwości. jest prądem zasilającym silnik elektryczny zespołu pompującego.

Gdy prędkość zespołu pompowego osiągnie ustawioną wartość, pompa przejdzie w tryb pracy. Programując tryb pracy przetwornica częstotliwości można zapewnić niezbędną intensywność pracy pompy, jej płynny start i zatrzymanie.

Zastosowanie regulowanego napędu elektrycznego pompy głębinowej umożliwia realizację systemów zaopatrzenia w wodę o przepływie bezpośrednim z automatycznym utrzymaniem ciśnienia w sieci wodociągowej.

Stanowisko sterujące zapewniające płynny rozruch i zatrzymanie pompy elektrycznej, automatyczne utrzymanie ciśnienia w rurociągu zawiera przetwornicę częstotliwości A1, czujnik ciśnienia BP1, przekaźnik elektroniczny A2, obwód sterujący oraz elementy pomocnicze zwiększające niezawodność sprzętu elektronicznego (ryc. 5).

Obwód sterowania pompą i przetwornica częstotliwości zapewniają następujące funkcje:

— płynny start i zatrzymanie pompy;

— automatyczna kontrola poziomu lub ciśnienia;

— zabezpieczenie przed „suchobiegiem”;

— automatyczne wyłączenie pompy elektrycznej w przypadku zaniku fazy, niedopuszczalnego spadku napięcia, w przypadku awarii sieci wodociągowej;

— zabezpieczenie przeciwprzepięciowe na wejściu przetwornicy częstotliwości A1;

— sygnalizacja załączenia i wyłączenia pompy oraz trybów awaryjnych;

— ogrzewanie szafy sterowniczej przy ujemnych temperaturach w pompowni.

Miękki start i łagodne zwalnianie pompy odbywa się za pomocą przetwornicy częstotliwości typu A1 FR-E-5.5k-540ES.

Ryż. 5. Schemat ideowy automatyki pompy głębinowej z urządzeniem do łagodnego rozruchu i automatycznego utrzymywania ciśnienia

Silnik pompy głębinowej jest podłączony do zacisków U, V i W przetwornicy częstotliwości. Po naciśnięciu przycisku СB2 zostaje aktywowany przekaźnik «Start» K1, którego styk K1.1 łączy wejścia STF i komputer przetwornicy częstotliwości, zapewniając płynny rozruch pompy elektrycznej zgodnie z programem określonym podczas ustawiania przetwornicy częstotliwości.

W przypadku awarii przetwornicy częstotliwości lub obwodów silnika pompy, obwód przetwornicy AC zostaje zamknięty, zapewniając działanie przekaźnika K2. Po zadziałaniu K2 jego styki K2.1, K2.2 zamykają się i otwierają styk K2.1 w obwodzie K1. Wyjście przetwornicy częstotliwości i przekaźnika K2 jest wyłączone. Ponowne załączenie obwodu jest możliwe dopiero po usunięciu usterki i skasowaniu zabezpieczenia przyciskiem 8V3.1.

Czujnik ciśnienia BP1 z wyjściem analogowym 4…20 mA jest podłączony do wejścia analogowego przetwornicy częstotliwości (piny 4, 5), zapewniając ujemne sprzężenie zwrotne w układzie stabilizacji ciśnienia.

Działanie układu stabilizacji zapewnia regulator PID przetwornicy częstotliwości. Wymagane ciśnienie ustawia się potencjometrem K1 lub na panelu sterowania przetwornicy częstotliwości. Gdy pompa pracuje na sucho, styk 7-8 elektronicznego przekaźnika rezystancyjnego A2 zamyka się w cewce przekaźnika zwarciowego, a czujnik suchobiegu jest podłączony do jego styków 3-4.

Po zadziałaniu przekaźnika zwarciowego następuje zwarcie jego styków K3.1 i zwarcie.2, w wyniku czego następuje zadziałanie przekaźnika zabezpieczającego K2, który zapewnia wyłączenie silnika pompy. W tym przypadku przekaźnik zwarciowy jest zasilany niezależnie przez styk K3.1.

We wszystkich trybach awaryjnych świeci lampka HL1; lampka HL2 zapala się, gdy poziom wody jest niedopuszczalnie niski (przy „pracy na sucho” pompy) Ogrzewanie szafy sterowniczej w okresie zimowym odbywa się za pomocą grzałek elektrycznych EK1 … EK4, które są włączane przez stycznik KM1, gdy przekaźnik termiczny VK1. Zabezpieczenie obwodów wejściowych przetwornicy częstotliwości przed zwarciem i przeciążeniem realizowane jest przez wyłącznik QF1.

Ryż. 5. Automatyzacja zespołu pompującego

W artykule wykorzystano materiały z książki Daineko V.A. Wyposażenie elektryczne przedsiębiorstw rolniczych.

Zobacz też: Prosty zautomatyzowany schemat sterowania dla dwóch pomp ściekowych