Automatizácia čerpadiel a čerpacích staníc

Automatizácia čerpacích jednotiek umožňuje zvýšiť spoľahlivosť a plynulosť dodávky vody, znížiť náklady na prácu a prevádzku, ako aj veľkosť kontrolných nádrží.

Pre automatizáciu čerpacích jednotiek, s výnimkou zariadení na všeobecné použitie (stykače, magnetické štartéry, spínače, medzirelé), používajú sa špeciálne ovládacie a monitorovacie zariadenia, napr. relé kontroly hladiny, relé riadenia plnenia odstredivého čerpadla, prúdové relé, plavákové spínače, spínače hladiny elektród, rôzne tlakomery, kapacitné snímače atď.

Riadiaca stanica — kompletné zariadenie do 1 kV, určené na diaľkové ovládanie elektrických inštalácií alebo ich častí s automatizovaným výkonom riadiacich, regulačných, ochranných a signalizačných funkcií. Konštrukčne je riadiaca stanica blok, panel, skriňa, doska.

Riadiaca jednotka — riadiaca stanica, ktorej všetky prvky sú namontované na samostatnej doske alebo ráme.

Ovládací panel — riadiaca stanica, ktorej všetky prvky sú namontované na doskách, koľajniciach alebo iných konštrukčných prvkoch namontovaných na spoločnom ráme alebo plechu.

Ovládací panel (štít riadiacej stanice ShTSU) Ide o zostavu niekoľkých panelov alebo blokov na trojrozmernom ráme.

Riadiaca skriňa - riadiaca stanica chránená zo všetkých strán tak, že pri zatvorených dverách a krytoch je vylúčený prístup k živým častiam.

Automatizácia čerpadiel a čerpacích staníc spravidla spočíva v riadení ponorného elektrického čerpadla z hladiny vody v nádrži alebo tlaku v tlakovom potrubí.

Pozrime sa na príklady automatizácie čerpacích jednotiek.

Na obr. 1 a zobrazuje schému automatizácie najjednoduchšej čerpacej jednotky - drenážneho čerpadla 1 a na obr. 1, b je znázornená schéma zapojenia tejto inštalácie. Automatizácia čerpacej jednotky sa vykonáva pomocou plávajúceho hladinového spínača. Ovládací kľúč KU má dve polohy: pre manuálne a automatické ovládanie.

Ryža. 1. Návrh drenážneho čerpacieho zariadenia (a) a jeho elektrického obvodu pre automatizáciu (b)

Na obr. 2 schéma automatizácie prevodovky na riadenie ponorného čerpadla podľa hladiny vody v nádrži vodárenskej veže, implementovaná na reléových kontaktných prvkoch.

Ryža. 2. Schematický diagram automatizácie z ponorného čerpadla podľa hladiny vody v nádrži-vodárenskej veži

Prevádzkový režim automatizačného okruhu z čerpadla sa nastavuje prepínačom CA1. Keď ho nastavíte do polohy "A" a zapnete spínač QF, na ovládací obvod sa privedie napätie.Ak je hladina vody v tlakovej nádobe pod elektródou spodnej úrovne snímača diaľkového ovládania, potom sú kontakty SL1 a SL2 v obvode otvorené, relé KV1 je vypnuté a jeho kontakty v obvode cievky magnetického štartéra KM sú zatvorené. V tomto prípade magnetický štartér zapne motor čerpadla, súčasne zhasne kontrolka H L1 a kontrolka H sa rozsvieti L2. Čerpadlo bude dodávať vodu do nádrže pod tlakom.

Keď voda vyplní priestor medzi elektródou spodnej úrovne SL2 a telom snímača pripojeným k neutrálnemu vodiču, okruh SL2 sa uzavrie, ale relé KV1 sa nezapne, pretože jeho kolíky v sérii s SL2 sú otvorené.

Keď voda dosiahne elektródu najvyššej úrovne, okruh SL1 sa uzavrie, relé KV1 sa zapne a po otvorení svojich kontaktov v obvode cievky magnetického štartéra KM ho vypne a po zatvorení zatváracie kontakty, bude napájaný sám cez obvod snímača SL2. Motor čerpadla sa vypne a výstražná kontrolka H zhasne.L2 a kontrolka H sa rozsvieti L1. Motor čerpadla sa opäť zapne, keď hladina vody klesne do polohy, keď je okruh SL2 otvorený a relé KV1 bude deaktivované.

Zapnutie čerpadla v akomkoľvek režime je možné len vtedy, ak je uzavretý obvod snímača chodu nasucho DSX (SL3), ktorý riadi hladinu vody v studni.

Hlavnou nevýhodou regulácie hladiny je náchylnosť elektród hladinových snímačov k zamrznutiu v zime, vďaka čomu sa čerpadlo nevypne a voda pretečie z nádrže. Existujú prípady zničenia vodárenských veží v dôsledku zamrznutia veľkej masy ľadu na ich povrchu.

Pri riadení prevádzky čerpadla tlakom možno na tlakovom potrubí v čerpacej miestnosti nainštalovať elektrický kontaktný tlakomer alebo tlakový spínač. To uľahčuje údržbu snímača a eliminuje vystavenie nízkym teplotám.

Na obr. 3 prevodová schéma zapojenia riadenia vodovodnej (čerpacej) inštalácie veže podľa signálov elektrického kontaktného manometra (podľa tlaku).

Ryža. 3. Schematická schéma riadenia vodovodnej inštalácie na veži elektrickým kontaktným manometrom

Ak v nádrži nie je voda, kontakt manometra СП1 (spodná úroveň) je zatvorený a kontakt СП2 (horná úroveň) je otvorený. Relé KV1 funguje, uzatvára kontakty KV1.1 a KV1.2, v dôsledku čoho sa zapne magnetický štartér KM, ktorý pripája elektrické čerpadlo k trojfázovej sieti (na obrázku nie sú znázornené silové obvody).

Čerpadlo dodáva vodu do nádrže, tlak stúpa, kým sa nezatvorí kontakt manometra, СП2 nastavený na hornú hladinu vody. Po zopnutí kontaktu СP2 sa aktivuje relé K V2, ktoré otvorí kontakty KV2.2 v obvode cievky relé KV1 a KV2.1 v obvode cievky magnetického štartéra KM; motor čerpadla sa vypne.

Keď voda vyteká z nádrže, tlak sa zníži, СP2 sa otvorí, odreže KV2, ale čerpadlo sa nezapne, pretože tlakomer je v kontakte, СP1 je otvorený a reléová cievka KV1 je vypnutá. Čerpadlo sa zapne, keď hladina vody v nádrži klesne skôr, ako sa zatvorí kontakt tlakomeru. СП1.

Riadiace obvody sú napájané 12 V znižovacím transformátorom, ktorý zvyšuje bezpečnosť pri údržbe riadiaceho obvodu a elektrického kontaktného tlakomera.

Na zabezpečenie chodu čerpadla v prípade poruchy elektrického kontaktného tlakomera alebo ovládacieho obvodu je určený spínač CA1. Pri jeho zapnutí sa manipuluje s ovládacími kontaktmi KV1.2, KV2.1 a cievka magnetického štartéra KM je priamo pripojená k sieti 380 V.

Vo fázovej medzere L1 je súčasťou riadiaceho obvodu kontakt ROF (strata fázového relé), ktorý sa rozopne v prípade otvorenej fázy alebo asymetrického režimu napájacej siete. V tomto prípade je obvod cievky KM prerušený a čerpadlo sa automaticky vypne, kým sa porucha neodstráni.

Ochrana výkonových obvodov v tomto obvode pred preťažením a skratom sa vykonáva automatickým spínačom.

Na obr. 4 schéma prevodovky pre automatizáciu zariadenia na čerpanie vody, ktoré obsahuje elektrickú čerpaciu jednotku 7 ponorného typu, umiestnenú v studni 6. V tlakovom potrubí je inštalovaný spätný ventil 5 a prietokomer 4.

Čerpadlová jednotka má tlakovú nádrž 1 (vodná veža alebo kotol vzduch-voda) a Senzory tlaku (alebo hladina) 2, 3, pričom snímač 2 reaguje na horný tlak (hladinu) v nádrži a snímač 3 na spodný tlak (hladinu) v nádrži. Čerpacia stanica je riadená riadiacou jednotkou 8.

Ryža. 4. Schéma automatizácie zariadenia na čerpanie vody s premenlivou frekvenciou

Čerpadlová jednotka sa ovláda nasledovne. Predpokladajme, že čerpadlová jednotka je vypnutá a tlak v tlakovej nádobe klesá a je nižší ako Pmin... V tomto prípade sa zo snímača odošle signál na zapnutie elektrického čerpadla. Začína sa postupným zvyšovaním frekvencie. je prúd napájajúci elektromotor čerpacej jednotky.

Keď rýchlosť jednotky čerpadla dosiahne nastavenú hodnotu, čerpadlo prejde do prevádzkového režimu. Naprogramovaním prevádzkového režimu frekvenčný menič môžete zabezpečiť potrebnú intenzitu práce čerpadla, jeho plynulý štart a zastavenie.

Použitie regulovateľného elektrického pohonu ponorného čerpadla umožňuje realizovať systémy priameho prietoku vody s automatickým udržiavaním tlaku vo vodovodnej sieti.

Riadiaca stanica, ktorá zabezpečuje plynulý štart a zastavenie elektrického čerpadla, automatické udržiavanie tlaku v potrubí, obsahuje frekvenčný menič A1, snímač tlaku BP1, elektronické relé A2, riadiaci obvod a pomocné prvky zvyšujúce spoľahlivosť elektronických zariadení (obr. 5).

Riadiaci obvod čerpadla a frekvenčný menič poskytujú nasledujúce funkcie:

— hladký štart a zastavenie čerpadla;

— automatické ovládanie podľa hladiny alebo tlaku;

— ochrana pred „behom nasucho“;

— automatické vypnutie elektrického čerpadla v prípade neúplného fázového režimu, neprijateľného poklesu napätia v prípade núdze vo vodovodnej sieti;

— prepäťová ochrana na vstupe frekvenčného meniča A1;

— signalizácia zapínania a vypínania čerpadla, ako aj núdzových režimov;

— ohrev riadiacej skrine pri záporných teplotách v čerpacej miestnosti.

Mäkký štart a pozvoľný dobeh čerpadla sa vykonáva pomocou frekvenčného meniča typu A1 FR-E-5.5k-540ES.

Ryža. 5. Schematický diagram automatizácie ponorného čerpadla so zariadením na mäkký štart a automatické udržiavanie tlaku

Motor ponorného čerpadla je pripojený na svorky U, V a W frekvenčného meniča. Po stlačení tlačidla СB2 sa aktivuje relé «Štart» K1, ktorého kontakt K1.1 spája vstupy STF a počítač frekvenčného meniča, čím sa zabezpečí hladký štart elektrického čerpadla podľa programu zadaného pri nastavovaní frekvenčného meniča.

V prípade poruchy frekvenčného meniča alebo obvodov motora čerpadla sa obvod striedavého meniča uzavrie, čím sa zabezpečí činnosť relé K2. Po aktivácii K2 sa jeho kontakty K2.1, K2.2 zatvoria a kontakt K2.1 v obvode K1 sa otvorí. Výstup frekvenčného meniča a relé K2 sú vypnuté. Opätovná aktivácia okruhu je možná až po odstránení poruchy a resete ochrany tlačidlom 8V3.1.

Snímač tlaku BP1 s analógovým výstupom 4 … 20 mA je pripojený na analógový vstup frekvenčného meniča (piny 4, 5) a poskytuje negatívnu spätnú väzbu v systéme stabilizácie tlaku.

Fungovanie stabilizačného systému zabezpečuje PID regulátor frekvenčného meniča. Požadovaný tlak sa nastavuje potenciometrom K1 alebo ovládacím panelom frekvenčného meniča. Keď čerpadlo beží nasucho, kontakt 7-8 elektronického odporového relé A2 sa zopne v cievke relé nakrátko a snímač chodu nasucho sa pripojí k jeho kontaktom 3-4.

Po aktivácii skratového relé sú jeho kontakty K3.1 a skrat.2 zopnuté, v dôsledku čoho sa aktivuje ochranné relé K2, ktoré zabezpečí vypnutie motora čerpadla. V tomto prípade je skratové relé napájané nezávisle cez kontakt K3.1.

Vo všetkých núdzových režimoch svieti kontrolka HL1; kontrolka HL2 sa rozsvieti, keď je hladina vody neprijateľne nízka (pri «suchej prevádzke» čerpadla) Vyhrievanie rozvádzača v chladnom období sa vykonáva pomocou elektrických ohrievačov EK1 … EK4, ktoré sú zapnuté stykačom KM1 pri zopnutí tepelného relé VK1. Ochranu vstupných obvodov frekvenčného meniča pred skratom a preťažením zabezpečuje istič QF1.

Ryža. 5. Automatizácia čerpacej jednotky

V článku sú použité materiály z knihy Daineko V.A. Elektrické zariadenia poľnohospodárskych podnikov.

Pozri tiež: Jednoduchá automatizovaná schéma riadenia pre dve odpadové čerpadlá