Автоматизация насосных установок позволяет увеличивать надежность и бесперебойность водоснабжения, уменьшать издержки труда и эксплуатационные расходы, размеры регулирующих резервуаров.

Для автоматизации насосных установок не считая аппаратуры общего внедрения (контакторов, магнитных пускателей, тумблеров, промежных реле) используются особые аппараты управления и контроля, к примеру, реле контроля уровня, реле контроля заливки центробежных насосов, струйные реле, поплавковое реле, электродные реле уровня, разные манометры, датчики емкостного типа и др.

Автоматизация насосов и насосных станций, обычно, сводится к управлению погружным электронасосом по уровню воды в баке либо давлению в напорном трубопроводе.

Разглядим примеры автоматизации насосных установок.

На рис. 1, а показана схема автоматизации простейшей насосной установки — дренажного насоса 1, а на рис. 1, б приведена электронная схема этой установки. Автоматизация насосной установки осуществляется при помощи поплавкового реле уровня. Ключ управления КУ имеет два положения: для ручного и автоматического управления.

Рис. 1. Конструкция дренажной насосной установки (а) и ее электронная схема автоматизации (б)

На рис. 2 приведена схема автоматизации управления погружным насосом по уровню воды в баке водонапорной башни, реализованная на релейно-контактных элементах.

Рис. 2. Принципная электронная схема автоматизации погружным насосом по уровню воды в баке- водонапорной башни

Режим работы схемы автоматизации насосом задается тумблером SА1. При установке его в положение «А» и включении автоматического выключателя QF подается напряжение на электронную схему управления. Если уровень воды в напорном баке находится ниже электрода нижнего уровня датчика ДУ, то контакты SL1 и SL2 в схеме разомкнуты, реле КV1 обесточено и его контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ замкнуты. В данном случае магнитный пускатель включит электродвигатель насоса, сразу погаснет сигнальная лампа НL1 и зажгется лампа НL2. Насос будет подавать воду в напорный бак.

Когда вода заполнит место меж электродом нижнего уровня SL2 и корпусом датчика, присоединенным к нулевому проводу, цепь SL2 замкнется, но реле KV1 не включится, потому что его контакты, включенные поочередно с SL2, разомкнуты.

Когда вода достигнет электрода верхнего уровня, цепь SL1 замкнется, реле КV1 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 НL2 и зажгется лампа НL1. Повторное включение электродвигателя насоса произойдет при снижении уровня воды до положения, когда разомкнётся цепь SL2 и реле КV1 будет отключено.

Включение насоса в любом режиме может быть исключительно в том случае, если замкнута цепь датчика «сухого хода» ДСХ (SL3), контролирующего уровень воды в скважине.

Главным недочетом управления по уровню является подверженность обмерзанию электродов датчиков уровня в зимнее время, из-за чего насос не выключается 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 либо реле давления можно смонтировать на напорном трубопроводе в помещении насосной. Это упрощает сервис датчиков и исключает воздействие низких температур.

На рис. 3 приведена принципная электронная схема управления башенной водоснабжающей (насосной) установкой по сигналам электроконтактного манометра (по давлению).

Рис. 3. Принципная электронная схема управления башенной водоснабжающей установкой от электроконтактного манометра

При отсутствии воды в баке контакт манометра SР1 (нижний уровень) замкнут, а контакт SР2 (верхний уровень) разомкнут. Реле КV1 срабатывает, замыкая контакты КV1.1 и КV1.2, в итоге чего врубается магнитный пускатель КМ, который подключает электронасос к трехфазной сети (на схеме силовые цепи не показаны).

Насос подает воду в бак, давление вырастает до замыкания контакта манометра SР2, настроенного на верхний уровень воды. После замыкания контакта SР2 срабатывает реле КV2, которое размыкает контакты КV2.2 в цепи катушки реле КV1 и КV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ; электродвигатель насоса отключается.

При расходе воды из бака давление понижается, SР2 размыкается, отключая КV2, но включение насоса не происходит, потому что контакт манометра SР1 разомкнут и катушка реле КV1 обесточена. Таким макаром, включение насоса происходит, когда уровень воды в баке снизится до замыкания контакта манометра SР1.

Питание цепей управления делается через понижающий трансформатор напряжением 12 В, что увеличивает безопасность обслуживания схемы управления и электроконтактного манометра.

Для обеспечения работы насоса при неисправности электроконтактного манометра либо схемы управления предназначен переключатель SА1. При его включении шунтируются управляющие контакты КV1.2, КV2.1 и катушка магнитного пускателя КМ конкретно подключается к сети напряжением 380 В.

В разрыв фазы L1 в цепь управления включен контакт РОФ (реле обрыва фазы), который размыкается при неполнофазном либо несимметричном режиме питающей сети. В данном случае цепь катушки КМ разрывается и насос автоматом отключается до устранения повреждения.

Защита силовых цепей в данной схеме от перегрузок и маленьких замыканий осуществляется автоматическим выключателем.

На рис. 4 приведена схема автоматизации водонасосной установки, которая содержит электронасосный агрегат 7 погружного типа, размещенный в скважине 6. В напорном трубопроводе установлены оборотный клапан 5 и расходомер 4.

Насосная установка имеет напорный бак 1 (водонапорная башня либо воздущно-водяной котел) и датчики давления (либо уровня) 2, 3, при этом датчик 2 реагирует на верхнее давление (уровень) в баке, а датчик 3 — на нижнее давление (уровень) в баке. Управление насосной станцией обеспечивает блок управления 8.

Рис. 4. Схема автоматизации водонасосной установки с частотно-регулируемым электроприводом

Управление насосной установкой происходит последующим образом. Представим, что насосный агрегат отключен, а давление в напорном баке миниатюризируется и становится ниже Рmin. В данном случае от датчика поступает сигнал на включение электронасосного агрегата. Происходит его пуск методом плавного роста частоты f тока, питающего электродвигатель насосного агрегата.

Когда частота вращения насосного агрегата достигнет данного значения, насос выйдет на рабочий режим. Программированием режима работы частотного преобразователя можно обеспечить подходящую интенсивность разбега насоса, его плавный запуск иостанов.

Применение регулируемого электропривода погружного насоса позволяет воплотить прямоточные системы водоснабжения с автоматическим поддержанием давления в водопроводной сети.

Станция управления, обеспечивающая плавный запуск и останов электронасоса, автоматическое поддержание давления в трубопроводе, содержит преобразователь частоты А1, датчик давления ВР1, электрическое реле А2, схему управления и вспомогательные элементы, повышающие надежность работы электрического оборудования (рис. 5).

Схема управления насосом и преобразователь частоты обеспечивают выполнение последующих функций:

— плавный запуск и торможение насоса;

— автоматическое управление по уровню либо давлению;

— защиту от «сухого хода»;

— автоматическое отключение электронасоса при неполнофазном режиме, недопустимом понижении напряжения, при аварии в водопроводной сети;

— защиту от перенапряжений на входе преобразователя частоты А1;

— сигнализацию о включении и выключении насоса, также об аварийных режимах;

— подогрев шкафа управления при отрицательных температурах в помещении насосной.

Плавный запуск и плавное торможение насоса производят при помощи преобразователя частоты А1 типа FR-Е-5,5к-540ЕС.

Рис. 5. Принципная электронная схема автоматизации погружным насосом с устройством плавного запуска и автоматического поддержания давления

Электродвигатель погружного насоса подключается к выводам U, V и W преобразователя частоты. При нажатии кнопки SВ2 «Пуск» срабатывает реле К1, контакт которого К1.1 соединяет входы STF и РС преобразователя частоты, обеспечивая плавный запуск электронасоса по программке, данной при настройке частотного преобразователя.

При аварии частотного преобразователя либо 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 может быть 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 оборотную связь в системе стабилизации давления.

Функционирование системы стабилизации обеспечивается ПИД-регулятором преобразователя частоты. Требуемое давление задается потенциометром К1 либо с пульта управления частотного преобразователя. При «сухом ходе» насоса в цепи катушки реле КЗ замыкается контакт 7-8 электрического реле сопротивления А2, к контактам которого 3-4 подключен датчик «сухого хода».

После срабатывания реле КЗ замыкаются его контакты К3.1 и КЗ.2, в итоге чего срабатывает реле защиты К2, обеспечивая отключение электродвигателя насоса. Реле КЗ при всем этом становится на самопитание через контакт К3.1.

При всех аварийных режимах загорается лампа НL1; лампа НL2 загорается при недопустимом понижении уровня воды (при «сухом ходе» насоса). Обогрев шкафа управления в прохладное время года осуществляется при помощи электронагревателей ЕК1…ЕК4, которые врубаются контактором КМ1 при срабатывании термореле ВК1. Защита входных цепей преобразователя частоты от маленьких замыканий и перегрузок осуществляется автоматическим выключателем QF1.

В статье применены материалы книжки Дайнеко В.А Электрическое оборудование сельскохозяйственных компаний.

Школа для электрика