Automatizace čerpadel a čerpacích stanic

Automatizace čerpacích jednotek umožňuje zvýšit spolehlivost a plynulost zásobování vodou, snížit mzdové a provozní náklady a také velikost regulačních nádrží.

Pro automatizaci čerpacích jednotek, s výjimkou zařízení pro všeobecné použití (stykače, magnetické startéry, spínače, mezirelé), používají se speciální ovládací a monitorovací zařízení, např. relé kontroly hladiny, relé řízení plnění odstředivých čerpadel, proudové relé, plovákové spínače, hladinové spínače elektrod, různé tlakoměry, kapacitní senzory atd.

Řídicí stanice — kompletní zařízení do 1 kV, určené pro dálkové ovládání elektrických instalací nebo jejich částí s automatizovaným výkonem řídicích, regulačních, ochranných a signalizačních funkcí. Konstrukčně je řídicí stanice blok, panel, skříň, deska.

Řídicí jednotka — řídicí stanice, jejíž všechny prvky jsou namontovány na samostatné desce nebo rámu.

Ovládací panel — ovládací stanice, jejíž všechny prvky jsou namontovány na deskách, kolejnicích nebo jiných konstrukčních prvcích sestavených na společném rámu nebo plechu.

Ovládací panel (štít ovládací stanice ShTSU) Jedná se o sestavu několika panelů nebo bloků na trojrozměrném rámu.

Ovládací skříň - ovládací stanice chráněná ze všech stran tak, že při zavřených dveřích a krytech je vyloučen přístup k živým částem.

Automatizace čerpadel a čerpacích stanic zpravidla spočívá v ovládání ponorného elektrického čerpadla z hladiny vody v nádrži nebo tlaku v tlakovém potrubí.

Podívejme se na příklady automatizace čerpacích jednotek.

Na Obr. 1, a ukazuje schéma automatizace nejjednodušší čerpací jednotky — drenážního čerpadla 1, a na Obr. 1, b ukazuje schéma zapojení této instalace. Automatizace čerpací jednotky se provádí pomocí plovoucího hladinového spínače. Ovládací klíč KU má dvě polohy: pro ruční a automatické ovládání.

Rýže. 1. Návrh drenážního čerpacího zařízení (a) a jeho elektrického obvodu pro automatizaci (b)

Na Obr. 2 schéma automatizace převodovky pro ovládání ponorného čerpadla podle hladiny vody v nádrži vodárenské věže, implementované na reléových kontaktních prvcích.

Rýže. 2. Schematické schéma automatizace z ponorného čerpadla podle hladiny vody v nádrži-vodárenské věži

Provozní režim automatizačního okruhu z čerpadla se nastavuje přepínačem CA1. Když jej nastavíte do polohy "A" a zapnete spínač QF, do řídicího obvodu se přivede napětí.Pokud je hladina vody v tlakové nádobě pod elektrodou spodní úrovně snímače dálkového ovládání, jsou kontakty SL1 a SL2 v obvodu rozpojeny, relé KV1 je vypnuto a jeho kontakty v obvodu cívky magnetického startéru KM jsou uzavřeny. V tomto případě magnetický startér zapne motor čerpadla, současně zhasne kontrolka H L1 a kontrolka H se rozsvítí L2. Čerpadlo bude dodávat vodu do nádrže pod tlakem.

Když voda zaplní prostor mezi elektrodou spodní úrovně SL2 a tělem snímače připojeným k nulovému vodiči, obvod SL2 se uzavře, ale relé KV1 se nezapne, protože jeho kolíky v sérii s SL2 jsou rozpojené.

Když voda dosáhne elektrody nejvyšší úrovně, obvod SL1 se uzavře, relé KV1 se zapne a po otevření svých kontaktů v obvodu cívky magnetického startéru KM jej vypne a po zavření spínací kontakty, bude napájen sám přes obvod snímače SL2. Motor čerpadla se vypne a výstražná kontrolka H zhasne.L2 a kontrolka H se rozsvítí L1. Motor čerpadla se znovu zapne, když hladina vody klesne do polohy, kdy je obvod SL2 otevřený a relé KV1 bude deaktivováno.

Zapnutí čerpadla v libovolném režimu je možné pouze v případě, že je uzavřen obvod snímače chodu nasucho DSX (SL3), který řídí hladinu vody ve studni.

Hlavní nevýhodou regulace hladiny je náchylnost elektrod hladinových snímačů k zamrznutí v zimě, díky čemuž se čerpadlo nevypne a voda přeteče z nádrže. Existují případy zničení vodárenských věží v důsledku zamrznutí velké masy ledu na jejich povrchu.

Při řízení provozu čerpadla tlakem lze na tlakové potrubí v čerpací stanici instalovat elektrický kontaktní manometr nebo tlakový spínač. To usnadňuje údržbu snímače a eliminuje vystavení nízkým teplotám.

Na Obr. 3 převodové schéma zapojení ovládání vodovodní (čerpací) instalace věže podle signálů elektrického kontaktního manometru (podle tlaku).

Rýže. 3. Schematické schéma ovládání vodovodní instalace na věži elektrickým kontaktním manometrem

Pokud v nádrži není voda, kontakt tlakoměru СП1 (spodní úroveň) je sepnutý a kontakt СП2 (horní úroveň) je otevřený. Relé KV1 funguje, uzavírá kontakty KV1.1 a KV1.2, v důsledku čehož se zapne magnetický startér KM, který připojí elektrické čerpadlo k třífázové síti (na schématu nejsou znázorněny silové obvody).

Čerpadlo dodává vodu do nádrže, tlak stoupá, dokud se nezavře kontakt manometru, СП2 nastaven na horní hladinu vody. Po sepnutí kontaktu СP2 se aktivuje relé K V2, které rozepne kontakty KV2.2 v obvodu cívky relé KV1 a KV2.1 v obvodu cívky magnetického spouštěče KM; motor čerpadla se vypne.

Když voda vytéká z nádrže, tlak klesá, СP2 se otevře, odřízne KV2, ale čerpadlo se nezapne, protože manometr je v kontaktu, СP1 je otevřený a reléová cívka KV1 je vypnutá. Čerpadlo se zapne, když hladina vody v nádrži klesne dříve, než se sepne kontakt tlakoměru. СП1.

Řídicí obvody jsou napájeny 12V snižovacím transformátorem, který zvyšuje bezpečnost při údržbě řídicího obvodu a elektrického kontaktního tlakoměru.

Pro zajištění chodu čerpadla při poruše elektrického kontaktního tlakoměru nebo ovládacího obvodu je určen spínač CA1. Při jeho zapnutí se manipuluje s ovládacími kontakty KV1.2, KV2.1 a cívka magnetického startéru KM je přímo připojena k síti 380V.

Ve fázové mezeře L1 je součástí řídicího obvodu kontakt ROF (ztráta fázového relé), který se rozepne v případě otevřené fáze nebo asymetrického režimu napájecí sítě. V tomto případě se přeruší obvod cívky KM a čerpadlo se automaticky vypne, dokud nebude závada odstraněna.

Ochrana silových obvodů v tomto obvodu před přetížením a zkratem je prováděna automatickým spínačem.

Na Obr. 4 schéma převodu pro automatizaci vodního čerpacího zařízení, které obsahuje elektrickou čerpací jednotku 7 ponorného typu, umístěnou ve studni 6. Zpětný ventil 5 a průtokoměr 4 jsou instalovány v tlakovém potrubí.

Čerpadlová jednotka má tlakovou nádobu 1 (vodárenská věž nebo kotel vzduch-voda) a Tlakové senzory (nebo hladina) 2, 3, přičemž snímač 2 reaguje na horní tlak (hladinu) v nádrži a snímač 3 na spodní tlak (hladinu) v nádrži. Čerpací stanice je řízena řídicí jednotkou 8.

Rýže. 4. Schéma pro automatizaci zařízení na čerpání vody s proměnnou frekvencí

Jednotka čerpadla se ovládá následovně. Předpokládejme, že čerpadlová jednotka je vypnutá a tlak v tlakové nádobě klesá a je nižší než Pmin... V tomto případě je ze snímače vyslán signál pro zapnutí elektrického čerpadla. Začíná se postupným zvyšováním frekvence. je proud napájející elektromotor čerpací jednotky.

Když otáčky čerpací jednotky dosáhnou nastavené hodnoty, čerpadlo přejde do provozního režimu. Naprogramováním provozního režimu frekvenční měnič můžete zajistit potřebnou intenzitu práce čerpadla, jeho plynulý rozběh a zastavení.

Použití regulovatelného elektrického pohonu ponorného čerpadla umožňuje realizovat ve vodovodní síti systémy přímého průtoku vody s automatickým udržováním tlaku.

Řídicí stanice, která zajišťuje plynulý náběh a zastavení elektrického čerpadla, automatické udržování tlaku v potrubí, obsahuje frekvenční měnič A1, tlakové čidlo BP1, elektronické relé A2, řídicí obvod a pomocné prvky zvyšující spolehlivost elektronických zařízení (obr. 5).

Řídicí obvod čerpadla a frekvenční měnič poskytují následující funkce:

— hladký start a zastavení čerpadla;

— automatické ovládání hladinou nebo tlakem;

— ochrana proti „běhu nasucho“;

— automatické vypnutí elektrického čerpadla v případě neúplného fázového režimu, nepřijatelného poklesu napětí, v případě nouze ve vodovodní síti;

— přepěťová ochrana na vstupu frekvenčního měniče A1;

— signalizace pro zapnutí a vypnutí čerpadla, jakož i pro nouzové režimy;

— ohřev rozvaděče při záporných teplotách v čerpací místnosti.

Pozvolný rozběh a pozvolný doběh čerpadla se provádí pomocí frekvenčního měniče typu A1 FR-E-5.5k-540ES.

Rýže. 5. Schematické schéma automatizace ponorného čerpadla se zařízením pro měkký start a automatické udržování tlaku

Motor ponorného čerpadla je připojen ke svorkám U, V a W frekvenčního měniče. Po stisku tlačítka СB2 se aktivuje relé «Start» K1, jehož kontakt K1.1 spojuje vstupy STF a počítač frekvenčního měniče, zajišťující plynulý start elektrického čerpadla podle programu zadaného při nastavování frekvenčního měniče.

V případě poruchy frekvenčního měniče nebo obvodů motoru čerpadla se obvod střídavého měniče uzavře, čímž je zajištěna činnost relé K2. Po aktivaci K2 se jeho kontakty K2.1, K2.2 sepnou a kontakt K2.1 v obvodu K1 rozepne. Výstup frekvenčního měniče a relé K2 jsou vypnuty. Opětovná aktivace obvodu je možná až po odstranění poruchy a resetu ochrany tlačítkem 8V3.1.

Snímač tlaku BP1 s analogovým výstupem 4 … 20 mA je připojen k analogovému vstupu frekvenčního měniče (piny 4, 5) a poskytuje negativní zpětnou vazbu v systému stabilizace tlaku.

Fungování stabilizačního systému zajišťuje PID regulátor frekvenčního měniče. Požadovaný tlak se nastavuje potenciometrem K1 nebo ovládacím panelem frekvenčního měniče. Když čerpadlo běží nasucho, kontakt 7-8 elektronického odporového relé A2 se sepne v cívce relé nakrátko a snímač chodu nasucho je připojen k jeho kontaktům 3-4.

Po aktivaci zkratového relé se sepnou jeho kontakty K3.1 a zkrat.2, následkem čehož se aktivuje ochranné relé K2, které zajistí vypnutí motoru čerpadla. V tomto případě je zkratové relé napájeno nezávisle přes kontakt K3.1.

Ve všech nouzových režimech se rozsvítí kontrolka HL1; kontrolka HL2 se rozsvítí při nepřijatelně nízké hladině vody (při «suchém provozu» čerpadla) Vytápění rozvaděče v chladném období se provádí pomocí elektrických ohřívačů EK1 … EK4, které jsou zapnuté stykačem KM1 při sepnutí tepelného relé VK1. Ochrana vstupních obvodů frekvenčního měniče před zkratem a přetížením se provádí jističem QF1.

Rýže. 5. Automatizace čerpací jednotky

V článku jsou použity materiály z knihy Daineko V.A. Elektrická zařízení zemědělských podniků.

Viz také: Jednoduché schéma automatického řízení pro dvě odpadní čerpadla