Как работает шкаф управления насосами

Особенности конструкции и предназначение

Если рассматривать работу шкафа, который осуществляет управление разнотипным насосом, то в качестве основных задач можно выделить следующие:

• Контроль функционирования электропривода насосного оборудования, а главное, что это возможно посредством перехода на ручной или автоматизированный режим управления;
• Мониторинг величины давления в системе, температуры транспортируемой жидкости, а также уровня воды в скважине;
• Выравнивание показателей электрических параметров (тока на клеммах электродвигателя и частоты вращения вала).

Схема шкафа для управления насосной станцией

Щит управления насосами способен организовать работу одновременно нескольких электроприводов, однако, в этом случае необходимо расширить функционал оборудования посредством добавления аппаратуры. Для того чтобы обеспечить более длительный срок эксплуатации насосной станции рекомендуется ввести периодичное включение агрегатов. Это позволит снизить интенсивность износа подвижных частей механизма.

Вне зависимости от целевого назначения (противопожарная, дренажная или водоотведения) состав оборудования системы управления разнотипного насоса будет включать в себя следующие элементы:

1. Металлический корпус, в котором предусмотрены элементы крепления аппаратуры (DIN-рейки) и короба для прокладки проводов. Кабели заводятся в шкаф через металлические отверстия, закрытые сальниками. Обычно они располагаются в верхней или нижней части корпуса.
2. Передняя панель, она же – дверь шкафа. На ней устанавливаются коммутационные элементы (кнопки запуска и остановки работы установки, а также переключатель режимов работы). Дополнительно схема управления насосом предполагает наличие индикации на передней панели, что позволит выполнять мониторинг значений основных параметров.
3. Узел контроля нагрузок на фазах. Его рекомендуется располагать на входе аппаратной части шкафа.
4. Контактор отвечает за подачу электроэнергии и отключение агрегатов от источника питания.
5. Предохранитель. Этот элемент обеспечивает защиту аппаратуры на случай возникновения «пробоя» или короткого замыкания.
6. Элементы контроля значений основных параметров – датчики, выполняющие управление разнотипным насосом по давлению и температуре. В ситуациях, когда эти величины значительно отличаются от нормального уровня, оборудование попросту не включится или, наоборот, своевременно отключится.
7. Блок управления насосом, куда входят различные датчики: отключения и включения насосного агрегата, а также датчик переполнения. Отличительной чертой данного узла является необходимость ввода клемм в скважину, гидробак.
8. Частотное автоматизированное управление насосом позволяет контролировать работу привода, а именно – вала асинхронного электродвигателя. Реализуется данная возможность посредством частотного преобразователя.

Именно такая комплектность оборудования принята за основу подавляющим большинством заводов-изготовителей. Разумеется, в зависимости от исполнения шкафа состав аппаратной части может несколько отличаться, что позволяет получить установку с дополнительными функциями и возможностями.

Шкафы управления с АВР (автоматический ввод резерва)

Назначение АВР

Автомат ввода резерва предназначен для обеспечения питания нагрузки из двух самостоятельных источников: управляет силовыми автоматическими выключателями, которые защищают два самостоятельных ввода и подводят ток на сборную шину. Так же АВР может использоваться для автоматического включения резервного оборудования, при отключении идентичного основного оборудования. Использование АВР позволяет избежать простоя оборудования, нарушений технологических процессов, возникших, в результате пропадания сети или если ее основные характеристики выходят за рамки допустимых значений.

Область применения

АВР применяется: в системах и устройствах бесперебойного питания; для обеспечения питания нагрузок особой значимости; в системах параллельного резервирования источников питания.

Основные функции АВР

Основная функция – автоматическое переключение на резервный источник питания при исчезновении напряжения основного источника или выхода его параметров за пределы нормальных значений.

• Моторизированное переключение;
• Встроенное реле управления;
• Двойной источник питания;
• Переключение под нагрузкой;
• Ручное аварийное переключение, диапазон настройки 5-15с.
• Контроль повышения или понижения напряжения и частоты;
• Учет и мониторинг электрической энергии выходного напряжения АВР.

Описание режимов работы АВР

АВР может работать в автоматическом и ручном режиме.

Работа в автоматическом режиме:

Восстанавливает питание потребителей при отключении основного источника питания, за счет присоединения резервного источника питания. В случае потери напряжения на главном источнике, автомат выключит автоматический выключатель главного источника, и произведет отключение этого источника через установленное по таймеру время. После истечения установленного по таймеру времени задержки, включится автоматический выключатель резервного источника. При возобновлении питания на главном источнике, таймер через установленное время произведет отключение автоматического выключателя резервного источника и снова подключит главный источник питания с помощью автоматического выключателя. Для управления автоматом ввода резерва используется программируемое управляющее реле, в котором запрограммирована вся логика работы схемы АВР. Программируемое управляющее реле оснащено жидкокристаллическим дисплеем, на который выводится информация (в виде дисплейных текстов на русском языке) о текущем состоянии, переключениях и аварийных ситуациях в схеме энергоснабжения, имеет энергонезависимую память, поэтому даже при полном обесточивании оперативного питания схемы АВР, программа сохраняется и при возобновлении питания, схема продолжает работать исходя из текущего состояния схемы энергоснабжения.

Работа в ручном режиме:

При переводе переключателя режимов работы АВР в положение «РУЧНОЕ» отключаются только выходные управляющие команды программируемого управляющего реле, вся сигнализация в виде дисплейных текстовых сообщений продолжает работать. Управление автоматическими выключателями: ввод 1 (QF1) и ввод 2 (QF2) осуществляется при помощи кнопок на лицевой панели шкафа АВР.

Схема АВР с двумя вводами (рабочим и резервным) и одним выводом.

Автоматический ввод резерва может быть изготовлен с разным алгоритмом работы по выбору заказчика:

АВР с приоритетом первого ввода:

В обычном режиме электропитание производится только от первого ввода. Если напряжение на нем пропадает, автомат переключает на второй ввод, при восстановлении снабжения на первом вводе щит АВР сразу же возвращает питание на него.

АВР с равноценными вводами:

Способен долгое время работать и от первого, и от второго ввода. При отключении напряжения на первом вводе автоматически подсоединяется второй ввод, от которого и продолжается подача напряжения. Автоматизированный возврат на первый ввод при восстановлении на нем электропитания не предусматривается, это происходит только при прекращении питания на втором вводе. В шкафах АВР такого типа имеется возможность ручного переключения с одного ввода на другой.

АВР без возврата:

При прекращении электропитания на первом вводе, АВР такого типа автоматически производит переключение на второй ввод. Возврат к первому вводу возможен только в ручном режиме.

Некоторые АВР предусматривают режим независимой работы каждого ввода на разные группы потребителей. Если выходит из строя один ввод, все потребители присоединяются к исправному вводу.

Сферы применения шкафов управления на базе частотника

Шкаф управления с частотным (регулируемым) приводом может работать в производственных помещениях, цехах, общественных местах (помещениях), административных зданиях, развлекательных учреждениях, спортивных залах, клубах, вокзалах и прочих больших зданиях. Могут применяться в отдельных тепловых пунктах системы городского парового отопления, в системе водоснабжения больших объектов и небольших сёл, в котельных.

Шкаф управления с преобразователем частоты обладает несколькими основными функциями:

1. Поддерживает заданное настройками давление в системе подачи воды.
2. Контролирует работу системы насосов. При прекращении работы основного насоса система может переключить работу на резервный.
3. Контроль над попеременным включением и отключением насосов в системе, что позволяет распределить нагрузку на электродвигатели и даст время на проведение ТО.
4. Позволяет переходить на ручное управление насосной станцией.
5. Обеспечивает возможность удалённого управления насосами и подключение к пульту диспетчера.

К основным преимуществам применения шкафов управления электродвигателями на базе частотного преобразователя можно отнести:

• Существенное понижение расхода электрической энергии.
• Увеличение срока службы электрических двигателей, насосных узлов и систем трубопровода.
• Максимально сниженный риск возникновения гидроударов в системе трубопроводов.
• Облегчение работы персонала по обслуживанию насосов.
• Уменьшение расходов на численность обслуживающего персонала.

Как правило, базовая комплектация такого шкафа управления содержит:

1. АВР. Систему аварийного переход от основного источника питания к резервному.
2. Частотный преобразователь. Позволяет осуществлять плавный пуск, регулирование давления, поддержание заданного давления за счёт показаний датчиков на выходе.
3. Программируемый контроллер управления насосной станцией.
4. Электромонтажные элементы, системы защиты (УЗО, автоматы отключения, и прочие).
5. Панель управления и выводы сигнальных ламп.
6. Опционально может иметь место и сетевой концентратор со стабилизатором напряжения. Он нужен для интеграции шкафа в диспетчерскую систему управления, а стабилизатор нужен для того, чтобы помехи в сети питания, которые возникают от работы частотника, не вывели из строя сетевой концентратор.

Такая комплектация, как правило, окупается в срок до двух лет. Может и раньше. Чем больше мощность насосной станции и чем больше она обслуживает площадей, тем быстрее окупается шкаф управления.

Дополнительно шкаф управления может обеспечивать:

• Комплексную защиту работы и состояния электрических двигателей (за счёт контроля потребляемого тока, определения температуры обмоток), времени непрерывной работы.
• Немедленный переход из автоматического режима в ручной с предоставлением полного контроля процесса работы оператору.
• Управление микропроцессором, согласно данным сигналов датчиков перегрузки, давления, определения отсутствия воды в системе.
• Автоматическую остановку насос, если пропала вода в системе (с выводом соответствующего сигнала на панель управления и/или передачу сигнала тревоги диспетчеру).
• Остановка насосов при получении сигнала о перегреве или заклинивании крыльчатки насоса.
• Также может быть остановлен при полном отсутствии сигнала (выход из строя датчика).
• Остановка насосов при обнаружении короткого замыкания в обмотке или в системе питания станции.
• Отключение питания двигателей, при обнаружении ошибочного подключения фаз. Система сможет автоматически включить питание, как только ошибка будет устранена.
• Обеспечение автоматической взаимной подстраховки электродвигателей.
• Отображение состояния каждого двигателя в системе. Сигнал может быть выведен как на панель управления, так и отправлен диспетчеру через сетевой интерфейс.
• Выведение на панель управления сигнала об аварии самого частотника.
• Попеременное программируемое управление двигателями, автоматическое назначение каждого из двигателей основным, по мере необходимости.
• Установление запрета на пуск определённого двигателя, в работе которого обнаружена критическая ошибка (заклинивание ротора, перегрев, сильно завышенное потребление тока).
• Защита корпуса по европейским стандартам безопасности (влага, температура, огонь).

Применение шкафов с частотным управлением позволило вывести системы управления насосными станциями на высокий технологичный уровень. Сегодня развитие диспетчерского управления гидронасосами позволяет десяти сотрудника диспетчерской управлять гидросистемой большого города, без ущерба качеству работы гидромагистралей и систем отопления.

Правильная эксплуатация

Установка шкафа управления – только половина дела. От его правильной эксплуатации будет зависеть, насколько надёжно защищено насосное оборудование. К устройству прилагается технический паспорт и инструкция, изучить которую перед началом эксплуатации настоятельно рекомендуют все специалисты.

Плановый или сервисный осмотр должен проводиться регулярно. В это время проверяются интерфейсы подключений, и ведётся сверка правильности их использования с рабочей инструкцией

Особое внимание уделяется лицевой панели, где размещено табло. На него выводятся уведомления обо всех неполадках

Регулярно очищается от пыли вентилятор и радиатор охлаждения шкафа. Также следует вовремя менять загрязнённый фильтр. Во время планового осмотра проверяются все крепёжные болты. Устраняется слабина, если она обнаружена.

Замена вышедших из строя блоков управления производится специалистами по талону гарантийного или послегарантийного обслуживания.

Техническая поддержка и сервисное обслуживание

Некоторые компании по производству шкафов управления заявляют, что технического обслуживания не требуется. Это действительно так, однако необходима регулярная проверка блока управления эксплуатирующей организацией. Существует периодичность, установленная производителем, и для правильной работы всех устройств ее необходимо придерживаться в обязательном порядке.

Перед осмотром или заменой каких-либо деталей необходимо отключить напряжение и заблокировать оборудование от повторного включения. Самостоятельно можно проверить надежность соединений. Список потенциальных неисправностей, как и возможные способы их устранения, обычно также указывается производителем.

Шкаф управления скважинным или погружным насосом с частотным преобразователем для применения в производственных котельных, коммунальных службах или частных домах, выполненный на заказ по индивидуальному ТЗ

Например, простейшая неисправность – не загорается лампочка, сигнализирующая о подключении системы к электрическому кабелю. Возможны три причины: отсутствует напряжение в сети, сломался автоматический выключатель или перегорела лампа. Соответственно, решением проблемы будет подача напряжения, замена выключателя или лампы.

Если возникла неисправность, которую самостоятельно не устранить, необходимо обратиться к специалистам в сервисный центр.

Как выбрать шкаф управления насосами

Подавляющее большинство современных отечественных и зарубежных фирм-производителей выпускает полностью готовое к эксплуатации оборудование

Для того чтобы не ошибиться при покупке шкафа управления насосами, необходимо обратить внимание на следующие параметры:

1. Год выпуска. В идеале он должен совпадать с датой производства подключаемого оборудования.
2. Параметры и количество поддерживаемых агрегатов. В этом случае необходимо учитывать мощность прибора, ток и рабочее напряжение двигателя.
3. Тип управления. Оно может быть ручным, автоматическим и дистанционным.
4. Условия эксплуатации. Сюда относятся такие важные показатели, как температура и влажность воздуха.

Кроме того, покупая ШУН, уделите внимание его рабочим показателям, качеству сборки и совместимости с подключаемыми насосами. Соблюдение этих простых правил поможет вам избежать ошибки и приобрести долговечное и производительное оборудование. Соблюдение этих простых правил поможет вам избежать ошибки и приобрести долговечное и производительное оборудование

Соблюдение этих простых правил поможет вам избежать ошибки и приобрести долговечное и производительное оборудование.

Шкаф управления одним насосом (ШУН-1)

Самыми простыми шкафами управления являются шкафы управления одним насосом (ШУН-1). Для его работы достаточно установить один управляющий элемент — контактор, софтстартер или преобразователь частоты. Логика работы самая простая — включить/отключить насос по сигналу или с кнопок «Пуск», «Стоп». ШУН-1 целесообразно использовать в бытовых системах водоснабжения, в системах откачивания жидкости, орошения, циркуляции и т.д.

Шкаф управления 1 насосом 75 кВт с преобразователем частоты ATV 630 на базе оборудования Schneider Electric	Шкаф управления 1 насосом 30 кВт (плавный пуск) на базе устройства плавного пуска PSR, оборудование Schneider Electric	Шкаф управления 1 насосом 4 кВт с преобразователем частоты ATV 212 на базе оборудования Schneider Electric

Шкафы управления несколькими насосами (ШУН-2, ШУН-3, ШУН-4)

Если же требуется более сложная логика работы, или резервирование по насосам — используют шкафы управления одновременно 2-,3-,4 и более насосами (обычно они называются просто, ШУН-2, ШУН-3, ШУН-4).

Такие системы обычно используются в шкафах управления циркуляционными насосами, скважинными (погружными) насосами в системах водоснабжения и водоотведения. Но наиболее частое применение шкафов управления несколькими насосами можно встретить в системах канализации жилых домов (шкафы управления КНС), очистных сооружений или ливневых канализаций, где необходимо обеспечить откачивание жидкости для недопущения подъема уровня выше определенного.

Шкаф управления КНС с АВР, 2 насоса (плавный пуск), контроллер Siemens Simatic S7-1200 на базе оборудования АВВ	Шкаф управления 2 насосами с контроллером Segnetics на базе оборудования Schneider Electric	ШУДН — 2, 18,5 кВт, 2 насоса (плавный пуск), контроллер Modicon М172, на базе оборудования АВВ и Schneider Electric

По умолчанию в шкафах управления несколькими насосами нашего производства реализована схема каскадного запуска, где все насосы являются рабочими. Принцип работы такого запуска достаточно прост: по заданному алгоритму шкаф управления при необходимости меняет ведущий насос, во время эксплуатации насчитывается время наработки каждого насоса. Насос с наибольшим временем наработки всегда отключается первым, с наименьшей — всегда первым включается. При возникновении неисправности ведущего насоса идет переключение на резервный. Как и ШУН — 1 шкафы управления несколькими насосами имеют автоматический и ручной режим работы.

В автоматическом режиме сигналы на запуск и остановку поступают от внешних устройств контроля уровня (см. схему).

	Управление 1 насосом Поплавок №1-отключение насоса Поплавок №2-запуск насоса Поплавок №3-Перелив (сигнал в диспетчерский пункт)
	Управление 2 насосами Поплавок №1-отключение насосов Поплавок №2-запуск первого насоса Поплавок №3-запуск второго насоса Поплавок №4-Перелив (сигнал в диспетчерский пункт)
	Управление 3 насосами Поплавок №1-отключение насосов Поплавок №2-запуск первого насоса Поплавок №3-запуск второго насоса Поплавок №4-запуск третьего насоса Поплавок №5-Перелив (сигнал в диспетчерский пункт)

Из каких частей состоит автоматический блок

В настоящее время существуют различные виды автоматики, начиная от простейших дискретных приборов и заканчивая малогабаритными блоками с широтно-импульсной модуляцией. Все ее виды можно разделить на три группы в зависимости от используемых технологических разработок и диапазона выполняемых функций.

Первое поколение

В этом случае автоматическое управление осуществляется с помощью простейших узлов, к которым относятся:

1. Реле давления и холостого хода. Их функционирование подробно описано выше, приборы несложно своими руками установить в трубопровод и настроить.
2. Гидроаккумулятор. Представляет собой емкость для сбора воды, объем которой может колебаться в значительных пределах, основное назначение – поддержка напора и компенсация гидроударов в системе.
3. Манометр. Элемент, необходимый для контроля давления и настройки гидрореле.

Рис. 9 Автоматика для насоса 1-го поколения

Блоки управления второго поколения

Модули данного класса существенно отличаются от первого вида за счет следующих параметров:

1. все дискретные детали, включая объемный гидроаккумулятор, смонтированы в одном модуле;
2. существенно расширены выполняемые функции;
3. настройка параметров производится электронным способом;
4. многие модули рассчитаны на функционирование с конкретными моделями электронасосов и имеют предустановленные настройки.

Автоматизация управления насосом модулями второго поколения позволяет реализовать следующие функции:

• Отключение помпы спустя несколько секунд при повышении давления выше допустимых параметров или отсутствии жидкости в магистрали.
• Защиту обмотки от холостого хода.
• Возможность тонкого регулирования настраиваемых параметров.
• Электронная индикация, отражающая гидравлические показатели и состояние оборудования.
• Гашение гидроударов за счет установки гидроаккумулятора небольшого объема.
• Плавный пуск, увеличивающий срок службы насосного агрегата.
• Антицикличность, предотвращающая многократное включение электропитания в случае утечки в трубопроводе.

Рис. 10  Модули 2-го поколения

Третье поколение

Третьему поколению автоматики присущи все перечисленные функции второго с дополнительной возможностью регулировки скорости вращения вала электродвигателя. Эта особенность дает следующие преимущества:

• Насосный двигатель работает с учетом водозабора, включая высокие обороты при большом объеме потребления и замедляя свою скорость при малом потоке.
• В модуле отсутствует гидроаккумулятор – в нем нет необходимости, так как водоподача происходит плавно без скачков.
• В водопроводе всегда поддерживается постоянный напор.
• На 30 – 40% экономится электроэнергия при функционировании двигателя в экономичном режиме на малых оборотах.

Модульная автоматика для скважины – преимущества и недостатки

Преимуществами использования автоматики в модулях 2 и 3 поколения являются следующие особенности:

• Все узлы собраны в одном блоке, который занимает мало места и легко подключается к водопроводу.
• Приборы обладают широкими функциональными возможностями для управления.

Рис. 11 Блоки автоматики 3-го поколения

• При использовании увеличивается срок службы электронасоса и других узлов водопроводной магистрали, происходит экономия электроэнергии.
• Упрощается процедура контроля, диагностики, настройки и управления.
• За счет постоянного давления в системе повышается комфортность пользования водопроводом.

К недостаткам можно отнести следующие особенности:

• Большая стоимость модулей третьего поколения, которая в несколько раз превышает второе и на порядок больше первого.
• Работоспособность приборов сильно зависит от напряжения в сети.
• Многие системы рассчитаны на работу только с определенной маркой электронасоса, имеют фиксированные настройки и не подходят для использования с другими приборами.

Рис. 12 Схема установки поверхностного насоса

Сигналы состояния и исполнительные устройства.

В насосной станции пожаротушения, да и вообще — в системе водяного пожаротушения, возможно ограниченное число сигналов и несколько типов исполнительных устройств.

Сигналы управления — состояния.

1. Давление в системе пожаротушения — необходим для принятие решения об автоматическом запуске.
2. Давление в коллекторе насоса пожаротушения — информирует о выходе насоса пожаротушения на режим.
3. Давление в обвязке жокей-насоса — для запуска/останова жокей насоса по нижнему/верхнему уровню.
4. Уровни воды в резервуаре — для открытия/закрытия задвижки наполнения резервуара.
5. Сигнализатор потока жидкости — для подтверждения запуска и сигнализации о запуске.
6. Состояние задвижки «Открыта/Закрыта» — для остановки хода задвижки.
7. Пуск/останов от кнопочного поста в помещении дежурного — для ручного дистанционного безусловного управления.
8. Пуск от кнопок в пожарных шкафах — для ручного дистанционного условного управления.
9. Сигнал состояния узла управления направлением для дренчерной и спринклерной системы.
10. Сигнал запуска узла управления направлением для дренчерной системы.
11. Аварийно высокое давление в системе — для сигнализации дежурному персоналу.
12. Режим автоматики «Включена/Отключена» — для непрерывного контроля готовности насосной станции к пуску.
13. Низкое давление на входе — для предотвращения сухого хода.
14. Положение арматуры (крана, дискового затвора …) — чтобы направление пожаротушения случайно не оказалось перекрытым.
15. Авария ввода питания — для переключения на резервный ввод питания.
16. Авария цепей — для обеспечения требования контроля целостности цепей.

Блин, можно целую статью написать про то как нужно все эти сигналы получать и как использовать.

Для исполнительных устройств все проще.

Исполнительные устройства — силовые агрегаты.

1. Пожарные насосы — минимум два: основной и резервный.
2. Жокей насос если применяется автоматический запуск насосной станции по давлению.
3. Узел управления -в дренчерной системе для запуска необходимо применять специальный узел управления.
4. Задвижка — для открытия обводного участка вокруг счетчика или наполнения пожарного резервуара.
5. Дренажный насос — для опорожнения дренажного приямка (обычное бытовое устройство).