Automatisierung von Pumpen und Pumpstationen
Durch die Automatisierung von Pumpeinheiten können die Zuverlässigkeit und Kontinuität der Wasserversorgung erhöht, die Arbeits- und Betriebskosten gesenkt und die Größe der Kontrolltanks verringert werden.
Zur Automatisierung von Pumpeinheiten, mit Ausnahme von Allzweckgeräten (Schütze, Magnetstarter, Schalter, Zwischenrelais) kommen spezielle Steuer- und Überwachungsgeräte zum Einsatz, z. Niveaukontrollrelais, Füllkontrollrelais für Kreiselpumpen, Strahlrelais, Schwimmerschalter, Elektroden-Niveauschalter, verschiedene Manometer, kapazitive Sensoren usw.
Steuerstation – ein komplettes Gerät bis 1 kV, das für die Fernsteuerung elektrischer Anlagen oder ihrer Teile mit automatisierter Ausführung von Steuer-, Regelungs-, Schutz- und Signalfunktionen bestimmt ist. Strukturell ist die Kontrollstation ein Block, eine Platte, ein Schrank, eine Tafel.
Steuereinheit – eine Steuerstation, deren alle Elemente auf einer separaten Platte oder einem separaten Rahmen montiert sind.
Steuerpult – eine Steuerstation, deren gesamte Elemente auf Brettern, Schienen oder anderen Strukturelementen montiert sind, die auf einem gemeinsamen Rahmen oder Metallblech montiert sind.
Bedienfeld (ShTSU-Kontrollstationsschild) Es handelt sich um eine Anordnung mehrerer Bedienfelder oder Blöcke auf einem dreidimensionalen Rahmen.
Schaltschrank – eine von allen Seiten so geschützte Steuerstation, dass bei geschlossenen Türen und Abdeckungen der Zugang zu spannungsführenden Teilen ausgeschlossen ist.
Bei der Automatisierung von Pumpen und Pumpstationen geht es in der Regel darum, die elektrische Tauchpumpe über den Wasserstand im Tank oder den Druck in der Druckleitung zu steuern.
Schauen wir uns Beispiele für die Automatisierung von Pumpeinheiten an.
In Abb. 1 und zeigt ein Automatisierungsschema der einfachsten Pumpeneinheit – Entwässerungspumpe 1, und in Abb. 1, b zeigt den Schaltplan dieser Anlage. Die Automatisierung der Pumpeinheit erfolgt über einen Schwimmerniveauschalter. Der KU-Steuerschlüssel hat zwei Positionen: für manuelle und automatische Steuerung.
Reis. 1. Der Aufbau der Entwässerungspumpvorrichtung (a) und ihres Stromkreises für die Automatisierung (b)
In Abb. 2 Getriebeautomatisierungsschema zur Steuerung einer Tauchpumpe entsprechend dem Wasserstand im Tank eines Wasserturms, implementiert auf Relaiskontaktelementen.
Reis. 2. Schematische Darstellung der Automatisierung einer Tauchpumpe entsprechend dem Wasserstand im Tank-Wasserturm
Der Betriebsmodus des Automatisierungskreises von der Pumpe wird mit dem CA1-Schalter eingestellt. Wenn Sie ihn auf die Position „A“ stellen und den QF-Schalter einschalten, wird Spannung an den Steuerkreis angelegt.Wenn der Wasserstand im Drucktank unter der Elektrode des unteren Niveaus des Fernbedienungssensors liegt, sind die Kontakte SL1 und SL2 im Stromkreis geöffnet, das Relais KV1 ist ausgeschaltet und seine Kontakte im Stromkreis der Spule des Magnetstarters KM geschlossen sind. In diesem Fall schaltet der Magnetstarter den Pumpenmotor ein, gleichzeitig erlischt die Signallampe H L1 und die Lampe H L2 leuchtet auf. Die Pumpe versorgt den Tank unter Druck mit Wasser.
Wenn Wasser den Raum zwischen der unteren Niveauelektrode SL2 und dem mit dem Neutralleiter verbundenen Sensorkörper füllt, wird der SL2-Stromkreis geschlossen, aber das KV1-Relais schaltet sich nicht ein, da seine mit SL2 in Reihe liegenden Pins offen sind.
Wenn das Wasser die Elektrode mit dem höchsten Füllstand erreicht, schließt sich der SL1-Stromkreis, das KV1-Relais schaltet ein und schaltet nach dem Öffnen seiner Kontakte im Stromkreis der Spule des Magnetstarters KM diesen aus und schließt ihn wieder Schließkontakte erfolgt die Bestromung allein über den Sensorkreis SL2. Der Pumpenmotor schaltet sich ab und die Warnlampe H erlischt. L2 und die Lampe H leuchten auf L1. Der Pumpenmotor schaltet sich wieder ein, wenn der Wasserstand auf die Position sinkt, bei der der Stromkreis SL2 geöffnet ist, und das Relais KV1 wird deaktiviert.
Das Einschalten der Pumpe in jedem Modus ist nur möglich, wenn der DSX-Trockenlaufsensorkreis geschlossen ist (SL3), der den Wasserstand im Brunnen steuert.
Der Hauptnachteil der Füllstandskontrolle besteht darin, dass die Elektroden der Füllstandssensoren im Winter einfrieren, wodurch die Pumpe nicht abschaltet und das Wasser aus dem Tank überläuft. Es gibt Fälle der Zerstörung von Wassertürmen aufgrund des Gefrierens einer großen Eismasse auf ihrer Oberfläche.
Bei der Drucksteuerung der Pumpe kann an der Druckleitung im Pumpenraum ein elektrischer Kontaktmanometer oder Druckschalter installiert werden. Dies erleichtert die Wartung des Sensors und verhindert, dass er niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird.
In Abb. 3 Übertragungsschaltplan der Steuerung einer Wasserversorgungs-(Pump-)Anlage eines Turms gemäß den Signalen eines elektrischen Kontaktmanometers (entsprechend dem Druck).
Reis. 3. Schematische Darstellung der Steuerung einer Wasserinstallation auf einem Turm durch ein elektrisches Kontaktmanometer
Befindet sich kein Wasser im Tank, ist der Kontakt des Manometers СП1 (unteres Niveau) geschlossen und der Kontakt СП2 (oberes Niveau) geöffnet. Das Relais KV1 arbeitet und schließt die Kontakte KV1.1 und KV1.2, wodurch der Magnetstarter KM eingeschaltet wird, der die Elektropumpe mit einem dreiphasigen Netzwerk verbindet (Stromkreise sind im Diagramm nicht dargestellt).
Die Pumpe versorgt den Tank mit Wasser, der Druck steigt, bis der Manometerkontakt schließt, СП2 wird auf den oberen Wasserstand eingestellt. Nach dem Schließen des Kontakts СP2 wird das Relais K V2 aktiviert, das die Kontakte KV2.2 im Stromkreis der Spule des Relais KV1 und KV2.1 im Stromkreis der Spule des Magnetstarters KM öffnet; Der Pumpenmotor schaltet sich aus.
Wenn Wasser aus dem Tank fließt, sinkt der Druck, СP2 öffnet sich und unterbricht KV2, aber die Pumpe schaltet sich nicht ein, da das Manometer in Kontakt steht, СP1 ist offen und die Relaisspule KV1 ist ausgeschaltet. Die Pumpe schaltet sich ein, wenn der Wasserstand im Tank sinkt, bevor der Manometerkontakt schließt. СП1.
Die Versorgung der Steuerkreise erfolgt über einen 12-V-Abwärtstransformator, was die Sicherheit bei der Wartung des Steuerkreises und des elektrischen Kontaktmanometers erhöht.
Um den Betrieb der Pumpe bei einer Fehlfunktion des elektrischen Kontaktmanometers oder Steuerkreises sicherzustellen, ist ein Schalter CA1 vorgesehen. Beim Einschalten werden die Steuerkontakte KV1.2, KV2.1 manipuliert und die Spule des Magnetstarters KM direkt an das 380-V-Netz angeschlossen.
In der Phasenlücke L1 enthält der Steuerkreis einen Kontakt ROF (Phasenverlustrelais), der bei offener Phase oder asymmetrischem Betrieb des Versorgungsnetzes öffnet. In diesem Fall wird der Stromkreis der Spule KM unterbrochen und die Pumpe automatisch abgeschaltet, bis der Fehler behoben ist.
Der Schutz der Stromkreise in diesem Stromkreis vor Überlast und Kurzschluss erfolgt durch einen automatischen Schalter.
In Abb. 4 Übertragungsschema zur Automatisierung einer Wasserpumpanlage, die eine elektrische Pumpeneinheit 7 vom Tauchtyp enthält, die sich in einem Brunnen 6 befindet. In der Druckleitung sind ein Rückschlagventil 5 und ein Durchflussmesser 4 installiert.
Die Pumpeneinheit verfügt über einen Druckbehälter 1 (Wasserturm oder Luft-Wasser-Kessel) und Drucksensor (oder Füllstand) 2, 3, wobei Sensor 2 auf den oberen Druck (Füllstand) im Tank und Sensor 3 auf den unteren Druck (Füllstand) im Tank reagiert. Die Pumpstation wird von der Steuereinheit 8 gesteuert.
Reis. 4. Schema zur Automatisierung einer Wasserpumpvorrichtung mit variabler Frequenz
Die Pumpeneinheit wird wie folgt gesteuert. Angenommen, die Pumpeneinheit ist ausgeschaltet und der Druck im Drucktank sinkt und wird niedriger als Pmin... In diesem Fall wird vom Sensor ein Signal gesendet, um die Elektropumpe einzuschalten. Es beginnt mit einer schrittweisen Erhöhung der Frequenz. Der Strom versorgt den Elektromotor der Pumpeinheit.
Wenn die Drehzahl der Pumpeneinheit den eingestellten Wert erreicht, geht die Pumpe in den Betriebsmodus. Durch Programmierung der Betriebsart Frequenzumwandler Sie können die erforderliche Intensität der Pumpenarbeit sowie einen sanften Start und Stopp sicherstellen.
Der Einsatz eines regelbaren Elektroantriebs einer Tauchpumpe ermöglicht die Realisierung von Direktwasserversorgungssystemen mit automatischer Druckhaltung im Wasserversorgungsnetz.
Die Steuerstation, die ein sanftes Starten und Stoppen der Elektropumpe sowie eine automatische Aufrechterhaltung des Drucks in der Rohrleitung gewährleistet, enthält einen Frequenzumrichter A1, einen Drucksensor BP1, ein elektronisches Relais A2, einen Steuerkreis und Hilfselemente, die die Zuverlässigkeit erhöhen von elektronischen Geräten (Abb. 5).
Der Pumpensteuerkreis und der Frequenzumrichter bieten folgende Funktionen:
— Sanfter Start und Stopp der Pumpe;
— automatische Steuerung nach Füllstand oder Druck;
— Schutz gegen „Trockenlaufen“;
— automatische Abschaltung der Elektropumpe bei unvollständigem Phasenbetrieb, unzulässigem Spannungsabfall, bei einem Notfall im Wasserversorgungsnetz;
— Überspannungsschutz am Eingang des Frequenzumrichters A1;
— Signalisierung zum Ein- und Ausschalten der Pumpe sowie für Notbetriebe;
— Beheizung des Schaltschranks bei Minustemperaturen im Pumpenraum.
Der Sanftanlauf und die sanfte Abbremsung der Pumpe erfolgt über einen Frequenzumrichter Typ A1 FR-E-5.5k-540ES.
Reis. 5. Schematische Darstellung der Automatisierung einer Tauchpumpe mit Vorrichtung zum Sanftanlauf und automatischer Druckhaltung
Der Tauchpumpenmotor wird an die Klemmen U, V und W des Frequenzumrichters angeschlossen. Beim Drücken der Taste СB2 wird das Relais „Start“ K1 aktiviert, dessen Kontakt K1.1 die Eingänge STF und Computer des Frequenzumrichters verbindet und so einen reibungslosen Start der Elektropumpe gemäß dem bei der Einstellung des Frequenzumrichters angegebenen Programm gewährleistet.
Bei einem Fehler im Frequenzumrichter oder den Pumpenmotorkreisen wird der Wechselstromwandlerkreis geschlossen und der Betrieb des Relais K2 sichergestellt. Nach Betätigung von K2 schließen dessen Kontakte K2.1, K2.2 und der Kontakt K2.1 im Stromkreis K1 öffnet. Der Ausgang des Frequenzumrichters und das Relais K2 werden abgeschaltet. Eine Reaktivierung des Stromkreises ist erst möglich, nachdem der Fehler behoben und der Schutz mit dem 8V3.1-Taster zurückgesetzt wurde.
Der Drucksensor BP1 mit Analogausgang 4 … 20 mA wird an den Analogeingang des Frequenzumrichters (Pins 4, 5) angeschlossen und sorgt so für eine negative Rückmeldung im Druckstabilisierungssystem.
Die Funktion des Stabilisierungssystems wird durch den PID-Regler des Frequenzumrichters sichergestellt. Der erforderliche Druck wird über Potentiometer K1 oder über das Bedienfeld des Frequenzumrichters eingestellt. Bei Trockenlauf der Pumpe schließt der Kontakt 7-8 des elektronischen Widerstandsrelais A2 in der Spule des Kurzschlussrelais und an dessen Kontakte 3-4 wird der Trockenlaufsensor angeschlossen.
Nach Aktivierung des Kurzschlussrelais werden dessen Kontakte K3.1 und Kurzschluss.2 geschlossen, wodurch das Schutzrelais K2 aktiviert wird, das für das Abschalten des Pumpenmotors sorgt. In diesem Fall wird das Kurzschlussrelais unabhängig über den Kontakt K3.1 mit Strom versorgt.
In allen Notfallmodi leuchtet die HL1-Lampe; Bei unzulässig niedrigem Wasserstand (bei „Trockenbetrieb“ der Pumpe) leuchtet die Lampe HL2 auf. Die Beheizung des Schaltschrankes in der kalten Jahreszeit erfolgt mit Hilfe der zugeschalteten Elektroheizungen EK1 … EK4 durch das Schütz KM1 bei eingeschaltetem Thermorelais VK1. Der Schutz der Eingangskreise des Frequenzumrichters vor Kurzschluss und Überlast erfolgt durch den Leistungsschalter QF1.
Reis. 5. Automatisierung der Pumpeinheit
Der Artikel verwendet Materialien aus dem Buch Daineko V.A. Elektrische Ausrüstung landwirtschaftlicher Betriebe.
Siehe auch: Ein einfaches automatisiertes Steuerungsschema für zwei Abfallpumpen