Шкаф управления насосами: виды, схемы подключения, обзор популярных моделей

Шкафы управления на заказ

Многие производители насосов и насосных станций поставляют готовые к использованию изделия. Например, концерн Grundfos выпускает целый ряд шкафов для автоматического управления подачей и откачиванием воды.

Большой популярностью пользуется продукция компании Grundfos

Но есть и другой вариант – изготовление изделия на заказ. Что необходимо учитывать, заказывая шкаф управления?

1. Количество электродвигателей и их параметры (мощность, частота вращения, напряжение).
2. Тип управления (ручное, автоматическое, дистанционное).
3. Режим пуска двигателя (прямой, частотный преобразователь, комбинированный, плавный).
4. Условия окружающей среды (влажность, температура).

Подключение и ввод щита управления на базе частотного преобразователя к насосам

При подключении насосов необходимо использовать силовые и контрольные кабели, рекомендуемого производителем сечения. Монтаж выполняется в следующем порядке:

• Установка и фиксация шкафа.
• Монтаж датчиков температуры и давления на трубопроводе.
• Подключение силового кабеля от вводного автомата.
• Присоединение контрольных кабелей от датчиков и к удаленным пунктам управления.
• Настройка частотного преобразователя и программирование контроллера.
• Пробный пуск и корректировка.

Шкафы на базе частотных преобразователей можно проектировать как для управления группой насосов, так и для больших станций с несколькими десятками мощных агрегатов. За счет снижения затрат на обслуживание, ремонт, электроэнергию, оптимизации управления, шкафы на базе частотных преобразователей дают хороший экономический эффект. Средний срок их окупаемости составляет 2 года.

Чем продиктовано требование?

Всё достаточно просто. При работе небольшого агрегата, который отвечает за какую-либо одну функцию, требования к самому качеству работы двигателя могут быть не так высоки. Но если электродвигатель трудится в системе гидроустановки или системе автономного отопления большого многоэтажного дома, то к стабильности и равномерности работы насоса предъявлены особые требования.

Рассмотрим работу насосной станции на базе примера силовой гидроустановки системы отопления многоэтажки.

Как известно, новейшие системы отопления высотных зданий построены на базе двухконтурных систем. Это означает, что горячая вода, подаваемая в техническое помещение дома, не прогоняется через все этажи, а поступает в первичный контур системы теплообменника. А вот та вода, которая содержится во вторичном контуре, при помощи насосной станции прогоняется по всем этажам.

Если за давление и аквапоток в первичном контуре отвечает поставщик тепла, то за второй контур отвечает насос. Посему, к поддержанию одинакового и равномерного давления в системе предъявляются высокие требования. Если насос будет работать не равномерно и тем более, допускать резкие пуски, то будет возникать сильный гидроудар в системе, что может привести к разрыву тепловой магистрали или срыву кранов.

Вот тут-то на помощь приходит шкаф управления гидронасосом на базе частотника. Именно он обеспечивает плавное и своевременное регулирование оборотов электрического двигателя, что в свою очередь, позволяет вовремя выравнивать давление в системе. При падении давления обороты электромотора повышаются пропорционально величине падения давления, а при стабилизации давления, обороты падают до установленного номинала.

Система работает автоматически за счёт работы датчиков давления и частотного преобразователя с программируемым управлением.

Помимо всего прочего, если электромотор используется в системе водоснабжения или работает с иной токопроводящей жидкостью, то шкаф в обязательном порядке оборудуется автоматами отключения питания и системой УЗО. Таким образом, этот агрегат становится абсолютно безопасным для человека.

Состав шкафа управления на базе частотного преобразователя

Шкафы управления насосными установками и станциями состоят из устройств автоматики, аппаратов защиты, средств индикации и других элементов. Они содержат:

• Автоматические выключатели, устройства защитного отключения. Эти устройства выполняют функцию коммутации и защиты силовых и управляющих цепей.
• Частотный преобразователь. ПЧ выполняет функцию регулирования производительности насосных агрегатов и защиты приводных электродвигателей.
• Систему автоматического включения резерва. При перебоях в электроснабжении АВР осуществляет переключение питания на резервную линию, генератор или АКБ. При появлении напряжения в сети, осуществляется обратное переключение.
• Управляющий контроллер. Это устройство используются для контроля, задания режимов работы насосного оборудования и передачи данных на высший уровень АСУТП. В шкафах управления двумя-тремя агрегатами применяется упрощенная схема без контроллера. В этом случае частотные преобразователи выполняют функции ПИД-регулятора.
• Электромонтажную арматуру. Этот элемент используется для соединения токоведущих линий.
• ЖК-панель и индикаторные лампы. Такое оборудование служит для отображения режимов работы, сигнализации о ненормальных и аварийных режимах работы, индикации состояния всех элементов станции водоподачи.
• Устройства для накопления, обработки и передачи информации. В сложных многоуровневых системах автоматизации шкафы содержат концентраторы, маршрутизаторы и другую аппаратуру для сбора и отправки данных на удаленные пункты.
• Систему вентиляции и подогрева, обеспечивающую отвод тепла от электроаппаратов и поддержание заданного температурного режима.
  При разработке управляющих шкафов необходимо выдерживать расстояния до других электроаппаратов и стенок для эффективного охлаждения. В отдельных случаях рекомендуется установка отдельных вентиляторов.

Особенности обслуживания шкафов

Перед тем, как начать пользоваться автоматикой, следует тщательно изучить инструкцию и схемы, прилагаемые к изделию. Любая схема шкафа управления насосами отображает расположение электроники, структуру устройства в целом, интерфейсы для подключения насосов, каналы защиты двигателя.

Схемы электронного наполнения шкафов управления отображают расположение всех элементов

Любые манипуляции с механизмами – чистка, осмотр, ремонт — должны проводиться при выключенном электропитании (лампочка «Сеть» не горит).

Следует следить за чистотой фильтров вентиляционных решеток, чаще всего они бывают сменными. Радиатор частотного преобразователя и вентилятор необходимо также очищать от пыли. Чтобы подключения функционировали без перебоев, нужно подтягивать крепежные винты.

О технических характеристиках шкафа управления расскажет его маркировка

Иногда возникают неисправности в системе. Некоторые из них устраняются своими силами, другие – специалистами или после консультации с производителем. Например, на табло появилась надпись «Авария» — «низкое давление». Это значит, что отреагировала защита «от сухого хода» — скорее всего, в скважине нет воды. Пока вода не появится, насос будет заблокирован.

Назначение и функции шкафов управления

Основное назначение распределительных конструкций – управление электрическими двигателями насосов любого вида: дренажных, погружных, скважинных.

Схема управления дренажным насосом демонстрирует варианты регулировки одного, двух и трех дренажных насосов

Без погружного насоса невозможна работа систем отопления, водоснабжения, пожаротушения, а шкаф управления дренажным насосом необходим для автоматизации откачки жидкости.

Если нет опыта работы со шкафами управления, настройку и ввод в эксплуатацию лучше доверить специалисту

Установив шкаф управления скважинным насосом, владелец дома обретет отдых и покой, так как дальше работу оборудования будет контролировать электронная «начинка».

Будет обеспечен и плавный безопасный пуск электродвигателя, и регулирование частотного преобразователя. Такие параметры, как давление, уровень воды и температура также будут находиться под наблюдением.

На данной схеме хорошо видно, где должен находиться шкаф управления насосами и как он совмещен с системой подачи воды

Если используется шкаф управления двумя насосами, то функции его еще шире:

• • в аварийной ситуации с одним насосом он оперативно подключает второй, резервный;
  • выравнивает изнашиваемость агрегатов, регулируя их сменную работу;
  • при простое одного из механизмов предотвращает его заиливание;
  • дает возможность ручной блокировки одного из насосов;
  • содержит программы управления двумя и более агрегатами;

выдает информацию по каждому механизму в отдельности.

На схеме показана схема взаимодействия панели управления и скважинного насоса с сопутствующим оборудованием

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.

Функции шкафа управления

Функционал этого оборудования проектируется в соответствии с особенностями насосной станции. Обычно шкафы управления должны обеспечивать:

• Возможность переключения каждого насосного агрегата или установки в режим ручного управления.
• Плавный пуск насосов, а также ввод резервных агрегатов при пиковых нагрузках, отключении основных.
• Поддержание и регулирование заданных параметров в сети водоподачи.
• Индикацию режимов работы и вывод сообщений о неисправностях, а также передачу информации на удаленный пункт управления.
• Отключение электродвигателя при обрыве фаз, перегрузках.
• Остановку насоса при исчезновении воды в трубопроводе, заклинивании рабочего колеса, других поломках. Запрет на пуск неисправного агрегата.
• Сбор, архивирование и отправка данных о работе, количестве и причинах отказов, критических ошибках, поломках.
• Автоматический перевод на питание от резервной линии электроснабжения, аккумуляторного блока или другого источника при пропадании напряжения в сети. При возобновлении подачи электроэнергии, аппаратура, установленная в шкафу, должна выполнять обратное переключение.

При помощи частотного преобразователя, коммутационных электроаппаратов, контроллера реализуются различные алгоритмы автоматического управления, ручные режимы с заданием параметров с панели или диспетчерского пункта, а также осуществляется прямой пуск.

Преимущества шкафов управления

• Возможность использовать аппаратуру и оборудование в незащищенном от пыли и влаги корпусе.
• Удобный доступ для настройки, проведения технического обслуживания и ремонта оборудования.
• Контроль характеристик, режимов работы насосов и станции в целом.
• Снижение потребления электроэнергии за счет оптимизации характеристик сети.
• Экономия затрат на ремонт трубопровода, запорно-регулирующей арматуры. Удлинение промежутка между техническими обслуживаниями и ремонтами насосов.
• Снижение вероятности гидравлических ударов при пуске и отключении.
• Сокращение числа обслуживающего персонала.

При размещении частотного преобразователя в шкафу, соединения нужно выполнять экранированными кабелями. При необходимости нужно устанавливать фильтры для защиты от электромагнитных помех или применять преобразователи частоты со встроенными ЭМФ.