Автоматизация водоснабжения необходима для постоянного поддержания заданной температуры теплоносителя и воды без прямого участия человека.
Преимущества использования системы автоматизации
- Автоматизация водоснабжения позволяет поддерживать температуру горячей воды на заданном уровне.
- Система автоматизации помогает поддерживать нужную температуру горячего водоснабжения (ГВС) и изменять ее в соответствии с заданным расписанием: дневной/ночной режим, рабочие/выходные дни и по индивидуальному расписанию, заданному пользователем.
- Сокращается износ насосов за счет оптимизации алгоритма работы системы.
- Настраиваются сигналы аварийного извещения в соответствии с показаниями датчиков температуры и давления в сетях, холостого хода, электрозащиты и т.д.
Автоматизация водоснабжения и отопления на 30% снижает расход энергоресурсов благодаря оптимизации работы систем по индивидуально разработанному алгоритму.
Контроллеры для автоматизации водоснабжения
Автоматизация водоснабжения нашей компанией производится на контроллерах «Контар» собственного производства. Это свободно программируемые контроллеры, которые объединяются в единую сеть по интерфейсу RS485, что делает их удобными для создания обширной территориально распределенной сети. Для программирования контроллеров используется среда проектирования «Конграф», в которой создается алгоритм на языке FBD, который легко освоить любому инженеру, не являющемуся программистом. Программы для визуализации процессов в системе отопления и ГВС позволяют наблюдать за параметрами в реальном времени, локально или через Интернет.Контроллеры «Контар» подходят для автоматизации проектов любой сложности и масштаба от небольших сооружений до комплексов многоэтажных зданий. Для расширения системы не требуется останавливать уже работающие контроллеры. Система водоснабжения также интегрируется с другими системами зданий: системы обеспечения безопасности, учета расхода энергоресурсов и т.д.В линейке программируемых контроллеров «Контар» для автоматизации водоснабжения (начиная с тепловых пунктов) рекомендуются следующие приборы:- Программируемые контроллеры - MС8, MС12,
- Модуль расширения (модуль ввода-вывода) - MА8.
Алгоритмы и характеристики контроллеров для автоматизации водоснабжения
Для тепловых пунктов МЗТА предлагает библиотеку алгоритмов. Если в ней отсутствуют подходящие алгоритмы, то их можно разработать самостоятельно. Разработка алгоритмов осуществляется в специальной среде КОНГРАФ, а затем с помощью программного инструмента КОНСОЛЬ загружаются в программируемый контроллер. ТИПОВЫЕ ПРОЕКТЫ автоматизации тепловых пунктов Типовой контур управления тепловым пунктом на базе программируемого контроллера обычно включает в себя следующие функциональные элементы управления:- датчики: температуры, давления, несанкционированного доступа (опционально);
- органы управления для подачи команд в ручном режиме;
- средства визуализации режимов работы объекта;
- исполнительные устройства:
- маломощные (приводы клапанов);
- мощные (насосы).
- функциональных элементов управления, применяемых в техническом решении;
- особенностей объекта отопления:
- отапливаемой площади,
- этажности,
- пространственной конфигурации расположения трубопроводов и радиаторов в системе отопления объекта;
- наличия специальных зон с особыми тепловыми режимами.
Таблица 1 Выходы программируемых контроллеров для управления исполнительными устройствами
| Программируемый контроллер | Тип выхода | Кол-во | Гальваническая развязка с цепями контроллера | Предельные нагрузочные характеристики |
|---|---|---|---|---|
| MC8 | Дискретный, «Электронный ключ» (открытый коллектор – МС8-301) | 8 | Нет | 48В, 0,15 А (пост. ток) |
| Дискретный, «Электронный ключ» (оптронный симистор - МС8-302) | 8 | Есть | 48В, 0,8 А (перем. ток) | |
Аналоговый:
| 2 | Нет | 0 А – 0,02 А 0 В – 10 В |
|
| 1 | Есть | |||
| MC12 | «Сухой контакт» (реле) | 8 | Есть | До 250 А перем. токаДо 3 А перем. тока |
Аналоговый:
| 4 | Нет | 0 А – 0,02 А 0 В – 10 В |
|
| Порт RS485 (протокол Modbus RTU) | 1 | Есть | ||
| MA8 | «Электронный ключ» (оптронный симистор) | 2 | Есть | 36В, 0,1 А (перем. ток) |
Аналоговый:
| 2 | Нет | 0 А – 0,02 А 0 В – 10 В |
Все выходы программируемых контроллеров оснащены встроенными искрогасящими цепочками. Это снижает риски выхода из строя выходных цепей контроллеров, а также уменьшает наведенные помехи в контроллере, если в подключенной цепи с реактивной нагрузкой искрогасящие цепочки отсутствуют, например, в цепи обмотки реле. Дополнительные компоненты искрогасящих цепей, предназначенных для установки на подключаемой нагрузке, входят в комплект укладки поставляемых программируемых контроллеров «Контар». В зависимости от особенностей конкретного решения, управляющие сигналы на исполнительные устройства могут подаваться через:
- аналоговый выход 0 В – 10 В;
- дискретный выход:
- подключаемый напрямую к исполнительному устройству;
- подключаемый к силовому ключу, который в свою очередь управляет силовым устройством;
- порт RS485, подключенный к исполнительному устройству по протоколу Modbus RTU.
- заданное в планировщике реального времени (встроен в программируемый контроллер),
- сигналы ручного управления (встроенные или подключаемые тумблеры, кнопки),
- сигналы датчика логические (датчик присутствия, температуры),
- сигналы датчика аналоговые (температуры, давления),
- команда от диспетчерского пункта,
- команда от Master-контроллера.
Таблица 2. Порты и входы программируемых контроллеров для решения задач управления тепловым пунктом
| Порты / Входы | Программируемый контроллер | ||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MC8 | МС12 | MА8 | |||||||||||||||||
| Порт RS232 (для связи с верхним уровнем) / количество портов | +/1 | + | - | ||||||||||||||||
| USB (для связи с верхним уровнем) / количество портов | +/1 | +/1 | - | ||||||||||||||||
| Порт RS485 / количество портов / наличие гальванической развязки с цепями контроллера | +/2 /есть | +/2 /есть | +/1 /есть | ||||||||||||||||
| Предельное максимальное значение измеряемого параметра на универсальном аналоговом входе для: | |||||||||||||||||||
| до 50 мА
| до 50 мА
| -
| до 10В
| до 10В
| до 2,5 В
| 50 Ом ÷ 10 кОм; /8
| 50 Ом ÷ 10 кОм; /8
| 50 Ом ÷ 10 кОм; /8
| Дискретный вход (оптоэлектронная пара)/ количество входов /наличие гальванической развязки с цепями контроллера
| +/4 /есть
| +/4 /есть
| +/4 /есть
|
*Ручной переключатель (Кнопка)
| +/4
| +/4
| -
|
|
||
* При комплектации контроллера встроенной (MD8.102) или подключении выносной (MD8.3 панели управления.Дискретные входы программируемых контроллеров и модулей расширения рассчитаны на подключение к ним датчиков с дискретными выходами в виде ключа (реле, открытый коллектор, оптронный симистор и т.п.). Такое решение позволяет упростить согласование входов программаторов с большинством типов датчиков, которые передают информацию об измеряемом параметре в дискретной форме. Дискретные входы гальванически отделены от цепей контроллеров/модулей расширения. Измерительная функция, заложенная в программируемые контроллеры MC8/MC12 и модули расширения MA8, позволяет измерять аналоговый сигнал в зависимости от типа датчика/сигнала:
Для корректного подключения датчика к аналоговому входу программируемого контроллера или модуля расширения на каждом входе предусмотрен конфигуратор в виде контактной группы, на которую устанавливаются перемычки. Располагается конфигуратор под крышкой корпуса прибора. Места и количество устанавливаемых перемычек определяются типом датчика и его электрическими характеристиками. Перемычки входят в комплект поставки.
Организация системы автоматизации водоснабжения
В зависимости от масштаба задачи автоматизации управления тепловым пунктом может быть реализовано:- Локальное управление тепловым пунктом в конфигурациях:
- Автономный контроллер (на базе MC8 или МС12).
- Сеть контроллеров: Master (MC8 или МС12) - Slave (МС12; MC8, MА8).
- Локальная или удаленная диспетчеризация управление освещением в конфигурациях:
- Одиночный контроллер (MC8 или МС12)
- Сеть контроллеров: Master (MC8 или МС12) - Slave (МС12; MC8, MА8)
- MD8.102 – встроенная, устанавливается на корпус программируемого контроллера MC8/MC12.
- MD8.3 – выносная, обычно устанавливается на дверцу шкафа автоматики
Наиболее удобная организация локального управления системами отопления и ГВС может быть реализована на базе внешнего пульта оператора. Для установки рекомендуются внешние пульты WEINTEK.
Если корректировки в алгоритмы вносятся редко, а обслуживающие специалисты малочисленны, то от применения внешних панелей управления вполне можно отказаться. Их роль может выполнить носимый ноутбук, планшет или смартфон, подключенный к контроллеру непосредственно на месте расположения теплового пункта через точку доступа или по проводному интерфейсу (USB, Ethernet, RS232). Для обеспечения такой возможности имеются специальные субмодули.Диспетчеризация, или удаленный доступ к объекту, может быть организована как на базе проводных решений (Ehternet, Internet), так и на базе беспроводных технологий радиосвязи, например, через GSM-модем.Программируемые контроллеры MC8/MC12 в соответствии с заданным списком критических параметров и событий передают соответствующие данные в систему диспетчеризации и/или хранят их в своей внутренней памяти.Наиболее известны следующие виды систем водоснабжения.
1. Хозяйственно-питьевое водоснабжение (ГВС и ХВС) . Назначением хозяйственно-питьевого водоснабжения является удовлетворение бытовых потребностей людей, а также санитарно-гигиенических нужд. Отличительной особенностью питьевого водоснабжения от производственного является подача воды, свободной от вредных химических примесей и болезнетворных бактерий. Бывает двух видов: горячее и холодное.
Хозяйственно-питьевое является наиболее сложной из систем водоснабжения с точки зрения автоматизации. Максимально возможная экономия ресурсов осуществляется за счет управлением системой горячего водоснабжения.
В наиболее простом случае, система горячего водоснабжения состоит из водонагревательной установки и трубопроводов для передачи горячей воды к водоразборным приборам.
Системы горячего хозяйственного водоснабжения классифицируют по нескольким признакам.
По способу подачи воды на горячее водоснабжение различают:
- Закрытые системы. Вода из тепловых сетей используют только в качестве энергоносителя. Подача воды на горячее водоснабжение осуществляется через водо-водяные теплообменники.
- Открытые системы. Вода из тепловой сети используется для приготовления и подачи воды в систему горячего водоснабжения (например, смешивается).
По способу подогрева воды системы ГВС бывают:
- Централизованные. Одна водонагревательная установка обслуживает как минимум одно здание, и более зданий в пределах одного квартала (микрорайона) или поселка. Такие системы установлены в большинстве многоквартирных домов. Ввод горячей воды в дом и ее распределение происходит в ИТП.
- Децентрализованные. Приготовление горячей воды происходит вблизи водоразборных приборов (например, поквартирно или непосредственно в санузлах) и осуществляется небольшими генераторами тепла: газовыми нагревателями, электрическими тэнами и т. п.
По способу поддержания температуры (обеспечение комфорта пользователя) системы ГВС могут быть:
- Бесциркуляционными, которые состоят только из подающих трубопроводов. Основной недостаток таких систем - остывание воды в трубопроводах при перерывах в потреблении. Открывая кран, например, утром, потребитель получает воду с пониженной температурой и начинает сливать эту воду в канализацию до того, как вода в кране прогреется. Системы без циркуляции являются наиболее простыми по устройству и дешевыми по первоначальной стоимости.
- Циркуляционные системы. В таких системах, находящаяся в трубах горячая вода непрерывно циркулирует, проходя через котел или теплообменник. В системах с поверхностными подогревателями циркуляция, как правило, обеспечивается центробежными насосами. В отдельных случаях циркуляция воды в системах горячего водоснабжения может обеспечиваться действием гравитационных сил.
2. Противопожарный водопровод . Создаётся в рамках системы пожарной безопасности, его предназначение - подача воды в систему водяного пожаротушения и наружные гидранты.
3. Производственное водоснабжение . Создаётся для подачи воды, используемой в технологических процессах.
4. Поливочное водоснабжение . Применяется для полива клумб и зеленых насаждений, а также для мойки территории двора, тротуаров, оборудования и полов.
Практически для всех видов водоснабжения, наружный водопровод доставляет воду по магистралям из распределительной сети города, а внутренний - поставляет воду по всему зданию (объекту), границей между ними является водосчетчик.
Системы канализации бывают:
Внутренняя канализация . Её задача - отвод сточных вод, образование которых происходит во время выполнения хозяйственно-бытовых работ или в результате санитарно-гигиенической деятельности человека.
Ливневая канализация . Применяется для отвода атмосферных осадков.
Автономная канализация . Предназначена для очистки сточных вод «на месте» для дальнейшего сброса их в водоемы хозяйственного назначения или грунт.
Автоматизация горячего водоснабжения
Как было упомянуто, горячее водоснабжение может быть централизованным и местным.
В местных системах горячего водоснабжения подогрев воды осуществляют локально, в газовых водонагревателях или колонках, с учетом того, что каждый нагреватель имеет собственную систему автоматики, разрабатывать интегрированную систему автоматизации нет смысла, достаточно обеспечить хорошую теплоизоляцию трубопроводов и вывести (при необходимости) данные о работе установки на пульт управления зданием.
Иногда целесообразно осуществлять управление электрическим котлом, в зависимости от присутствия людей в здании (показания датчиков движения или СКУД).
В системах централизованного отопления или водоснабжения, автоматизации подлежит все технологическое оборудование: циркуляционные насосы, клапаны и вентили трубопроводов, оборудование теплообменников и радиаторов, подогреватели и т.п. Проект автоматизации ГВС разрабатывается совместно с проектом автоматизации ИТП .
Основная цель автоматизации систем ГВС - поддержание в системе заданного давления и температуры, кроме того автоматизация систем горячего водоснабжения выполняет следующие задачи:
- Повышения надежности теплоснабжения и горячего водоснабжения потребителей;
- Уменьшение зависимости от «человеческого фактора», возможность эксплуатации без постоянного присутствия оперативного персонала
- Оптимизации отпуска и потребления тепла, снижения коммунальных расходов;
- Снижения затрат электрической энергии в насосных установках;
- Увеличения ресурса работы и облегчение эксплуатации технологического оборудования;
- Контроля состояния технологического оборудования и технологических параметров;
- Оперативной передачи предупредительной и аварийной информации на диспетчерский пункт.
Автоматизация холодного водоснабжения
Автоматизация систем холодного водоснабжения предназначена для поддерживания постоянного давления в системе, не зависящего от давления на входе и расхода воды. К щитам автоматики подключают такое оборудование как реле давления, контроллеры сухого хода, манометры, пусковые и защитные автоматы насосов, блоки питания, поплавковые выключатели и т.п.
В результате автоматизации, в системах ХВС удается снизить расход воды, повысить ресурс работы оборудования и уменьшить эксплуатационные расходы, снизить затраты на электроэнергию, а также уменьшить возможность возникновения аварийных ситуаций.
Автоматизация систем водоотведения (канализации)
Автоматизация системы водоотведения предполагает контроль выполнения относительно небольшого количества процессов, связанных с контролем работы за насосами, и заполнения дренажных приямков. В большинстве случаев, алгоритм работы системы универсален - при заполнении приямка, включить насос, при отсутствии воды в приямке, выключить насос. Дополнительно на пост диспетчера передается информация о работоспособности оборудования. Основные задачи системы автоматизации канализации:
Подходы к построению автоматизированной системы
В основу разработки автоматизированных систем (АС) положены следующие принципы:
- Принцип развития - возможность масштабирования и обновления. АС создается с учетом возможности постоянного совершенствования ее функций и возможности расширения;
- Принцип совместимости - обеспечение взаимодействия различных АС, в едином процессе при их совместном функционировании (для объектов жилищно-коммунального строительства этот принцип обеспечивает система интеллектуального здания);
- Принцип стандартизации и унификации предполагает, по возможности, применение типовых, унифицированных и стандартизированных схем и элементов функционирования АС;
- Принцип эффективности заключается в достижении рационального соотношения между затратами на создание АС и экономическим эффектом, получаемым при ее функционировании.
Хозяйственно Разработка автоматизированной системы управления водоснабжения и водоотведения один из основных разделов проектной документации. Для современных систем водоснабжения, указанные принципы должны соблюдаться в максимальном объеме, системы водоотведения существенно проще, поэтому часто при их разработке не учитывается принцип развития.
Проектирование систем автоматизации водоснабжения и водоотведения
Технология системы водоснабжения разделяет два этапа обработки воды - В технологическом процессе водоснабжения можно выделить два подпроцесса — подъем и подготовку воды, распределение и подачу. Исходя из этого, автоматизация водоснабжения заключается в:
- Автоматизации управлением насосными станциями подъема и водоочисткой (фильтры, расход, распределение по стоякам и др.);
- Автоматизация подачи и распределения воды в частях здания.
Целью управления при функционировании АСУ ТП водоснабжения является обеспечение гарантированного и комфортного водоснабжения потребителей с минимальными эксплуатационными затратами.
Профессионально выполненный проект систем автоматизации водоснабжения и канализация позволяет заказчику контролировать выполнение работ на каждом этапе, от монтажа до пуско-наладки и сдачи в эксплуатацию.
ХВС и ГВС являются сложными системами жизнеобеспечения, разработка которых включает в себя гидравлические расчеты, составления аксонометрических схем, выбора расположения и мощности насосного и водонагревательного оборудования, разработка алгоритмов взаимодействия элементов систем и управления ими.
Автоматизацию системы ВиК можно условно декомпозировать на три крупные подсистемы - хозяйственного питьевого водоснабжения, водомерного узла и системы дренажных приямков. Систему канализации
В проекте автоматизации предусматривают оборудование контроля работоспособности основного и резервного насосов, возможности отключения оборудования по сигналу от противопожарных систем, контроль параметров систем, описывают алгоритмы работы для рабочих режимов. Проект разрабатывается с учетом проекта ИТП.
Типовой проект может содержать:
Экономический эффект от внедрения системы автоматизации
Экономический эффект за счет разработки систем автоматизации водоснабжения и канализации обуславливается, в основном экономией энергии на подогрев, оперативного определения мест тепловых потерь, диагностирования проблем при водоотводе. Основные факторы экономии:
- Снижение расхода электроэнергии на подъем и транспортирование воды, подачу воздуха на очистных сооружениях и др.;
- Снижение расходов на ремонт и техническое обслуживание оборудования;
- Снижение стоимости аварийно-восстановительных работ вследствие быстрого обнаружения и сокращения числа аварий;
- Уменьшение количества обслуживающего персонала.
Затраты на внедрение и эксплуатацию
Как свидетельствует практика, с внедрением автоматизации систем водоснабжения общепроизводственные расходы возрастают с 11 до 15 % за счет закупки и обслуживания на объекте нового оборудования.
Наряду с этим, расходы на ресурсы (электричество, отопление и т.д.) уменьшаются на 4%, сокращаются расходы на ремонт - с 25 до 10 % и на эксплуатацию объекта - с 50 до 20 %.
Стоимость одного кубометра воды по отношению к периоду до внедрения автоматики снижается на 45 %.
Любой владелец загородного дома или дачи мечтает об обустройстве независимого водоснабжения от скважины или колодца особенно, если поблизости не проходят сети централизованного водоснабжения. Главным элементом такой автономной системы является насос. Однако чтобы получить бесперебойную работу оборудования и оптимальный расход электричества, необходимо устанавливать целые насосные станции с автоматическими контролирующими системами или приобретать обычный агрегат и докупать оборудование, которое будет выполнять автоматическое управление водяным насосом. В нашей статье мы расскажем, что собой представляет эта автоматика, и как её правильно подобрать.
Автоматика для скважины состоит из следующих элементов:
- Распределяющее коллекторное устройство. С помощью него удаётся добиться подачи воды в нужные точки водозабора в доме и на участке.
- Реле, регулирующее работу запуска и остановки насосного оборудования. Оно позволяет оптимизировать давление в системе. Как правило, реле продаются с настройками производителя, но при необходимости их можно перенастроить под параметры насоса и системы.
- Манометр для измерения рабочего давления.
- Датчик сухого хода.
Автоматика для насосной станции должна быть дополнена следующими узлами:
- Блок для регулировки мощности насосного оборудования. С его помощью можно поддерживать оптимальные условия работы.
- Защитная система, состоящая из трёх узлов – датчика работы «на сухую», защиты от перегрева и датчика разрыва напорной магистрали.
Преимущества и недостатки автоматики
Среди плюсов блоков автоматического управления насосным оборудованием можно перечислить следующее:
- Такие устройства рассчитаны на работу с определёнными типами насосного оборудования, поэтому вам не составит труда подобрать нужное изделие, совместимое с вашим насосом.
- Поскольку агрегат полностью готов к работе, вам не нужно самостоятельно подыскивать нужные узлы, комплектовать их в один блок и координировать работу.
- Благодаря автоматике обеспечивается плавный и безопасный запуск насоса, его мощность настраивается под работу в установленном режиме. Вы можете не наблюдать за работой системы, за вас всё выполнит автоматика.
Однако у таких устройств есть и свои минусы, среди которых стоит отметить следующие:
- При покупке по отдельности вы можете подобрать оптимальное оборудование для конкретной насосной станции или насоса.
- Блок автоматики обычно используется в комплексе с гидроаккумулятором, которой вам придётся купить отдельно.
- При использовании в скважине вибрационного насоса требуется соблюдать определённое входное давление (0,3 атм.), а автоматика рассчитана на другие показатели. Всё дело в том, что вибрационное насосное оборудование не предназначено для работы в условиях большой разницы давлений.
Схемы автоматики
Как правило, используются две схемы автоматического контроля:
- Первая схема позволяет выполнять контроль по уровню . Этот вариант подходит в том случае, если вода качается в ёмкость или водонапорную башню. Для транспортировки жидкости к точкам водопотребления используются насосные агрегаты второго подъёма. Автоматизированная система запускает реле, которое контролирует уровень. Когда жидкость опускается до установленного нижнего предела уровня, насосное оборудование запускается. В тот момент, когда вода достигает верхнего установленного уровня, насос отключается. Для контроля используются поплавковые выключатели. Для защиты от перелива применяется устройство аварийного слива. По такой схеме можно подключить к системе водоснабжения многоквартирные дома или посёлки. Это надёжная и безопасная система, гарантирующая стабильную работу всего оборудования. Но её использование для водоснабжения одного частного дома нецелесообразно.
- Вторая схема основана на контроле по давлению . Главный элемент в этом варианте – реле давления. Для осуществления контроля на агрегате устанавливаются параметры предельного верхнего и нижнего давления для запуска и остановки насосного оборудования. Такая схема подходит для систем водоснабжения, которые работают с использованием гидроаккумулятора. Эти мембранные баки позволяют поддерживать оптимальное давление в системе водоснабжения и компенсируют гидроудары.
Вторая схема подходит для обустройства автономной подачи воды в частный дом с гидроаккумулятором. Как правило, предельные показатели давления на реле устанавливаются в диапазоне базовых рабочих характеристик насосного оборудования. Для регулировки используют гайки на большой и малой пружине, которые находятся под крышкой на реле. Как производить настройку этого агрегата, мы рассматривали в наших других статьях.
Выбор реле
Если для водоснабжения своего дома вы выбрали схему контроля давления, то с особой тщательностью стоит подойти к выбору реле. Они делятся на промышленные и бытовые. Их классификация основана на технических характеристиках прибора, его сложности и точности.
Если для блока автоматики вы решили выбрать промышленное реле, то вам могут подойти модели марки Condor модификация FF4 или модель марки Danfoss модификация KPI. Это более дорогие и точные агрегаты со значительным рабочим ресурсом. Они подключаются через внешний пускатель. В сравнении с бытовыми моделями это более надёжные механизмы.
При выборе для блока автоматики бытовых реле вам стоит обратить внимание на модели марки R Condor модификация MDR или прибор марки Telemecanique модель XMP. Эти изделия не отличаются такой высокой точностью, как промышленные, но стоят гораздо дешевле.
Автоматика защиты от работы «на сухую»
Иногда возникает ситуация, когда насосное оборудование вместо воды втягивает воздух. Такая работа называется сухим ходом. Она может привести к поломке прибора из-за выхода из строя электродвигателя. Ситуация с работой «на сухую» может возникнуть в таких случаях:
- Если при монтаже погружных насосов динамический уровень воды в скважине или колодце определён неверно.
- В случае засорения входного патрубка на приборе вода не может всасываться в нужном объёме.
- Когда в системе используется поверхностный насосный агрегат, может нарушиться герметичность подающего трубопровода.
- При использовании глубинного насоса такая ситуация может возникнуть из-за значительного уменьшения количества воды или её отсутствия.
Важно: причиной работы «на сухую» в любом случае является нехватка воды. Для решения проблемы нужно правильно выбрать модель погружных и поверхностных насосов, исходя из их производительности. Кроме этого необходимо использовать защитный блок автоматики.
В качестве предохранителей в таком защитном блоке могут использоваться следующие изделия:
- поплавковый механизм;
- реле давления, дополненное защитой от работы «на сухую»;
- пресс-контроль.
Разновидности поплавковых механизмов
Поплавковый выключатель – это наиболее простой механизм защиты от работы «на сухую». Эти устройства используют, если подача жидкости осуществляется из накопительных баков или колодцев. Существуют разные поплавковые блоки защиты, но не все они подходят для насосного оборудования. Для данных агрегатов не подходят поплавковые механизмы, которые рассчитаны на защиту от перелива. Поэтому при выборе стоит учитывать назначение той или иной модели.
Поплавковый защитный блок имеет контакты, которые размыкаются при понижении уровня воды. Агрегат монтируют таким образом, чтобы при срабатывании механизма и отключении насосного оборудования в колодце или накопительном резервуаре ещё оставалось какое-то количество воды. Это позволит предотвратить перегрев электромотора насосного агрегата.
Реле давления с защитой от работы «на сухую»
Эта автоматика для скважинных насосов очень напоминает обычное реле давления, но только дополненное защитной функцией, которая позволяет размыкать контакты при снижении давления ниже установленных показателей. Обычно такое реле продаётся с заводскими настройками, которые нельзя изменить. Как правило, автоматическое отключение насосного оборудования происходит в тот момент, когда давление воды достигает отметки 0,4-0,6 атм. Обычно при таком давлении воды в насосном оборудовании уже не будет.
Стоит отметить, что такой блок автоматики не работает на включение насосной станции, так что запуск агрегата после появления воды владельцу придётся выполнять вручную. Причём система сможет снова функционировать только в том случае, если причина работы «на сухую» устранена. Обычно такие защитные устройства приобретаются для погружных насосов, но они могут работать и с поверхностными агрегатами.
Пресс-контроль
Второе название этого оборудования – реле потока. Это автоматическая система, которая позволяет регулировать работу электронасоса. Такой блок автоматики позволяет выполнять запуск насосного оборудования в момент открывания крана в доме. Как только кран закрывают, реле потока отключает насосный агрегат. Отключение происходит не сразу, а после 15-ти секундной паузы. Это позволяет сократить частоту срабатывания агрегата.
Помимо этого пресс-контроль отключает насос при понижении давления в системе до 1,5-2,5 атм. (показатели могут быть и другими в зависимости от настроек). Данная автоматика больше подходит для поверхностного насосного оборудования, но если погружной насос запускается редко, то такой блок подойдёт и для него.
Основная задача автоматического регулирования систем горячего водоснабжения - поддержание заданной температуры воды в местах ее разбора. Это можно осуществить с помощью индивидуальных регуляторов температуры в каждом месте разбора горячей воды. Однако такое решение существенно усложняет эксплуатацию систем горячего водоснабжения и является малоэффективным. Поэтому индивидуальные регуляторы в местах разбора горячей воды устанавливаются лишь в особых случаях.
Наряду с непосредственным водоразбором системы горячего водоснабжения промышленных и гражданских зданий присоединяются к тепловым сетям также через водяные или пароводяные подогреватели.
При схеме с непосредственным водоразбором вода в систему подается из прямой и обратной линий тепловой сети в соотношениях, обеспечивающих температуру смеси 60 °С. Регулирование постоянной температуры смеси осуществляется терморегулятором, работающим в комплекте со смесительным регулирующим клапаном. Регулирующий клапан имеет два подводящих патрубка и один патрубок на выходе. К подводящим патрубкам присоединяются трубопроводы от прямой и обратной линий тепловой сети, а выходной патрубок соединен с трубопроводом систем горячего водоснабжения. При повышении температуры воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, увеличивается подача воды в систему из обратной линии тепловой сети, а при понижении - из прямой линии тепловой сети.
При автоматизации системы горячего водоснабжения, присоединенной к тепловой сети с помощью водоводяного подогревателя, регулирование температуры воды, подаваемой в систему, осуществляется регулятором прямого действия. При повышении температуры воды в системе горячего водоснабжения прикрывается клапан регулятора, уменьшая подачу горячей воды из теплосети в бойлер, а при понижении - открывается.
Системы горячего водоснабжения в зависимости от назначения объекта бывают с циркуляцией воды только при ее разборе (тупиковая система) и с циркуляцией воды при отсутствии водо-разбора или при незначительном водоразборе. При отсутствии водоразбора или при незначительном водоразборе вода в системе горячего водоснабжения может значительно охладиться. Чтобы избежать этого, устанавливают центробежный насос и монтируют циркуляционную линию трубопроводов. Датчик манометрического двухпозиционного регулятора устанавливают на циркуляционной линии. При понижении температуры воды в системе горячего водоснабжения примерно до 45 °С срабатывает двухпозиционный регулятор и включается электродвигатель центробежного насоса, начинаются принудительная циркуляция воды в системе и подогрев ее в бойлере. При достижении температуры воды в циркуляционной линии 60-65 °С регулятор срабатывает и отключает электродвигатель насоса.
Для обеспечения качественного снабжения потребителей горячей водой необходима непрерывная работа циркуляционного насоса. Если работа насосов в ночное время не предполагается, то предусматривается их автоматическое выключение. При установке аккумуляторов для выравнивания графика отпуска теплоты на горячее водоснабжение предусматривается автоматическое управление зарядкой и разрядкой этих аккумуляторов. Выбор схемы автоматического регулирования температуры воды на горячее водоснабжение определяется принятой системой теплоснабжения (закрытая или открытая).
При закрытой системе теплоснабжения, когда на вводах горячего водоснабжения устанавливают водоводяные подогреватели, широко применяется схема регулирования температуры нагреваемой воды путем изменения количества сетевой воды (рис. 7.1, а, б, в) или путем разделения потока сетевой воды трехходовым регулирующим клапаном на два: поступающий поток направляется в подогреватель, а перепускаемый - по обводной линии (рис. 7.1, г).
При таком способе регулирования обеспечивается примерно постоянный расход сетевой воды, что исключает полностью или частично гидравлическую разрегулировку тепловой сети. Однако постоянство расхода сетевой воды приводит к завышению температуры воды в обратном трубопроводе тепловой сети в период малых нагрузок горячего водоснабжения. При теплоснабжении от ТЭЦ это нежелательно, поскольку на ТЭЦ снижается выработка электроэнергии на тепловом потреблении.
Рис. 7.1.
а - параллельная; б - смешанная двухступенчатая; в - двухступенчатая последовательная; г - схема с трехходовым регулирующим клапаном;
ТС - регулятор температуры; РР - регулятор расхода; ТЕ - измеритель
температуры
При открытой системе теплоснабжения на узлах горячего водоснабжения отсутствуют водоводяные подогреватели, горячая вода к потребителю поступает непосредственно из тепловой сети. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, регулируется смешением потоков воды из подающего и обратного трубопроводов тепловой сети.
Большое распространение получили также схемы с установкой регулирующего клапана на подающем трубопроводе и обратного клапана на обратном трубопроводе (рис. 7.2, а) и с применением трехпроводного клапана смешения (рис. 7.2, б).
Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения
В основные функции автоматических устройств насосных станций как основного объекта автоматизации систем ВиВ могут быть включены функции:
Формирования и передачи импульсов на пуск и останов агрегатов;
Формирования временной программы пуска и останова агрегатов;
Создания и поддержания необходимого разрежения во всасывающем трубопроводе и насосе, если он не находится под заливом, перед пуском и во время работы;
Включения и отключения насосов в определенной последовательности;
Регулирования напора и производительности насосных агрегатов;
Защита агрегатов от ненормальных режимов и повреждений;
Контроль и сигнализация о режимах и состоянии агрегатов с отображением их на диспетчерских щитах;
Резервирования насосных станций.
На рисунке 21 отражена общая схема автоматизации насосной станции. Для ее реализации необходимо использовать как автоматическое управление отдельными агрегатами, так и регулирование процессов, происходящих на станции. Управление двигателями насосов может быть простейшим на основе релейно-контакторных схем (рисунок 22) и сложным на основе микропроцессорных схем – это зависит от задач, которые ставятся перед системой управления насосами. В настоящее время для электроприводов насосов рекомендуется использовать систему управления «частотный преобразователь-двигатель», основное преимущество которой заключается в энергосбережении при высоких технических характеристиках частотного электропривода.
Рисунок 21 – Общая схема автоматизации насосной станции
На рисунке 22 приведены следующие обозначения: QF – автоматический выключатель; М – двигатель; КК1 и КК2 – тепловые реле; КМ – магнитный пускатель; SB1 и SB2 – кнопки «СТОП» и «ПУСК».
Для пуска трехфазного асинхронного двигателя нажимают кнопку «ПУСК». В результате запитывается катушка магнитного пускателя КМ по цепи: фаза – кнопки «СТОП» и «ПУСК» – замкнутые контакты реле КК1 и КК2 – катушка КМ – «ноль (земля)». В силовой цепи замыкаются линейные контакты КМ.1, а в цепи кнопки «ПУСК» – блок-контакт магнитного пускателя КМ.2. Через контакт КМ.2 катушка КМ становится на самоподпитку, поэтому кнопку «ПУСК», которая выполнена с самовозвратом, можно отпустить. Двигатель запускается. Для отключения М надо разорвать цепь самоподпитки путем нажатия на кнопку «СТОП» или разрыва одного из контактов тепловых реле КК1 или КК2.
Рисунок 22 – Релейно-контакторная схема управления и защиты асинхронного двигателя
В системах управления двигателями насосов множество устройств под общим названием «пускорегулирующие и контролирующие аппараты»: КМ – магнитный пускатель и контактор; КL – промежуточное реле; KH – указательное реле; КТ – реле времени; КК – тепловое реле; КА – реле тока; KV – реле напряжения; резисторы R и потенциометры RP, станции и ключи управления SA. На смену контактным устройствам в управлении приходят бесконтактные и микропроцессорные, имеющие гораздо большие возможности. Рассмотрим схему управления двигателем насоса в функции регулирования уровня воды в резервуаре в релейно-контакторном исполнении (рисунок 23).
На рисунке 23 приведены обозначения: Э 0 , Э 1 , Э 2 , Э 3 – электродный датчик уровня воды в резервуаре, где Э 0 – базовый электрод; РА – реле, регистрирующее аварию на объекте; РУ – реле уровня; РПУ – реле переливного уровня; СР – контакт срабатывания токовых защит двигателя М; ЭП – контакт электродного датчика уровня в приямке насосной станции; Т – трансформатор питания оперативных цепей управления защитой и автоматикой двигателя; h max и h min – максимальный и минимальный допустимый уровень воды в резервуаре.
Станция управления SA позволяет схеме работать в ручном «Р» и автоматическом «А» режиме. Для включения двигателя насоса в ручном режиме надо нажать на кнопку S2 (ПУСК), а в автоматическом – перевести SA в положение «А». Катушка КМ запитывается и двигатель М запускается через линейные контакты пускателя КМ.
Рисунок 23 – Схема управления трехфазным двигателем насоса в функции уровня воды в резервуаре в релейно-контакторном исполнении
Уровень воды в резервуаре начинает повышаться. При достижении уровня h max срабатывает реле РУ и размыкает свои контакты в цепи питания КМ в автоматическом режиме, а в ручном эту операцию выполняет оператор,нажимая на кнопку S1 «СТОП». Если РУ отказало в автоматическом режиме или оператор не сработал, то уровень воды достигает переливного уровня. Тогда срабатывает реле РПУ от электрода Э 3 и замыкает свои контакты в цепи реле РА, которое разрывает свои контакты в цепи питания КМ. Пускатель КМ обесточивается, а двигатель насоса отключается от питающей сети и останавливается. Остановка двигателя наблюдается при появлении воды в приямке насосной, а также от срабатывания токовых (замыкается контакт СР) или тепловых (размыкаются контакты КК1, КК2) защит двигателя.
В автоматическом режиме при возврате в исходное положение контактов КК1 и КК2 понижение уровня воды до h min вызовет включение двигателя насоса. Уровень воды вновь начинает повышаться. Все повторяется вновь.
При управлении насосами может оказаться важным последовательность включения насосов. Покажем это на примере бесконтактного управления двумя насосами в функции уровня воды в резервуаре (рисунок 24 и 25). В таблице 1 приведены логические элементы логики «Т» и их функции, которые использованы в бесконтактном управлении насосами.
Таблица 1 – Логические элементы
1. « НЕ»Продолжение таблицы 1
5. «ИЛИ – НЕ»
|
| |
согласования
На рисунке 24 и 25 изображены схема управления двумя насосами и резервуар с водой. Единичный сигнал от датчиков Э1, Э2, Э3 электродного датчика уровня поступит в схему управления насосами только тогда, когда уровень воды в резервуаре достигнет уровня электродов соответственно Э1, Э2, Э3.
В начальном положении схемы тумблеры «1 ИЛИ» и «2 ИЛИ» и «CC» используются для ручного управления насосами. Рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме при условии, что вода находится на уровне электрода Э2.
При снижении уровня воды и полном оголении электрода Э2 должен включиться рабочий насос 1. Если уровень воды продолжает снижаться и оголится электрод Э3, то должен включиться дополнительно резервный насос 2, в результате чего появится звуковой сигнал «ЗВ». Для снятия звукового сигнала необходимо включить тумблер снятия сигнала (СС). При работе насосов наблюдается повышение уровня воды в резервуаре до тех пор, пока уровень воды не достигнет электрода Э1. Тогда оба насоса должны быть отключены схемой управления.
Рисунок 24 – Бесконтактное управление логикой включения насосов
Рисунок 25 – Схема управления двумя насосами в функции уровня воды в резервуаре
При автоматизации насоса на напорном трубопроводе устанавливают задвижку с электроприводом переменного или постоянного тока и реверсивным магнитным пускателем. Для определения момента полного открытия или закрытия задвижки устанавливают концевые выключатели.
Открытие напорной задвижки происходит после получения импульса на включение насоса при замыкании контактов реле контроля заливки насоса. Практика показала, что при ранее стандартной схеме пуска насоса, а затем открытия задвижки существует возможность заклинивания задвижки. Поэтому в настоящее время принята следующая последовательность: пуск насоса производится только тогда, когда задвижка откроется на 3…5% полного открытия. Это выполняется с помощью концевых выключателей. Рассмотрим схему управления задвижкой на основе фрагмента полной схемы управления задвижкой (рисунок 26).
Рисунок 26 – Фрагмент схемы управления задвижкой
На рисунке 26: РП и РО – контакты реле пуска и реле отключения; КОЗ и КЗЗ – соответственно пускатели и контакты открытия и закрытия задвижки; КВО и КВЗ – концевые выключатели положения «открыто» и «закрыто» для задвижки; SO и S1 – кнопки открыть и закрыть задвижку.
Управление задвижкой может быть ручным «Р» и автоматическим «А». При установке SA в положение «А» реле РП замыкает свой контакт в цепи катушки КОЗ, заставляя пускатель сработать на открытие задвижки. Одновременно с помощью контакта КОЗ блокируется цепь питания катушки КЗЗ. Это позволяет блокировать работу пускателя на закрытие задвижки при работе схемы управления на ее открытие. Электропривод задвижки открывается полностью, заставляя сработать концевой выключатель КВО, который разрывает цепь питания КОЗ. Это приводит к замыканию контакта КОЗ в цепи пускателя КЗЗ, подготавливая схему управления на закрытие задвижки.
При получении импульса на закрытие задвижки замыкается контакт РО в цепи пускателя КЗЗ. Пускатель срабатывает, блокирует цепь питания пускателя КОЗ открывшимся контактом КЗЗ и закрывает задвижку полностью. В результате срабатывает концевой выключатель КВЗ, рвет цепь питания пускателя КЗЗ и подготавливает схему управления задвижкой к ее открытию.
Ручное управление задвижки отличается от автоматического тем, что сигналы на открытие и закрытие задвижки организуются нажатием кнопок SO и S1.
Современная защита и автоматика агрегатов насосных станций базируется на микроэлектронной или микропроцессорной технике. Для двигателей насосов предлагаются комплексы фазочувствительной комбинированной защиты типа ФУКЗ-М (Латвия), микропроцессорные терминалы РКЗ-М и ЭКТ (г. Красноярск), МКЗиД (г. Новосибирск), SPAC-02 (концерн АВВ) и другие. Комплексы позволяют не только защитить агрегаты, но и выполнить мониторинг сети, состояния оборудования, совместить комбинированное управление с защитами, включая технологические, и мониторингом различных параметров объекта.
