Система автоматизации насосной станции

Рассмотрим систему автоматизации насосной станции, пред­назначенной для тепло- и водоснабжения жилых зданий. Функциональная схема насосной станции показана на рисунке.

Насосная станция работает следующим образом. Холодная вода с филь­трующей станции предварительно нагревается в теплообменнике 1 и поступает на насосную станцию. С выхода насосной станции вода по­ступает в теплообменник 2, где окончательно нагревается, после чего идет дальше на нужды тепло- и водоснабжения жилых зданий.

Поддержание постоянства давления при изменяющемся рас­ходе на станции горячей воды осуществляется байпасным спосо­бом. Информация о текущем значении давления в напорной части водопровода поступает с датчика давления Р1, расположенного на выходе насосной станции. На насосной станции находятся три центробежных насоса H1… Н3. Приводными двигателями насосов яв­ляются двигатели Ml … МЗ. Со стороны всасывающего и нагнетающего патрубков насосов, а также на байпасной трубе расположены задвижки В1… В7. Задвижки В1…В4, приводятся в движение от двигателей М4…М7. Задвижки В5… В7 являются ручными. В напорной части водопровода находятся невозвратно-запорные клапаны X1 …Х3.

Система управления насосной станции работает в автомати­ческом и ручном режимах. Переключение режимов осуществляет­ся с пульта управления. В автоматическом режиме регулирование давления осущест­вляется промышленным контроллером PLC. Текущее значение давления в напор­ной части водопровода поступает от датчика давления Р1. В соот­ветствии с поступившим значением давления промышленный контроллер дает за­дание на преобразователь частоты UZ и подключает его к одному из трех насосов. Одновременно могут работать два насоса, один из насосов находится в резерве (он выбирается на пульте управле­ния). ПЛК управляет всей электроавтоматикой, открывает и закрывает необходимые задвижки. В режиме пуска системы промышленный кон­троллер проверяет наличие давления во всасывающей части водо­провода посредством датчика давления Р2.

В ручном режиме станция управляется с поста оператора РО, куда поступает информация о режиме работы станции, об аварии в системе, о работающих насосах и состоянии задвижек (откры­тое или закрытое).

В системе управления применяют программируемый контроллер со следующими модулями:

• источник питания;
• процессорный модуль со встроенными дискретными входами;
• модуль аналогового ввода для ввода сигналов от датчиков давле­ния;
• модуль аналогового вывода для подачи сигнала на вход задания частоты преобразователя частоты);
• модуль питания аналоговых ус­тройств;
• модули дискретного ввода;
• модули дискретного вывода.

В данной системе управления используются приводы и преобразователи частоты с режимом переменного момента. Мощность пре­образователя частоты 110 кВт, выходной ток 210 А, напряжение питания 380 В.

Принципиальная электрическая схема силовой части системы управления насосами изображена на рисунке.

Питание шкафа с электрооборудованием осуществляется с внешней стороны подводом к клеммам А, В, С клеммника XT1 трех фаз напряжения 380 В частотой 50 Гц, нулевого провода к клемме РЕ и заземляющего провода к клемме G. Клеммы А, В и С подключаются к силовому автоматическому выключателю QS1. Индикация наличия напряжения внутри электрошкафа осуще­ствляется с помощью лампы НL1, подключенной к одной из фаз питающего напряжения через силовой автоматический выклю­чатель QS1. Она сигнализирует обслуживающему персоналу о том, что внутренние цепи электрошкафа находятся под напря­жением.

Преобразователь частоты (ПЧ) UZ подключен к электричес­кой сети через автоматический выключатель Q1. Входной реактор L1 защищает преобразователь от коммутационных сверхтоков. Вы­ходной реактор L2 ограничивает емкостные выходные токи пре­образователя и пики напряжения на двигателе, обусловленные распределенной мощностью кабеля. Преобразователь частоты может подключаться к одному из трех электродвигателей посредством выходных клемм (X1Y1Z1, X2Y2Z2, X3Y3Z3) клеммника ХТ2 и контакторов K4…K6 соответственно. Возможно подключение электродвигателей непосредственно к сети через автоматические выключатели Q2… Q4 и посредством контакторов К1…КЗ. Выбор режима работы (ручного или автоматического) осуще­ствляется оператором насосной станции с поста оператора. Для пуска или останова системы в автоматическом режиме или выво­да СУ из аварийного режима используются кнопки «Пуск» или «Стоп». Постоянно в работе могут находиться один или два насо­са, третий насос является резервным (профилактический осмотр, плановый ремонт). Резервный насос выбирают положением пере­ключателя на посту оператора. После выбора резервного насоса в автоматическом режиме закрывается задвижка, находящаяся в на­порной части водопровода этого насоса, две другие задвижки от­крыты. В автоматическом режиме закрыта задвижка байпасной тру­бы, она открыта только при ручном регулировании. Автоматический режим показан в структурной схеме алгорит­ма.

Давление на выходе с насосной станции находится в заданных пределах P-X<Pтек<P+X (где X - допустимый диапазон изменения давления). В этом случае система управления проверяет выработал ли насос суточный моторесурс, и если да, то производит переключения между насосами.

Если давление меньше нормы Pmin < Pтек < P - X, система управления проверяет число работающих насосов. Если работает один насос, то делается проверка работы ПЧ на максимальной частоте. Если нет, то дает­ся команда на увеличение его частоты, в противном случае про­исходит переключение насоса, работающего от ПЧ, к сети, а к ПЧ подключается другой насос (до этого не работавший).

Если давление больше нормы P + X < Pтек < Pmax, система управления проверяет число работающих насосов. Если работают два насоса, то делается проверка работы ПЧ на минимальной частоте. Если нет, то дается команда на уменьшение его частоты, в противном случае проис­ходит отключение насоса, работающего от ПЧ, а к ПЧ подключа­ется насос, работающий от сети. Если давление меньше минимально допустимого Pтек < Pmin, система управления проверяет находится ли какой-либо насос в работе. Если нет, то система управления осуществляет пуск того насоса (от преобразователя часто­ты), который наработал самый маленький моторесурс. Если да, то система управления дает задание на ПЧ на повышение частоты вращения на­соса. Если в течение заданного времени давление на выходе на­сосной станции не превышает минимально допустимого, то ус­танавливается флаг «Авария» и система управления останавливает работу насос­ной станции. Если давление на выходе насосной станции больше максималь­но возможного значения Pтек > Pmax то система управления устанавливает флаг «Авария» и прекращает работу. Ручной режим является аварийным и необходим только для работы когда невозможен автоматический режим работы системы управления.