Использование станций управления скважинными насосами и подъема уровня воды — фото

Станция управления скважинным насосом

Щиты управления насосами

Чтобы получить воду для бытовых или производственных нужд, приходится постараться.

И если для работы оборудования воду можно брать прямо из водоема, то для водоснабжения населенных пунктов нередко приходится прибегать к сложному оборудованию, которое позволяет осуществлять забор воды из скважины.

А поскольку глубина забора достаточно велика (особенно если речь идет об артезианской скважине), то и оборудование для этого должно быть качественным. Чем глубже скважина, тем более мощные насосы для нее потребуются.

Структура системы водозабора

Система водозабора и транспортировки воды до конечного потребителя представляет собой сложную систему, которая состоит из фильтров, трубопроводов и другого оборудования.

Ввиду того, что транспортировка воды выполняется на довольно большие расстояния, в системе могут быть установлены две станции управления скважинным насосом, которые называются станциями 1-го и 2-го подъема. Кроме того, в комплексе со станцией 1-го подъема рекомендуется устанавливать станцию обезжелезивания.

Ее обязательно нужно ставить при заборе воды из артезианской скважины, так как именно в этой воде отмечается наибольшее количество железа.

Станция управления скважинным насосом первого подъема является первичным элементом системы водоснабжения. Если очистка не нужна, вода сразу же попадает в накопительные емкости. Но возможно это лишь в том случае, если она будет соответствовать санитарным нормам и ГОСТам. Для станций управления 1-го подъема можно выделить следующие основные принципы работы:

• Очистка не требуется в тех случаях, когда вода будет использоваться для нужд производства. В этом случае возможно даже проектирование оборотных систем водоснабжения, при которых отработанная вода вновь попадает в резервуар и используется в следующих технологических циклах.
• Мощность насосов 1-го подъема складывается из двух показателей. Первый – средний расход в системе в дни максимальной загрузки, второй – расход воды на собственные нужды насосной станции.
• Подача в накопительные емкости автоматизирована, что позволяет оптимальным образом организовать режим работы насосов. В резервуарах установлены датчики уровня: как только объем воды падает до определенного значения, автоматика включает насосы. По мере достижения нужного уровня они отключаются.
• Существует и такая схема подачи, которая предполагает ее доставку потребителям напрямую. Это становится возможным в случаях, когда скважина предназначена только для индивидуального использования. Впрочем, можно применять такую схемы и для водоснабжения небольшого населенного пункта, но тогда скважин должно быть несколько. Основные скважины предназначены для забора воды круглосуточно, они обладают самым большим количеством воды. Неосновные скважины включаются в работу только в периоды массового потребления воды.
• Станция управления скважинными насосами 1-го подъема не требует дополнительного оборудования, если количество скважин достаточно большое. И хотя реализация такой схемы требует затрат, потребители всегда будут получать нужное количество воды, в том числе в экстренных случаях.
• Скважинные насосы 1-го подъема по своему принципу действия мало чем отличаются от обычных бытовых приборов. Различия заключаются в их мощности и диаметре подводимых к скважинным насосам труб. Также для перекачки воды в больших объемах используется не один насос, а целая система из рабочих и основных насосов.
• Для сбора с большой глубины обычные бытовые насосы неприменимы – у них просто не хватит необходимой для этого мощности. Промышленные насосы представляют собой сложные электромеханические устройства, которые запитываются от трехфазной сети переменного тока. Для их установки требуется специальное оборудование и навыки.

В теории системы с одними только станциями 1-го подъема выглядят очень хорошо. Они имеют довольно простую структуру и содержат минимальное количество оборудования. Воду нужно подавать на очень большие расстояния, что требует установки дополнительных насосов.

А особенности рельефа местности вынуждают проектировщиков добавлять в систему дополнительные резервуары, водонапорные башни и другие элементы.

Чтобы нормализовать и стабилизировать процесс подачи воды потребителям используются станции управления скважинным насосом 2-го подъема.

Работы по созданию и эксплуатацию станций второго подъема можно охарактеризовать следующими отличительными чертами:

• При разработке системы станции 2-го подъема нужно учитывать много факторов. Среди них – максимальные и минимальные значения расхода воды, а также разницу между этими значениями. Если в системе используется контррезервуар, нужно принимать во внимание величину прохождения наибольшего объема воды через него. Кроме того, всегда следует учитывать форс-мажорные обстоятельства.
• Если проектируется система без водонапорной башни, она потребует наибольшее количество насосов. Однако применение напорного аккумулятора очень удобно с точки зрения работы оборудования. Если мощность превышает расход, она накапливается в запасном резервуаре.

Показатель расхода в периоды максимальной загруженности системы является основным при проектировании напорного аккумулятора. Объем его основного резервуара не должен превышать количество воды, которая потенциально может в него поступить. Причем такие схемы применяются не только для разработки систем подачи воды из артезианских скважин – они используются и при заборе воды из водохранилища.

Оборудование насосной станции

Станция управления скважинным насосом для промышленных нужд представляет собой комплекс нескольких единиц оборудования. Его можно использовать для организации системы как первого, так и второго подъема. В состав станции включен стандартный перечень оборудования:

• Насосы: рабочие и резервные. Никогда не используется один, только если это небольшая скважина для индивидуального пользования.
• Трубопроводы, запорная арматура, а также датчики и приборы для размещения в трубах;
• Обогревательные приборы. Устанавливаются, если система работает в климате с температурой ниже нуля.
• Светильники.
• Многослойные панели с негорючим утеплителем для защиты труб.
• Шкаф для персонала.
• Шкаф автоматического ввода резерва (АВР)
• Шкаф автоматического управления насосами – основной управляющий элемент системы.

Данный перечень является типовым и при необходимости может дополняться другими видами оборудования. Например, система может содержать вакуумный насос для удаления воздуха из системы, если это требуется условиями ее эксплуатации.

Управление насосами, как правило, зависит от их мощности. Большинство насосных станций работают в автоматическом режиме. И только если насос не слишком мощный, а требования к уровню воды не предъявляются очень жестко, то запуск оборудования может выполняться напрямую от сети. Это будет приводить к гидроударам, однако такой вариант системы будет самым выгодным.

Во всех остальных случаях включение и выключение насосов выполняется по сигналу от датчика уровня в резервуаре. Чтобы принимать эти сигналы и запускать насосы, не требуется сложная конструкция: нужен переключатель, способный работать в двух положениях.

Однако если пользователям нужна более совершенная станция управления скважинным насосом, то им не обойтись без контроллерного управления.

Контроллер не только организует работу в двух простейших режимах, но и позволяет записать в память более сложные алгоритмы управления работой.

Отдельно нужно сказать о таких важных элементах станции управления насосом, как частотные преобразователи. Можно устанавливать как один, так и несколько этих элементов на систему.

Частотные преобразователи контролируют давление в трубопроводах и на основании полученных данных плавно изменяют параметры работы насоса. Тем самым исключаются гидроудары в системе, так как давление в ней держится все время примерно на одном и том же уровне.

Кроме того, при использовании частотных преобразователей экономится значительное количество электроэнергии.

Суть работы частотного преобразователя заключается в регулировании запорной арматуры либо в изменении мощности насоса. Обычно используется первый вариант, так как он очень прост в реализации.

Для этого к задвижкам напорного коллектора подсоединяются электроприводы, изменяющие их положение. При повышенном давлении в системе задвижки приоткрываются, «сбрасывая» лишнюю воду, и наоборот.

Кроме того, частотный преобразователь нужен для плавного запуска насосов, чтобы избежать гидроударов и возникновения аварийных ситуаций.

Источник: http://HandyAutomation.ru/stantsiya-upravleniya-skvazhinnym-nasosom.html

Станция управления погружным насосом (шкаф управления)

В современных условиях всемирного экономического развития программы сбережения энергии, а также её рационального использования стали играть главную роль в увеличении конкурентоспособности продукции. Чем эффективнее работает устройство, тем лучше это сказывается на ваших финансах.

Станция управления погружными насосами

Если оно при этом еще и потребляет мало энергии, то польза только возрастает. Неудивительно, что такие технологии стали столь популярны в наше время.

Особенности применения

Современная технологичная насосная станция представляет собой группу насосов со специальной системой управления, которая работает в автоматическом режиме по определенному закону. Поэтому блок управления скважинным насосом обладает полным набором технологических и электрических защит.

Среди многих станций управления погружным насосом можно выделить «Каскад», который предназначен в первую очередь для ручного и автоматического управления насосным механизмом. Каскад работает как своеобразный щит, который защищает трехфазный электродвигатель насоса.

Она применяется в основном для отвода стоков, повышения давления, а также в системах водоснабжения из так называемых артезианских скважин.

Управление скважинными насосами с применением системы Каскад гарантирует безотказность работы, ведь она оснащена оригинальным набором управления и защиты установленного электродвигателя на основе специального микропроцессора. Именно он обеспечивает долговременную и безаварийную эксплуатацию асинхронного трехфазного электродвигателя.

Система водозабора со станцией Каскад гарантирует выполнение следующих функций:

1. Быстрая настройка защиты электрического двигателя.
2. Индикация и контроль аварийного состояния (так называемое, отображение кода аварии).
3. Индикация и контроль рабочего тока работающего электродвигателя (терморегулятор также контролируется).
4. Сброс аварии осуществляется в автоматическом режиме, после чего происходит повторный пуск насосного механизма с определенной выдержкой во времени.
5. Лицевой щит оснащен кнопками «пуск» и «стоп», с помощью которых есть возможность управлять станцией в ручном режиме.
6. Автоматический режим работы – дренаж или подъем воды по уровню от датчиков давления.

   Промышленная станция управления насосной группой

Защита электродвигателя насоса гарантируется в случае:

• Недопустимо низкого показателя дебета артезианских скважин (этот показатель можно увидеть на датчике сухого хода);
• Холостого хода электрического двигателя (если разорвется соединение «насосная часть – электродвигатель»);
• Обрыва одной или сразу двух фаз;
• Возникновения в электрической цепи используемого электродвигателя короткого замыкания;
• Асимметрии напряжения, которое питает механизм.

Станция «Каскад» помещена в металлический шкаф (ящик). Его дверца имеет резиновое уплотнение. Этот шкаф можно закрывать на замок, корпус имеет степень защиты IP-54.

Покупатели также все чаще стали приобретать станцию управления погружным насосом под названием Grundfos. Главным её назначением является повышение давления в созданных гидравлических системах во время водозабора, а также перекачивания воды специальным циркуляционным способом из водопроводной сети, колодцев или накопительных емкостей.

Тонкости управления глубинными насосами с применением станции Grundfos заключаются в широких возможностях использования. Её сравнительно небольшие габаритные размеры дают возможность пользователю с легкостью осуществлять монтаж станции даже в очень ограниченных по свободе пространствах.

Станция Grundfos отличается простотой в эксплуатации, а также автоматической системой управления. Что касается информации относительно режимов работы, то её можно увидеть на контрольной панели, к слову, весьма удобной для обзора.

Автоматическую работу станции Grundfos обеспечивает терморегулятор, встроенный мембранный бак, реле протока и давления. Во время водозабора включение, а также выключение насосного агрегата осуществляется автоматически.
к меню ↑

Подключение блока управления современных насосных станций

Пример подключения шкафа управления возле скважины

Схема подключения систем управления насосными агрегатами не представляет никаких сложностей даже для обычного человека. Несмотря на то, куда встраивается система (в шкаф или специальный щит), все равно стоит обращать внимание на особенности работы всей структуры.

Например, система управления Grundfos оборудована обратным клапаном, который отвечает за предотвращение возникновения, так называемого обратного тока воды. Малошумный электрический двигатель охлаждается циркуляционным циклом перекачиваемой воды, поэтому ему не нужно воздушное пространство.

Именно по этой причине насос с легкостью может функционировать в помещении с высокой влажностью, на открытом воздухе во время водозабора, а также в слабо вентилируемом пространстве.

Система Grundfos обеспечивает отличный приток воды, а система под названием «анти-циклинг» обезопасит станцию от постоянных остановок-пусков во время малого расхода воды или возникновении незначительной утечки в системе.

Так как все блоки управления насосных станций чаще всего помещаются в шкаф или щит, то терморегулятор встроен в саму систему и обеспечивает стабильную тепловую защиту. Именно терморегулятор запускает защитную систему, которая при перегреве немедленно отключает электрический двигатель.
к меню ↑

Использование блоков управления для насосов

Сегодня большим спросом пользуются электронные блоки управления насосными агрегатами, которые дают возможность создать стабильное давление в системе. Они при достаточно маленьких размерах отличаются высокой функциональностью, надежностью и качеством сборки, поэтому могут работать с водой, которая содержит определенный процент песка.

Их часто используют для артезианских скважин, то есть водозабора в домашних условиях.

Шкафы с блоками управления выполняют функцию электронной защиты от так называемого «сухого хода», подсоса воздуха циркуляционным способом, работы при закрытой задвижке, превышения максимальной высоты всасывания, недостатка воды, включения и выключения насосного агрегата в автоматическом режиме для длительного поддержания давления.

Простейший шкаф управления с элементарной защитой для насоса

При низкой температуре насос лучше не эксплуатировать, ведь это может привести к его поломке, а вот сама система управления от этого абсолютно не страдает. Во время выкачки воды циркуляционным способом (это касается в первую очередь артезианских скважин) часто возникают проблемы с патрубками. Их расположение может быть или вертикальным, или горизонтальным.

Что касается расположения блока управления насосным агрегатом, то его щит или шкаф (это зависит от типа используемой модели) устанавливается не далеко от самого насоса. Объемы водозабора от этого, конечно, не меняются, но удобство использования всей системой упрощается, ведь не нужно бежать далеко, чтобы включить или выключить насос, в случае появления необходимости.

Помните, что если вам необходимо установить насосную станцию с переменным потреблением воды, то лучше всего предусмотреть возможность регулирования расхода воды и давления. Кроме того, желательно, чтобы система обеспечивала минимальное использование электрической энергии, тем более с циркуляционным циклом потребления.

В этом случае, также важен терморегулятор, который обезопасит устройство от перегревов. Чаще всего применяют ступенчатую систему регулирования давления и расхода воды.

Сегодня трудно обойтись в домашнем хозяйстве без насоса. Большинство современных насосов для воды комплектуются приборами управления давлением, автоматикой, позволяющей автоматизировать многие процессы, и, конечно, электродвигателем. В итоге получается насосная станция.

Блок управления помещается в специальный щит, который можно закрыть, чтобы обезопасить оборудование. Если тщательно подходить к выбору всех комплектующих, то вы сможете гарантировать для себя бесперебойную и стабильную работу насосной станции на протяжении длительного времени.

Помните о том, что станция должна обеспечивать насос основными регуляторными и защитными функциями. Таким образом, вы сможете максимально контролировать его работу. Однако и вдаваться крайности тоже не следует. Далеко не всегда вашей насосной группе потребуется множество дорогостоящих комплектующих и рабочих функций.

Лучше хорошенько подумайте, прежде чем выбирать те или иные детали для станции, чтобы суметь обеспечить все свои потребности, но при этом, не переплатить за механизмы, что вам не интересны либо попросту бесполезны в данной ситуации.
к меню ↑

Обзор блока управления глубинными погружными насосами (видео)

 Главная страница » Насосы

Источник: http://ByreniePro.ru/nasosy/stancii-upravleniya.html

Применения — ЖКХ

Более двух лет успешно работает автоматизированная система управления насосами артезианских скважин и станции водозабора на заводе по производству солода в Белгороде.

Аппаратно система реализована на базе изделий производства ОВЕН: программируемого логического контроллера ПЛК100, модулей ввода/вывода МВА8/ МВУ8, счетчиков импульсов СИ8, приборов контроля уровня САУ-М6.

Программная реализация выполнена с использованием среды программирования и визуализации CoDeSys 2.3 и CoDeSys HMI соответственно.

На территории предприятия «Белгорсолод» расположены семь артезианских скважин. Вода, добываемая из четырех скважин, накапливается в трех больших (350 м³) ёмкостях (водобаках).

Остальные три скважины используются для хозяйственно-бытовых целей на самом предприятии (питьевая вода, санитарно-бытовые нужды, полив газонов, пожарный трубопровод). Вода из этих скважин поступает в накопительные резервуары.

Из них станция водозабора производит отбор воды с помощью четырех сетевых насосов, которые поддерживают необходимое давление воды в трубопроводе.

Также на станции водозабора установлены аварийные насосы: два мощных пожарных (высоконапорных) и один дренажный, который используется в случае затопления здания водозабора. Скважины удалены на сотни метров друг от друга, а расстояние от них до накопительных ёмкостей от 400 до 800 метров.

Управление насосами скважин и водозабора до внедрения автоматизированной системы производилось вручную. Оперативный контроль параметров: состояние насоса, давление воды, текущий и суммарный расходы воды – на станции водозабора отсутствовал.

Диспетчер для поддержания необходимого уровня воды в накопительных емкостях совершал обход всех скважин и включал (выключал) насосы при помощи пульта управления. При этом ему нужно было следить за давлением и расходом воды в трубопроводе для хозяйственно-бытовых целей и опять же вручную включать (выключать) сетевые насосы.

Для обеспечения круглосуточного дежурства на станции водозабора в штате предприятия находилось пять человек.

Такой порядок работы не устраивал руководство, требовалось создать новую систему управления и при этом соблюсти ряд условий:

• найти низкобюджетное решение;
• автоматизировать все процессы добычи воды и ее доставки потребителю;
• в случае необходимости оператор должен иметь возможность вмешиваться в процесс управления и дистанционно управлять работой всех насосов с ПК;
• осуществлять оперативный мониторинг работы скважин, станции водозабора, уровней воды в накопительных ёмкостях и архивацию выбранных параметров на компьютере;
• вести протокол событий процессов, тревоги их визуализаций на ПК.

Поиск технического решения

Вопрос выбора программируемого контроллера при решении технического задания был одним из основных.

Анализ состояния рынка программируемых контроллеров иностранных производителей показал, что имеется ряд достойных представителей: Beckhoff, Wago, Moeller, АВВ и многих других, которые поддерживают единую платформу CoDeSys. На отечественном рынке со средой программирования CoDeSys внимание привлек контроллер ОВЕН ПЛК100.

Аргументы в пользу отечественного производителя ОВЕН:

• низкая стоимость контроллера;
• мощный процессор, большой объем памяти (оперативной, энергонезависимой для хранения программ), набор необходимых интерфейсных портов, встроенный аккумулятор и многое другое;
• бесплатная надежная среда программирования CoDeSys с инструментом для создания визуализации HMI (шесть языков программирования стандарта МЭК 61131-3 и возможность реализации многозадачных проектов);
• возможность использования различных протоколов (Modbus RTU/ASCII, DCON, ОВЕН);
• возможность использования модулей ввода/вывода разных производителей;
• надежность. Работа многофункциональных регуляторов производства ОВЕН проверена и подтверждена опытом их многолетней эксплуатации;
• техническая поддержка производителя (бесплатные консультации, примеры и библиотеки функциональных блоков, разработанных специалистами ОВЕН).

Описание технического решения

Диспетчерский пункт на станции водозабора был ликвидирован и перенесен в здание котельной, а функции наблюдения за работой возложены на оператора котельной. В диспетчерской установлены компьютер и шкаф управления с контроллером ПЛК100 (рис. 1). Контроллер подключен к ПК посредством Ethernet.

На каждой скважине установлено оборудование: модули ввода/вывода ОВЕН МВА8/МВУ8, счетчик импульсов ОВЕН СИ8, устройство плавного пуска производства Веспер, датчик давления ПД100-ДИ с токовым выходом 4…20 мА производства ОВЕН, датчик тока с выходом 4…20 мА производства НПФ Агрострой.

На станции водозабора установлены: модули МВА8 и МДВВ, счетчики импульсов СИ8, приборы САУ-М6, датчик давления, датчики тока и модули защиты двигателей для каждого сетевого насоса УБЗ-301 производства Новатек-Электро. На водобаках установлен модуль МВА8 и датчики давления ПД100-ДИ.

Контроллер ПЛК100 кабелем «витая пара» объединил все скважины и станцию водозабора в одну промышленную сеть. Общая длина проложенной проводной сети составила 1700 метров. В сети установлены два повторителя RS-485 производства ICP DAS и одиннадцать модулей грозозащиты шины RS-485 производства Сапфир. На ПК инсталлирована программа визуализации CoDeSys HMI с неограниченной лицензией.

Возможности и функции системы

Программа, загруженная в память котроллера, была разработана в бесплатно прилагаемой среде программирования CoDeSys с использованием языков ST, CFC стандарта МЭК 61131-3. Графический интерфейс оператора разработан также в CoDeSys.

Насосы для поддержания заданного уровня воды в накопительных ёмкостях и рабочих уровней воды в резервуарах включаются и выключаются автоматически. Насосы водозабора создают необходимое давление в водопроводе и работают по принципу: один – ведущий, остальные – ведомые.

Смена ведущего насоса происходит автоматически через установленный интервал времени с учетом равномерного износа. Для каждого насоса ведется учет часов наработки (рис. 2).

Программа контроллера производит диагностику всех аналоговых и дискретных датчиков, установленных на объектах.

Все ошибки протоколируются и визуализируются по каждому параметру: отсутствие связи по RS-485, обрыв, короткое замыкание, выход за пределы 4…20 мА, достижение аварийных пределов. В случае выхода из строя датчика диспетчер получает информацию о характере неисправности (рис. 3).

Если диспетчер своевременно не вмешается в процесс управления, то система продолжает работу по показаниям других исправных датчиков либо переходит на обходные ветви алгоритма управления.

Анализируя параметры датчика тока, программа, например, может определить «сухой ход» насоса и отключить неисправный насос, либо переключить на исправный. При неисправном датчике давления программа разрешает работать насосу, при этом контролируются поток и текущий расход воды.

Программа имеет возможность квитировать тревоги и игнорировать сигналы любых датчиков в системе.

Это позволяет моделировать различные аварийные ситуации, не вмешиваясь в реальный процесс управления, а в некритических ситуациях продолжать работать, не останавливая весь процесс управления.

Диспетчер имеет возможность отслеживать на мониторе ПК рабочие параметры скважин (рис. 4) и станции водозабора, показатели уровней воды в резервуарах:

• давление воды в скважине и водопроводе;
• ток двигателей каждого насоса;
• суммарный и текущий расход воды;
• текущее состояние насоса: работа, останов, сбой;
• выбранный режим работы: автомат, дистанционный, местный, блокировка;
• уровни воды в накопительных ёмкостях (в процентах);
• верхний и нижний уровни воды в накопительных резервуарах;
• наличие потока воды в трубопроводе.

На экранах управления скважинами отображаются: температура воздуха внутри здания, затопление, пожар, взлом.

Диспетчер имеет возможность включить дистанционный режим управления и контролировать работу скважин и станции водозабора: включать и выключать насосы и производить перезапуск устройства плавного пуска.

В программе визуализации можно просмотреть графики изменения давления воды, тока двигателя, мгновенного расхода воды, уровни наполнения ёмкостей.

Эффект от внедрения автоматизированной системы управления

На предприятии после внедрения АСУ сокращена численность дежурного персонала. Качественно изменился порядок работы – появилась возможность контролировать все режимы работы насосов и параметры всех датчиков в реальном времени, а также производительность артезианских скважин, осуществляется оперативный учет воды, добываемой из артезианских скважин.

За более полной информацией организации АСУ можно обращаться к автору: e-mail: bolegis@yandex.ru и по телефону: +7 905-171-52-10

Источник: http://www.owen.ru/96160934

Комплексные решения по автоматизации технологических процессов

Введение

Несмотря на высокие требования к водоканалам по непрерывности подачи воды в наши квартиры, уровень автоматизации на этих предприятиях весьма низок, а зачастую и вовсе никакой автоматизации там нет.

Однако автоматизация на водоканалах необходима, и в первую очередь, для более эффективного управления технологическим процессом добычи и транспортировки воды, так как это позволяет снизить затраты энергии и более рационально распорядиться имеющимися ресурсами.

Представленный ниже телемеханический комплекс (ТМК) «ИСТОК 1.0» обеспечивает оператору полный контроль над функционированием водозаборного узла (ВЗУ).

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ комплекса

Система мониторинга и управления построенная на базе ТМК «ИСТОК 1.0» ВЗУ обеспечивает:

• полностью автоматизированное управление водозаборным узлом, включая насосную станцию и скважины, с центрального поста оператора в реальном масштабе времени;
• управление двигателями основных и пожарных насосов (для основных — частотное регулирование, для пожарных — включение/отключение);
• мониторинг двигателей насоса станции второго подъема по таким параметрам, как частота вращения, ток, потребляемая мощность;
• мониторинг и учет выходных параметров насосной станции второго подъема: кумулятивного и мгновенного расхода и давления по обеим ниткам выхода в городскую сеть;
• индикацию уровня воды в накопительном резервуаре насосной станции;
• управление двигателями глубинных насосов в скважине (дистанционное включение/отключение);
• мониторинг параметров скважин: токов глубинных насосов, давления, мгновенного и кумулятивного расходов воды из скважин, температуры воздуха в павильоне скважины, уровня воды в скважине;
• тревожную сигнализацию в случаях несанкционированного проникновения на территорию ВЗУ, в павильоны скважин, а также снятия люков с резервуара.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА объекта

В качестве примера рассмотрим типовой ВЗУ, представленный на рис.1.

Вода из шести одинаково оборудованных скважин подается в резервуар, где накапливается, и затем через насосную станцию поступает в городскую сеть. Скважины находятся в отдельно стоящих павильонах, расположенных на удалении от 20 до 150 метров от резервуара.

Из резервуара, служащего промежуточным накопителем и отстойником, вода поступает на насосную станцию второго подъема. Насосная станция имеет в своем составе шесть насосов, из которых три — хозяйственно-питьевые, и три — пожарные.

Из насосной станции вода поступает в сеть городского водоснабжения.

Рис. 1 Структурная схема типовой ВЗУ

Условные обозначения: H — уровень воды в резервуаре; I — ток насоса станции; P — давление на выходе станции; Q — расход воды на выходе станции; V — скорость вращения вала двигателя насоса; L — уровень воды в скважине; p — давление воды в скважине; q — расход воды скважины; t ‑ температура воздуха

ОСНАЩЕНИЕ СКВАЖИН

Павильоны скважин оборудованы датчиками и узлами сбора данных и управления, смонтированными в электротехнических шкафах (рис. 2).

Измерение уровня воды в скважине осуществляется погружными уровнемерами, установленными на водоподъемных колоннах над глубинными насосами. Датчики используют принцип измерения давления столба жидкости и имеют выходной сигнал 4‑20 мА.

Автоматическая компенсация возможных погрешностей, связанных с колебаниями атмосферного давления, обеспечивается использованием специального гидрометрического кабеля, имеющего внутри пустотелую трубку, связывающую внутреннюю полость датчика с внешней атмосферой. Измерение давления в трубопроводе, идущем от скважины, осуществляется датчиком давления.

Датчик ввинчен в предварительно приваренный измерительный отвод. Выходной сигнал датчика — токовый 4‑20 мА. Ток насоса измеряется датчиком тока насоса, использующим эффект Холла. Выходным сигналом датчика является переменное напряжение частотой 50 Гц с амплитудой, пропорциональной измеряемому току.

С помощью дополнительного модуля нормализации этот сигнал преобразуется в стандартный токовый 4‑20 мА. Расход воды из скважины измеряется индукционным расходомером.

Сигналы с датчиков тока, давления, уровня воды, а также температура воздуха в павильоне скважины поступают на ТМК «ИСТОК 1.0» производства ООО «Юг-Система». ТМК «ИСТОК 1.

0» создан методом проектной компоновки на базе современных промышленных контроллеров класса SoftPLC представленных линейкой контроллеров и модулей фирмы ISP DAS серии I‑7000 и I‑800.

Питание датчиков обеспечивается блоком питания.

Управление включением/отключением глубинного насоса, а также опрос датчиков охранной сигнализации осуществляется через модуль дискретного ввода-вывода ТМК «ИСТОК 1.0». Управление силовым контактором насоса выполняется промежуточными реле.

Рис. 2 Структурная схема оборудования скважины

В шкафах наиболее удаленных скважин дополнительно может быть установлен радиомодем или GSM модем, так же удаленные скважины могут быть объединены с помощью интерфейса RS‑485. Связь с центральным постом оператора обеспечивается либо по радио с помощью радиомодема или GSM модема, либо по сети RS-485.

ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЩИТОВОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

В электрощитовом зале насосной станции (рис. 3) второго подъема установлен шкаф с оборудованием, отвечающим за управление частотными регуляторами, измерение расхода и давления воды на выходе насосной станции, измерение уровня воды в резервуаре, а также за включение/отключение и измерение токов пожарных насосов.

Для частотного управления двигателями хозяйственно-питьевых насосов может быть применено три регулятора. Регуляторы имеют интерфейс RS_232. Пуск/останов пожарных насосов обеспечивается при помощи ТМК «ИСТОК 1.0» и промежуточных реле. На этот же комплекс поступают сигналы охранной сигнализации ворот ВЗУ и люков резервуара.

В качестве датчика уровня воды в накопительном резервуаре используется уровнемер с выходным сигналом 4‑20 мА.

Давление на каждом из двух выходов насосной станции измеряется датчиками давления с выходным сигналом 4‑20 мА.

Отпуск воды в городскую сеть холодного водоснабжения измеряется двумя расходомерами с диаметром условного прохода 400 мм.

Ток каждого из трех пожарных насосов измеряется датчиками тока насоса с модулями нормализации.

Выходные сигналы с датчиков уровня, давления и тока поступают на ТМК «ИСТОК 1.0».

Рис. 3 Структурная схема оборудования насосной станции

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПОСТ ОПЕРАТОРА

Центральный пост оператора — комплекс технических средств, находящийся в операторской комнате. Он включает в себя шкаф с оборудованием для сбора информации с насосных станций, скважин и ПЭВМ.

В шкафу смонтирован ТМК «ИСТОК 1.0», радиомодем или GSM модем для передачи информации в центральную диспетчерскую водоканала, для сбора информации с подчиненных объектов (насосная станция и скважины) может быть использован интерфейс RS-485 или тот же радиомодем.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Программное обеспечение (ПО) управляющего компьютера представляет собой оперативный управляющий информационный комплекс (ОУИК), который работает под управлением операционной системы Windows.

Программное обеспечение имеет три основных режима работы: «Технологическая схема», «Скважины», «Насосная станция». Переход между режимами осуществляется клавишами на консоли управления.

В режиме «Технологическая схема» на экране отображается укрупненная технологическая схема водозаборного узла.

На экране показаны величины расхода воды из скважин, токи насосов скважин, уровень воды в резервуаре, обороты и токи хозяйственно-питьевых и пожарных насосов, значения расхода и давления на выходах насосной станции.

Цвета пиктограмм насосов изменяются в зависимости от режима работы: прозрачный — насос остановлен, синий — насос запущен, красный — перегрузка по току.

В режиме «Скважины» на экране для каждой скважины в табличной или графической форме отображаются величины мгновенного и кумулятивного расхода воды, тока насоса, давления в трубопроводе, уровня воды в скважине, температуры воды в павильоне скважины и состояние датчиков охранной сигнализации. На этом же экране отображены состояния датчиков охраны ворот ВЗУ и двух люков резервуара. В режиме «Скважины» также производится управление пуском/остановом насосов и включение/отключение охранной сигнализации на скважинах.

В режиме «Насосная станция» на экране отображаются текущие обороты, токи и мощности силовых агрегатов станции, их суммарная мощность, а также значения давления и расхода воды, поступающей в город.

Также в этом режиме производится управление насосными агрегатами через табло управления, где можно запустить, остановить двигатель, а также установить его текущие обороты.

Сбор данных от технологического оборудования производится в реальном масштабе времени с частотой не менее одного раза в секунду, что обеспечивает в каждый момент времени отображение текущих значений параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Внедрение системы ТМК «ИСТОК 1.0» на водозаборном узле обеспечивает значительное увеличение эффективности мониторинга и управления основными режимами ВЗУ.

За счет объединения данных в единую картину мониторинга на экране у диспетчера повышается оперативность регулирования параметров подачи воды в городскую сеть.

За счет использования частотного регулирования электродвигателей насосов достигается:

• снижение нагрузки на электрическую сеть благодаря отсутствию пусковых токов двигателя;
• плавность регулирования давления по сравнению со ступенчатым его изменением при включении/выключении дополнительных насосов;
• устранение гидравлических ударов, изнашивающих трубопроводы, клапаны и насосы.

Все эти меры приводят к уменьшению энергозатрат и увеличивают срок службы оборудования. С помощью ТМК «ИСТОК 1.0» может быть налажен учет поднятой и поданной потребителю воды и мониторинг состояния уровня подземных вод в водозаборных скважинах.

При создании и внедрении АСУ ТП наше предприятие ООО «Юг-Система», совместно с организациями-партнерами, предоставляет следующие услуги:

• проектирование;
• поставка оборудования и программного обеспечения системы;
• технологическое программирование;
• шеф-монтаж;
• пуско-наладка;
• сдача в эксплуатацию;
• обучение персонала.

Все оборудование, производимое предприятием, имеет гарантию и обеспечивается гарантийным и послегарантийным сервисным обслуживанием.

Источник: http://tm-istok.ru/resheniya-po-avtomatizacii/avtomatizirovannaya-sistema-monitoringa-i-upravleniya-vodozabornym-uzlom.html

Экономия электроэнергии на артезианских скважинах

Украина, несмотря на большое количество рек, озер и водохранилищ относится к одному из самых маловодных регионов Европы и 1/3 украинцев получают воду из подземных источников. Именно поэтому артезианские скважины и водонапорные башни всем нам так знакомы, и все, что связанно с режимом их работы кажется, на первый взгляд, уже давным-давно решено.

Если, в недалеком прошлом, из-за выхода из строя автоматики, возле водонапорной башни летом можно было увидеть «рукотворное» озеро, а зимой – «ледник», то в настоящее время, каждая четвертая водонапорная башня уже не подлежит ремонту.

Существует ли возможность восстановить водоснабжение, если водонапорная башня вышла из строя? Существует, и намного эффективнее строительства новой водонапорной башни и кроме технических преимуществ дает возможность уменьшить капиталовложения и получить экономию электроэнергии.

Экономия электроэнергии на артезианских насосных станциях без капиталовложений

Попробуйте вспомнить, какой динамический уровень воды в Вашей скважине, и какая высота подвески глубинного насоса? Большинство из Вас не сможет ответить на этот вопрос, а ведь в этом вопросе «зарыт ключик» к реальной возможности экономить электроэнергию без дополнительного капиталовложения.

Главный инженер одного из водоканалов вспомнил, что высота подвески насоса составляет 90 метров, а динамический уровень воды, согласно паспорта скважины, составляет 50 метров.

Многолетний опыт эксплуатации артезианских скважин и рекомендации Северного государственного регионального геологического предприятия «Пивничгеология» говорят о том, что оптимальная высота подвески глубинного насоса должна быть на 5 метров ниже динамического уровня воды в скважине.

Вот и подсчитайте, сколько денег было «утоплено» в этой скважине на дополнительный, никому не нужный напор в 40 метров (90 – 50 = 40).

А если дебет скважины уменьшился, или установили насос большей мощности, тогда что? – спросите Вы. Для того чтобы не гадать, нужно точно знать, какой реальный динамический уровень воды в Вашей скважине и установить насос на рекомендуемой высоте – это позволит Вам получить приличную экономию электроэнергии «задаром».

Для измерения уровня воды над насосом, нами разработан и используется измеритель динамического уровня. Датчик закрепляется над насосом, а кабель с капиллярной трубкой выводится на поверхность и подключается к прибору.

В любое время Вы будете иметь точную информацию о высоте водяного столба над глубинным насосом, что позволит Вам адекватно реагировать на полученную информацию. Измеритель уровня может использоваться в системе автоматики в качестве датчика сухого хода.

Датчик динамического уровня

Все мы знаем, что режим пуска насоса на закрытую задвижку легче, чем на открытую, именно поэтому на глубинном насосе устанавливают обратный клапан.

Иногда монтажникивынимают его, для того, чтобы при подъеме насоса вода стекала в скважину, и при отсоединении секций подвесной колоны их не обливало водой.

Следует помнить, что с обратным клапаном насос работает дольше, а это тоже своего рода экономия.

Если у Вас есть возможность в ночное время создать запас воды, который перекроет дневной расход, то в этом случае можно рассматривать вопрос перехода на многотарифную систему оплаты за электроэнергию.

Экономия электроэнергии в системах водоснабжения с водонапорной башней

Водонапорная башня устанавливается таким образом, чтобы нижний уровень в ней создавал достаточное давление для обеспечения водой всех потребителей.

Если это так, а это именно так, то зачем водонапорная башня заполняется водой до верхнего уровня, ведь при этом повышается давление в магистрали и дополнительно расходуется электроэнергия? Неужели об этом не знают проектировщики? Конечно же, знают, но ведь нужно каким-то образом ограничить число пусков погружного насоса, и чем больше объем водонапорной башни, тем реже он будет включаться. Если насос не может постоянно работать в старт-стопном режиме, то неужели нельзя регулировать производительность насоса таким образом, чтобы поддерживать нижний уровень воды в водонапорной башне? Не только можно, но и нужно! Именно принцип регулирования производительности, за счет изменения скорости вращения насоса, используется во всех частотно-регулируемых энергосберегающих станциях управления насосными агрегатами. Давайте более подробно рассмотрим преимущества, а возможно и недостатки глубинных насосных станций с частотным управлением.
О первом преимуществе. Изменяя скорость вращения погружного насоса с помощью преобразователя частоты, мы можем поддерживать минимально допустимый уровень воды в водонапорной башне независимо от расхода и не создавать избыточное давления, которое кроме увеличения потерь воды из-за утечек (2 – 7% на атмосферу) и дополнительного потребления электроэнергии ничего не дает.

Второе преимущество – это частотный пуск, при котором исключаются электрические и механические перегрузки двигателя и механические перегрузки насоса. Насос разгоняется плавно и работает на пониженных оборотах, что повышает его ресурс работы и исключает гидроудары в трубопроводах.

Кроме этого преобразователь частоты осуществляет комплексную защиту двигателя и насоса и выполняет целый ряд сервисных функций: автоматическая остановка насоса при отсутствии расхода (спящий режим); автоматическое обнаружение порывов водопровода; автоматический переход в ночной режим (пониженное давление) или в режим выходных или праздничных дней и т.д., и т.п.

Основное преимущество – возможность экономить электроэнергию. Согласно теории, идеальный насос расходует в четыре раза меньше энергии, перекачивая один и тот же объем воды на половинной скорости, нежели на полной.

Практические результаты несколько «скромнее», но экономия 25 – 40% электроэнергии, в зависимости от режима работы глубинного насоса, стимулирует внедрение станций управления насосными агрегатами с частотно-регулируемым электроприводом.

Режим работы насосного агрегата зависит от суточного графика потребления воды.

На графике среднестатистического суточного потребления воды в населенном пунктке приведены сравнительные диаграммы потребления электроэнергии глубинным насосом, работающим в старт-стопном режиме (100% голубая диаграмма) и в энергосберегающем режиме (зеленая), из которых следует, что реальная экономия электроэнергии составляет 25,7%.

Основной «недостаток». Увеличившийся в два-три раза ресурс работы глубинного насоса приводит к тому, что из-за длительной работы уже начинают срабатываться рабочие колеса насоса. Частотное управление погружным насосом тут не причем, но Заказчик всегда прав, и мы рекомендуем Вам использовать насосы, в которых рабочие колеса изготовлены из износоустойчивых материалов.

Восстановление водоснабжения при выходе из строя водонапорной башни

Если энергосберегающие станции управления погружными насосами в автоматическом режиме поддерживают минимально допустимый уровень воды в водонапорной башне независимо от расхода, то возникает вопрос – а зачем тогда вообще нужна водонапорная башня? Действительно, в этом режиме работы водонапорная башня не используется как гидроаккумулятор и по большому счету ее можно исключить из системы водоснабжения. А если же у Вас проблемы с водонапорной башней, то возобновить водоснабжение поможет станция управления с частотным приводом, которая намного дешевле и эффективнее водонапорной башни с насосом, работающем в старт-стопном режиме.

Это конечно все хорошо, говорят оппоненты, но при таком регулировании отсутствует запас воды. Для тех, у кого водонапорная башня вышла из строя не только отсутствует запас воды, но и отсутствует возможность возобновить водоснабжение без строительства новой водонапорной башни, и для них частотный привод – это просто находка.

Необходимый запас воды, для выполнения требований СНиП и требований пожарной безопасности, хранят в наземных или подземных резервуарах, которые намного дешевле водонапорной башни. В Украине разработаны и успешно используются современные технологии изготовления резервуаров из полимеров.

Для тех, кто только проектирует системы водоснабжения – использование энергосберегающих технологий обязательное условие, а альтернативы частотному приводу, на сегодняшний день, просто не существует.

Практические советы, которые необходимо учитывать

при внедрении энергосберегающих станций управления глубинными насосами

Если у Вас водонапорная башня исправна, то первое, что нужно сделать – это убедиться в том, что вода в башню поступает снизу.

Если вода поступает сверху, самый неэкономичный способ заполнения с точки зрения потребления электроэнергии, то желательно подключить насос непосредственно в систему водоснабжения.

Гидроударов мы не боимся, потому, что при частотном управлении насосом их просто не существует.

Далее экспериментальным путем определяем оптимальный режим работы глубинного насоса, при котором удельный расход электроэнергии на подъем, например, одного кубического метра воды (Вт/м3) будет наименьшим. Этот режим работы, при прочих равных условиях, даст Вам дополнительную экономию электроэнергии.

Если Вы хотите иметь постоянный запас воды в водонапорной башне, то ее необходимо заполнить водой (насос работает в оптимальном режиме) и отключить от магистрали с помощью управляемой задвижки, а водоснабжение бутет осуществляться с помощью частотно-регулируемого электропривода глубинного насоса, работающего в режиме поддержания заданного давления. Один раз в сутки, или через несколько суток открывают задвижку, и водонапорная башня подключается к системе водоснабжения, а насос отключается. После того, как вся вода будет израсходована, включается насос, наполняется водонапорная башня, закрывается задвижка и цикл повторяется снова.

Если Вы хотите получить наибольшую экономию электроэнергии, то необходимо использовать интеллектуальный режим работы энергосберегающей станции управления глубинным насосом. Аналогичный режим работы используется в насосных станциях КНС (см.

статью «Энергосберегающие технологии для предприятий ЖКХ и не только…» в предыдущем № 3-4 нашего журнала). В ителлектуальном режиме глубинный насос работает на оптимальной скорости с наименьшим потреблением электроэнергии и наполняет водонапорную башню, например, на 20 или 50 см.

выше минимально допустимого уровня и отключается. Повторное включение насоса произойдет при нижнем минимальном уровне. При этом уровень воды в башне изменяется в небольших пределах и не потребляется «лишняя» электроэнергия на создание избыточного давления.

Если насос, работая в оптимальном режиме, не сможет обеспечить увеличившийся расход воды, то станция управления автоматически переведет насос режим поддержания давления, а при уменьшении расхода вернется в режим работы по уровню.

Сочетание режима работы насоса по уровню с наименьшим потреблением электроэнергии и режима поддержания давления дает дополнительную экономию, что выгодно отличает наши станции от других.

Следует отметить, что Вы можете определить оптимальную скорость глубинного насоса, при которой будет обеспечен Ваш реальный максимальный расход воды, и не превышать эту скорость.

В большинстве случаев эта скорость значительно меньше номинальной, а это значит, что увеличится динамический уровень воды в скважине, и Вы сможете уменьшить высоту подвески насоса, что даст дополнительную экономию электроэнергии.

Если у Вас есть пожарные резервуары, то целесообразно рассмотреть возможность использования насоса второго подъема, что даст возможность уменьшить установленную мощность глубинных насосов и может привести к дополнительной экономии. Такое технологическое решение хорошо использовать в системах водоснабжения без водонапорных башен.

Так как вода практически не сжимается, то для более «мягкой» работы насосной станции в системах водоснабжения без водонапорных башен желательно установить небольшой гидроаккумулятор.

В насосных станциях артезианских скважин желательно предусмотреть режим «горячего» пуска, при котором глубинный насос, в случае острой необходимости, включается в обход преобразователя частоты. При этом для защиты водопровода от превышения давления необходимо установить предохранительный клапан, который будет «стравливать» избыточное давление.

Опорные подшипники в глубинных насосах изготавливаются из текстолита, лингофоля, графитофторопласта и т. д. Для смазки подшипниковых опор скольжения используется вода, которая под напором, создаваемым насосом, омывает подшипники.

Заводы-изготовители указывают минимальную скорость вращения насоса. При работе насоса на скоростях ниже допустимых опорный подшипник входит в контакт с механическими примесями (песок, глина, мел, ржавчина и т. д) и выходит из строя.

Это необходимо учитывать при настройке станции управления.

Так как длина кабеля, соединяющего преобразователь частоты с глубинным насосом, достигает сотни метров и более, то из-за несогласованности волнового сопротивления кабеля и обмоток двигателя происходит отражение волны напряжения в оба конца кабеля, что приводит к повышению пиков напряжения на двигателе и возможно к пробою изоляции обмоток. На это Вы, именно Вы, должны обратить внимание и убедиться, что длина Вашего кабеля не превышает максимально допустимой длины, указанной в технических характеристиках преобразователя частоты. Если требуется более длинный кабель, то на выходе преобразователя частоты необходимо установить выходной фильтр dU/dt, а еще лучше sin-фильтр.

Если Вы не планируете экономить электроэнергию с помощью энергосберегающих станций управления, то для облегчения условий пуска глубинного насоса и уменьшения гидроударов желательно использовать устройства плавного (мягкого) пуска. Для бытовых скважинных насосов НПП «Техносервиспривод» поставляет однофазные устройства плавного пуска.

Если глубинный насос питается от мобильного источника (дизель-генератора), то нужно помнить, что даже с устройством плавного пуска мощность автономного источника должна быть в три раза больше мощности насоса, а если используется преобразователь частоты, то мощность генератора завышать не нужно.

НПП «Техносервиспривод» выпускает станции управления насосными агрегатами артезианских скважин, в которых учтены все нюансы и особенности их работы.

Наши станции поставляются в шкафах, комплектуются коммутирующей аппаратурой, быстродействующими предохранителями, преобразователями частоты, датчиками давления, органами управления, визуализации и аварийной сигнализации.

Станции снабжены технологическим счетчиком электроэнергии, а при необходимости снабжаются и коммерческими счетчиками, могут быть включены в общую систему диспетчеризации и быть укомплектованы любым насосным оборудованием, параметры которого будут подобраны именно для Вашего конкретного применения.

Станции управления глубинными насосами, изготовленные нашим предприятием, успешно работают в пгт. Вартовичи, пгт. Смыга, Тальневодоканал, Здолбуновводоканал, Носовкаводоканал, пгт. Оржив, пгт. Новооржица и т.д.

Источник: https://tsdservice.com.ua/ekonomiya-elektroenergii-na-artezianskih-stanciyah.html