Комплексная автоматизация решает следующие задачи:
- повышение надежности и обеспечение бесперебойности работы инженерного объекта, снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций, уменьшение трудоемкости и эксплуатационных затрат, тем самым уменьшение эксплуатационных расходов;
- уменьшение затрат на обслуживающий персонал за счет отсутствия необходимости постоянного присутствия на объекте оператора, контролирующего и регулирующего значение выходных параметров.
- максимизация эффективности функционирования оборудования за счет исключения человеческого вмешательства.
- увеличение межсервисных интервалов и периодов технического обслуживания.
- уменьшение общей стоимости объекта, за счет сокращения размеров и количества регулирующих и накопительных резервуаров.
Что это такое и для чего необходима
Управление насосными станциями может быть осуществлено с помощью специализированных систем автоматизации, которые включают в себя различные датчики, контроллеры и программное обеспечение для мониторинга и управления работой насосов, клапанов, давления и других параметров.
Для управления насосной станцией используются различные методы, такие как автоматическое управление на основе заданных параметров, ручное управление оператором, а также удаленное управление через интернет или специальные программы.
Системы управления насосными станциями обеспечивают возможность мониторинга и контроля работы оборудования, автоматического регулирования параметров, предупреждения о возможных сбоях и аварийных ситуациях, а также удаленного доступа для оперативного реагирования на проблемы.
Автоматизация насосной станции — это процесс внедрения автоматических систем управления и контроля, которые позволяют оптимизировать работу насосов и обеспечивать бесперебойную и эффективную перекачку жидкостей. Это включает в себя использование датчиков для контроля параметров жидкости, автоматическое регулирование скорости работы насосов, мониторинг и управление давлением и уровнем жидкости, а также возможность удаленного мониторинга и управления работы насосной станции. Автоматизация насосной станции позволяет сократить операторское вмешательство, повысить эффективность и надежность работы системы, а также предотвращать аварийные ситуации.
Преимущества.
- Экономия времени и ресурсов. Автоматизация позволяет сократить время настройки и контроля работы насосной станции, а также уменьшить расход электроэнергии и износ оборудования.
- Улучшение качества работы. Автоматические системы управления способны более точно регулировать параметры жидкости, что позволяет поддерживать оптимальные условия для перекачки.
- Повышение безопасности. Автоматизация позволяет оперативно реагировать на изменения в работе насосной станции и предотвращать аварийные ситуации, что повышает безопасность персонала и оборудования.
- Удаленное мониторинг и управление. Возможность контролировать и управлять работой насосной станции удаленно позволяет оперативно реагировать на проблемы и сбои, даже если оператор находится вне объекта.
- Повышение надежности. Автоматизация позволяет предотвращать перегрузки и перегрев оборудования, что увеличивает его срок эксплуатации и надежность работы.
Основы автоматизации и применяемая аппаратура.
Основы автоматизации насосной станции включают в себя использование современных технологий, таких как сенсоры, контроллеры, программное обеспечение, актуаторы и коммуникационное оборудование. Эти компоненты позволяют мониторить работу насосов и другого оборудования, принимать решения о необходимых корректировках, настраивать параметры работы системы, осуществлять удаленное управление, связывать систему автоматизации с другими системами и осуществлять удаленное мониторинг и управление.
Системы автоматизации насосных станций могут включать в себя различные компоненты, такие как:
- Датчики: для измерения давления, уровня жидкости, температуры и других параметров, которые могут влиять на работу насосов.
- Контроллеры: устройства, которые обрабатывают информацию от датчиков и принимают решения о регулировании работы насосов и другого оборудования.
- Программное обеспечение: для настройки параметров работы системы, мониторинга и управления удаленным доступом.
- Актуаторы: устройства, которые выполняют команды контроллера, например, открывают или закрывают клапаны, регулируют скорость вращения насосов и т.д.
- Коммуникационное оборудование: для связи с другими системами, отправки уведомлений об аварийных ситуациях или удаленного управления.
Управление насосной станцией с помощью автоматизации позволяет оптимизировать работу системы, предотвращать аварийные ситуации и сбои, а также экономить ресурсы и затраты на обслуживание.
Виды, поколение.
Первое поколение
К первому поколению относятся самые простые приборы, которые выполняют определённые функции. С их помощью нельзя сделать автономную систему подачи воды, так как чаще всего эти устройства механические.
Реле давления – это одно из самых нужных и полезных механизмов в системе подачи воды. Внутри такого устройства стоит капсула с пружиной, которая замыкает контакт, если давление упало. После того, как подача воды прекращается, мотор подкачивает жидкость и размыкает клеммы. Применять данное устройство требуется в комбинации с баком-накопителем. На корпусе у реле или рядом с его соединением должен быть датчик давления (манометр).
Гидроаккумулятор – это бак-накопитель, внутрь которого набирается вода. Он помогает избежать частой активации насоса и смягчить гидроудар, например, при закрытии крана. В баке установлена мембрана, которая выдавливает воду. Для её работы следует увеличить давление в системе, чтобы оно было выше, чем в мембране.
Когда кран открыт, то вода из бака выдавливается, а мембрана заполняется воздухом. Ели давление упало до заданного на реле, то цепь питания замкнётся и ёмкость заново наполнится жидкостью. Гидроаккумулятор чаще всего делают из чёрного металла или нержавеющей стали, а на их корпусе устанавливается манометр, который показывает давление внутри бака и помогает настроить подачу воды.
Автоматика для насоса с гидроаккумулятором и реле давления нуждается в дополнении поплавком и реле, которое предотвращает холостую работу. Первое устройство нужно для контроля наличия воды. Если она упала ниже минимальной отметки, то поплавок отключит питание на насос, чтобы он не перегревался. Его можно закрепить отдельно на стенку насоса или быть встроенным внутри системы. Поплавки чаще всего устанавливаются внутри автоматики для погружного насоса.
Для регулировки уровня воды вместо поплавка можно установить электролитический датчик. Он подходит для размещения внутри скважин и представляет собой 2 проводника, которые замыкают цепь питания только в том случае, если находятся в воде.
Для аналогичных целей также используется пресс-контроль. Он состоит из магнитной шторки, которая опускается в воду и геркона (герметизированного контакта). Если в системе есть вода, то шторка поднимается и замыкает цепь с помощью магнитного поля, а если жидкости нет, то опускается и прерывает подачу тока.
Уровень срабатывания защиты зависит от размера лепестка, а для более тонкой настройки существуют модели, в которых можно изменять расстояние между герконом и шторкой. Реле потока редко используют для наружных насосов. Из-за особенностей механизма в защите от холостого хода он не нуждается.
Блокиратор холостого хода нужен для того, чтобы предотвратить сгорание насоса. Его устанавливают в комплекте с остальными элементами, например, баком и регулятором напора воды. Принцип работы блокиратора похож на регулятор давления, только он размыкает цепь если в системе недостаточно воды. Границу отключения питания можно задать с помощью винтов для регулировки. Чаще всего такие блокираторы устанавливаются на насосы, которые стоят на поверхности.
Второе поколение.
Данная разновидность блоков автоматики для скважинного насоса обычно состоит из электроприборов с датчиками, которые подают данные на микросхему, что обеспечивает автономную подачу воды. Электронные устройства монтируются на насосную станцию без гидроаккумулятора, так как датчики работают постоянно, но для компенсации гидроудара рекомендуется устанавливать бак хотя бы на 5 л.
Внутри такого блока обязательно устанавливаются датчики температуры, которые следят за тем, чтобы не перегревался мотор или другие узлы, а также блок аварийного отключения двигателя при заклинивании. Во втором поколении все элементы чаще всего находятся в одном корпусе и имеют графический интерфейс для отображения данных.
Внутри таких блоков устанавливаются блокираторы холостого хода и пресс-контроль. Преимущество таких систем в том, что они занимают мало места, если не устанавливать бак-накопитель. Элементы в конструкции могут быть механическими (для экономии средств) или с электронным управлением (более дорогие).
Элементы системы второго поколения часто выходят из строя, так как во время запуска она работает на максимальной производительности. Для того, чтобы избежать поломок нужна тщательная настройка всех деталей или частотный преобразователь, который устанавливается в более дорогих системах. Автоматика для насоса без гидроаккумулятора выйдет из строя быстрее, чем при наличии дополнительного бака. Электронные блоки имеют более высокую стоимость, чем механические.
У модульных блоков автоматического контроля работоспособность напрямую зависит от напряжения в сети, так как при недостатке питания мотор будет работать не в полную мощность или вообще не запустится. Также большинство блоков управления насосом для скважины содержит фиксированные настройки, которые подойдут только к определённой модели двигателя.
Третье поколение.
Автоматика третьего поколения – это устройства, которые имеют самую высокую надёжность, мощность и стоимость. От предшественника она отличается наличием регулировки скорости оборотов.
Самой важной частью этого блока автоматики для скважинного насоса с гидроаккумулятором и реле давления является частотный преобразователь. Он помогает снизить нагрузку на двигатель, продлить время эксплуатации и уменьшить использование электричества.
При работе насоса это модуль самостоятельно занижает его мощность. Например, если открыть только один кран, то система запустится не на пределе, а после открытия второго крана давление опустится и преобразователь усилит напор.
Из-за своей высокой стоимости частотный преобразователь не часто монтируется в блок регулировки. Рекомендуется с автоматикой для насоса скважины ставить небольшой гидроаккумулятор, который предотвратит перезапуск частотного преобразователя, если есть утечка воды.
В системе третьего поколения устанавливаются устройства защиты от перепадов напряжения в сети, которые предотвращают сгорание электронных элементов внутри блока управления, а также его перезапуск после скачка.
Также для таких систем устанавливается шкаф управления, который по виду напоминает электрораспределительный щиток. Для погружных насосов он более важен, чем для внешних, так как с его помощью можно производить регулировку работы устройства, а добраться до погруженного насоса проблематично.
Внутри такого шкафа стоят предохранители и все элементы управления, например, плавный запуск мотора и регулятор частотного преобразователя. Также внутри находятся датчики тока и регулятор оборотов вала двигателя.
Основные функции
- Контроль и индикация важных технологических параметров (давление воды в подводящих и напорных трубопроводах, уровень воды в накопительных резервуарах или скважинах и т.д.) с автоматической регулировкой работы оборудования, согласно заданного алгоритма;
- Сигнализация об аварийных и предупредительных ситуациях при выходе за установленные технологические параметры;
- Автоматическая остановка оборудования для предотвращения аварийных ситуаций;
- Автоматический запуск оборудования после аварийных ситуаций, при восстановлении питающего напряжения или подачи воды;
- Управление исполнительными механизмами – насосами, задвижками, отсечными и регулирующими клапанами, трехходовыми кранами, исполнительными механизмами инженерных систем объекта;
- Контроль состояния оборудования и инженерных сетей насосной станции,
- Обеспечение безостановочной работы оборудования без постоянного присутствия персонала;
- Передача технологических параметров на АРМ оператора;
- Дистанционное управление запуском и остановом системы в автоматическом режиме;
Защитные функции.
- Защита оборудования от нестабильности работы сети (короткого замыкание, обрыва и асимметрии фаз, перегрузки по току и т.д.);
- Защита насосов от сухого хода (при помощи подключаемых датчиков уровня, поплавков, реле давления, реле протока и т.п.);
- Контроль прорыва трубопровода;
- Защита насосов и электрооборудования от частого включения;
- Предотвращение «заиливания» скважинных насосов, путем контроля времени простоя для каждого из агрегатов и кратковременного запуска при простое более 12 (24) часов;
- Автоматическая регулировка напряжения на выходе ПЧ при изменении напряжения сети;
- Контроль затопления насосной станции;
- Защита от самопроизвольного запуска;
- Экстренное отключение питания (E-STOP);
- Защита оборудования насосной станции от замерзания и перегрева за счет автоматического управления инженерными системами вентиляции и отопления объекта;
Оборудование для автоматизации насосной станции.
Для автоматизации насосной станции необходима установка:
- Комплекса контрольно-измерительных приборов позволяющих контролировать параметры технологического процесса;
- Шкафов управления исполнительными механизмами. Такими как, насосы, задвижки, обогреватели, вентиляторы системы вентиляции, установки очистки и обеззараживания воды и т.д.
- Шкафа управления насосной станцией;
- Оборудования ОПС;
- При включении объекта в систему диспетчеризации, также потребуется установка оборудования связи, для вывода информации в диспетчерский пункт и АРМ оператора в диспетчерском пункте;
В различных проектных решениях функции управления отдельными элементами инженерной системы объекта могут объединяться в один шкаф управления.
Например:
- шкаф управления насосами может также управлять и задвижками;
- шкаф управления насосной станцией, помимо главного контроллера, может содержать в себе силовые коммутационные аппараты, управляющие системой вентиляции, отопления, освещения или всеми исполнительными механизмами инженерного объекта в целом. Также, шкаф управления насосной станцией, может быть укомплектован оборудованием связи обеспечивающим передачу информации на верхний уровень и интеграцию объекта в SCADA систему предприятия.
