Глава 13 автоматизация насосных станций
ГЛАВА 13
АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
§ 80. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
В качестве импульса, управляющего работой насосов I подъема, следует принимать уровень воды на первом из очистных сооружений на станциях с поверхностным источником водоснабжения (обычно смеситель) или уровень в водосборном резервуаре чистой воды при подземных источниках водоснабжения. В качестве импульсов для управления насосами II подъема принимают: давление в заданной точке распределительной сети; уровень воды в баке водонапорной башни; давление на напорном коллекторе в насосной станции; программное устройство, настроенное в соответствии с режимом потребления воды.
На канализационных насосных станциях импульсом управления работой насосной станции является допустимый уровень воды в приемном резервуаре.
Контролируют эти неэлектрические параметры с помощью измерительной аппаратуры (датчиков и реле), у которой чувствительный измерительный элемент, воспринимая изменения контролируемого параметра, изменяет свои свойства или'размеры.
Датчиком называется элемент автоматического устройства, контролирующего колебания той или иной физической величины и преобразующий эти колебания в изменения другой величины, удобной для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматических устройств.
Реле называют устройства, которые состоят из трех основных органов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного. Воспринимающий орган принимает управляющий импульс и преобразует его в физическую величину, воздействующую на промежуточный орган. Промежуточный орган, принимая сигнал, воздействует на исполнительный орган, который скачкообразно изменяет выходной сигнал и передает его электрическим цепям управления.
В автоматизированных системах управления насосными агрегатами применяют следующие типы датчиков и реле:
. 1) датчики уровня—для подачи импульсов на включение и остановку насосов при изменении уровней воды в баках и резервуарах;
2) датчики давления, или электроконтактные манометры — для управления цепями автоматики при изменении давления в трубопроводе;
¦3) струйные реле — для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в контролируемом трубопроводе;
4) реле времени — для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов;
5) термические реле — для контроля за температурой подшипников и сальников, а в некоторых случаях за выдержкой времени;
6) вакуум-реле — для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе;
7) промежуточные реле — для переключения отдельных цепей в установленной последовательности;
8) реле напряжения — для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении;
9) аварийные реле — для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы.
Электродный датчик уровня. Основными элементами электродного датчика уровня (рис. 13.1) являются блок сигнализации и электроды, устанавливаемые на высоте контролируемого уровня. При достижении уровнем того или иного электрода вследствие электрической проводимости воды замыкаются соответствующие цепи в электрической схеме сигнализации и управления насосными агрегатами.
Датчики давления. В качестве датчика давления используются электроконтактные манометры (рис. 13.2), для которых, так же как и для обычных манометров, применяют трубчатую пружину. Электроконтактные манометры имеют два подвижных контакта — левый, замыкающийся при давлении ниже величины, на которую он установлен, и правый, замыкающийся при давлении, превышающем установленную для него величину. Кроме подвижных манометр имеет один контакт, жестко укрепленный на стрелке. Контактная система и изоляция манометров позволяют включать их в цепи управления напряжением до 380 В переменного тока или 220 В постоянного тока.
Рис. 13.1. Установка датчиков ЭР СУ-2 а приемном резервуаре / — полиэтиленовая труба; 2 — скоба крепления датчика; 3 — металлическая п.ти-та: 4 — блок сигнализации; • 5 — скоба установки датчика; в — электрод; 7 — резиновая прокладка; 8 — штуцер датчика
Узел А
Узел 5
Рис. 13.2. Электроконтактный манометр
1,3 — левый и правый контакты; 2 — стрелка; 4 — устройство регулирования или сигнализации
Рис. 13.3. Датчик контроля за заливкой насоса 1—мембрана; 2—шток; 3—контакты
1—катушка; 2—сердечник; 3—контактные пластинка; 4— контакты; 5—ребро; 6—якорь
Рис. 13.4. Струйное реле I — маягшик; 2 — ось; 3 —.контакты
J
Рис. 13.5. Электромагнитное рел-е
<
Датчик контроля за заливкой насоса. На рис. 13.3 изображен датчик, мембранного типа для контроля за заливкой насоса с помощью вакуум-насоса. При заполнении насоса водой мембрана датчика прогибается,, поднимает шток и замыкает контакты. После снижения давления мембрана возвращается в исходное положение пружиной (на рис. 13.3 не показана). Особенностями датчиков мембранного типа являются их большая чувствительность и способность выдерживать высокие давления.
Струйное реле. Принцип действия струйного реле основан на использовании кинетической энергии жидкости. Движущаяся жидкость отклоняет вращающийся на шарнире маятник, выполненный в виде тонкой пластинки, подвешенной к оси (рис. 13.4). Маятник поворачивается в-направлении движения воды и включает контакты реле.
Реле времени. Для обеспечения выдержки времени между отдельными операциями при автоматическом управлении служат реле времени.
Для получения значительных выдержек времени (от нескольких секунд до нескольких минут) применяют термические реле времени, (термогруппы). Реле состоит из двух неподвижных контактных пружин и двух биметаллических пластинок, на одной из которых намотана нагревательная обмотка. Биметаллические пластинки состоят из двух частей,, выполненных из различных металлов, с разным коэффициентом расширения при нагревании. Обе части пластинки наложены одна на другую и плотно соединены. От тока, проходящего через обмотку, пластинка нагревается и, изгибаясь, замыкает или разрывает контакты в цепи управления. Подобные реле, но несколько измененной конструкции применяют в качестве реле тепловой защиты.
Электромагнитное реле. Это реле наиболее широко используют в схемах автоматизированного управления работой насосных агрегатов и и системах телемеханики. По своему устройству и принципу действия электромагнитные реле (рис. 13.5) очень похожи на магнитный пускатель, только значительно меньше его по размерам и рассчитаны на более слабый ток.
На небольшом стальном стержне круглого сечения (сердечнике) надета катушка с обмоткой из медного изолированного провода. От тока, проходящего через обмотку катушки, сердечник намагничивается и притягивает якорь, укрепленный на корпусе реле и поворачивающийся на ребре. Притягиваясь к сердечнику, якорь поднимает и замыкает элект- л| рические контакты, вклепанные в эластичные (контактные) металличе-
ские пластинки, соединенные с внешней (исполнительной) электрической цепью. Если ток выключить, сердечник размагнитится, якорь под действием пружинящих контактных пластинок возвратится в исходное положение и контакты разомкнутся.
Электромагнитное реле срабатывает от сравнительно слабого тока, но оно может включать электрические цепи, по которым проходит ток .значительно большей силы. Таким образом, реле выполняет роль усилителя, являясь промежуточным звеном между цепью слабого тока и исполнительной (внешней) цепью значительно большей мощности.
-§ 81. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Структурная схема автоматизированного управления насосных агрегатов, являясь замкнутой цепью воздействия отдельных элементов, должна включать:
1) измерительные датчики и реле, реагирующие на изменение неэлектрических величин;
2) преобразователи импульса- изменения незлектрической величины в электрическую;
3) усилители, увеличивающие мощность преобразованной величины для приведения в действие исполнительного механизма;
4) исполнительный механизм, выполняющий необходимые операции для поддержания в заданном режиме параметра, на который настроено автоматизированное управление.
Все указанные элементы независимо от места их установки связаны одной общей схемой, которая составляется в соответствии с технологическим заданием и должна обеспечить определенную последовательность выполнения операций рабочими механизмами, а также необходимые блокировки.
Для автоматического управления работой насосных агрегатов широко применяют электрические релейно-контактные схемы, состоящие из электрических контактов, соединенных в определенной последовательности, и регулирующих устройств, на которые эти- контакты воздействуют.
Основным принципом работы релейно-контактной схемы является последовательность действия отдельных ее элементов. Все элементы,-входящие в релейно-контактную схему, можно разделить на три основные группы: приемные, промежуточные и исполнительные. Каждая релейно-контактная схема состоит из схемы цепи главного тока и схемы цепи управления. Кроме того, релейно-контактные схемы подразделяют на принципиально свернутые и принципиально развернутые. В принципиально свернутых схемах каждый аппарат показан как единое целое (при этом сохраняется конструктивное единство каждого аппарата). В принципиально развернутых схемах каждый аппарат условно разделяется на составные части (обмотки, контакты), которые размещаются в разных местах схемы по признаку включения в отдельные электрические цепи. При составлении схем автоматизации производственных процессов необходимо соблюдать требования ГОСТ 3925—59.
На рис. 13.6 приведена принципиальная развернутая схема автоматического управления электродвигателя насоса дренажных вод. При заполнении дренажными водами сборного приямка до установленного уровня замыкаются контакты первого электродного датчика уровня 1PV, в результате чего катушка магнитного пускателя К получает питание по следующей цепи: «фаза А— катушка магнитного пускателя K-L К-2 — размыкающий контакт теплового реле 1РТ-1—размыкающий контакт теплового реле 2РТ-1 — замыкающий контакт универсального переключателя УП — замыкающий контакт реле 1РУ— фаза В». Магнитный пускатель К срабатывает и подает питание в статор дви*
гателя насоса откачки дренажных вод. В момент работы двигателя, срабатывает реле максимального тока и своим замыкающим контактом РЖ-1 шпунтиру-ет размыкающий контакт электродного датчика уровня 1РУ, который размыкается при убывании воды в колодце.
Когда вода из колодца будет полностью откачана, двигатель насоса начнет работать на холостом ходу, при этом максимальное реле РМ разомкнет свой замыкающий контакт, так как уставка максимального реле .рассчитывается на номинальный ток двигателя. Если насос не успеет откачать дренажные воды и уровень воды в колодце достигнет аварийного, то второй электродный датчик уровня 2РУ замкнет свой замыкающий контакт в цепи катушки промежуточного реле РП, которое контактом РП-1 замкнет
'-Z20B А С<а
РП
„ tPT-J 2РТ-Г К =а =а з упр о4
1РТ d
¦ I rlycx Стоп
¦ tTSr-4
РП7
о схему сигнализации
Рис. 13.6. Принципиальная схема автоматического управления двигателем насоса
2РУ
,ГРУ
PM-1
цепь сигнализации и даст диспетчеру сигнал о затоплении помещения
насосной станции.
§ 82. ПРИМЕРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК И НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
Основными процессами, которые могут выполняться на насосных станциях приборами автоматики, являются:
1) прием и передача управлющего импульса на пуск и остановку насосных агрегатов;
2) выдержка времени как перед пуском после получения командного импульса, так и между отдельными процессами;
3) включение одного или нескольких насосных агрегатов в установленной последовательности;
4) создание и поддержание необходимого вакуума во всасывающем трубопроводе и корпусе насоса перед его пуском;
5) открывание и закрывание задвижек на трубопроводах в заданные, моменты при пуске и остановке агрегата;
6) контроль за установленным режимом работы при пуске, работе и ' остановке;
7) отключение насоса при нарушении установленного режима и включение резервного агрегата;
8) передача параметра режима работы насоса на диспетчерский пункт;
9) защита агрегата от электрических, тепловых и механических повреждений;
10) контроль за отоплением и вентиляцией в помещении насосной станции;
11) охрана от проникания на станцию посторонних лиц;
12) включение и отключение дренажных насосов и насосов, подающих воду на охлаждение и уплотнение сальников фекальных насосов;
13) включение механизированных грабель.
Комплексная схема автоматизированного управления насосной станции обычно состоит из следующих отдельных частей: схемы автоматизации залива насоса; схемы автоматизации задвижки на напорном трубопроводе; схемы автоматизации электропривода насоса; схемы вза-
Рис. 13.7. Принципиальная схема станции управления насосами СУНО-2
имосвязи, обеспечивающей последовательность действия системы в целом и осуществляющей необходимые блокировки, а также автоматическую защиту агрегата и сигнализацию.
Серийный выпуск типовых станций автоматического управления насосными агрегатами в значительной мере облегчает проектирование, получение необходимого оборудования, монтаж и эксплуатацию автоматических устройств насосных станций. Харьковский электромеханический завод выпускает около 20 типов унифицированных станций управления ПЭХ. Орловский завод приборов разработал и приступил к серийному выпуску станций автоматического управления СУНО-1, СУНО-2 л СУНО-3, пригодных для автоматического управления глубинными насосами любого типа. Станция СУНО-1 применяется для управления электродвигателями мощностью до 55 кВт, СУНО-2—до 125 кВт, СУНО-3 — от 125 до 250 кВт.
Станцию СУНО-2 можно применять и для управления горизонталь-
Рис. 13.8. Общеагрегатная схема управления канализационными насосами
ными насосами, для чего в схему введено реле РК.З, контролирующе заливку водой насоса перед его пуском.
Схема станций автоматического управления обеспечивает:
1) местное, автоматическое и телемеханическое управление насо< ным агрегатом;
2) контроль за работой насоса с помощью контактного манометр или струйного реле;
3) блокировку, предотвращающую пуск электродвигателя при отсутствии воды в бачке для смачивания подшипников насоса АТН перед его пуском; для этого устанавливают сигнализатор наличия воды 1СВ (для насосов других типов вместо сигнализатора устанавливают перемычку) ;
4) отключение электродвигателя при нарушении нормального режима работы насосного агрегата, при затоплении водой павильона насосной станции или при перегреве подшипников;
5) сигнализацию при аварийной остановке насосного агрегата и открывании дверей павильона насосной станции.
При местном управлении переключатель ПУ ставят в положение «Местное». При этом замыкаются контакты переключателя 1—2. Агрегат управляется кнопками «Пуск» и «Стоп» (рис. 13.7). При местном управлении схема контроля за работой насоса отключается. При автоматическом управлении переключатель ПУ ставят в положение «Автоматическое». При этом замыкаются контакты переключателя 7—8 и размыкаются контакты 1—2, отключая местное управление. При телемеханическом управлении переключатель ПУ ставят в положение «Телемеханическое». При этом замыкаются контакты переключателя 5—6, 9—10 и размыкаются контакты 1—2 местного управления. Для автоматического управления на клеммной панели станции управления между клеммами 5—5а, 15—15а ставят перемычки. Размыкающий контакт датчика автоматического управления включают на клеммы И и 15, а замыкающий — на клеммы 11 к 23.
При телемеханическом управлении после подачи командного импульса «Включить» по цепи: «клемма ЗЬ — контакты ПУ 5—6 — перемычка 7—7а—размыкающий контакт РПЛ — перемычка 89—5» срабатывает реле включения РКП. Своим замыкающим контактом реле РКН включает реле управления РУ, которое самоблокируется своим замыкающим контактом через размыкающий контакт РО. Другой замыкающий контакт РУ включает катушку пускателя и подготавливает цепь реле контроля за работой насоса РК.
Реле управления РУ работает с выдержкой времени 5 с. Этим достигается восстановление работы насосного агрегата при кратковременном исчезновении напряжения. Одновременно с включением пускателя Л начинает работать реле контроля 1РК. Если насос подает воду, контакты струйного реле СР-1 разомкнутся и реле 1РК возвратится в исходное положение. Если во время работы насоса подача воды снизится, замкнутся контакты реле СР-1, реле РК сработает и его размыкающий контакт включит реле аварии РА. Для деблокирования необходимо выключить автомат и выяснить причину отключения агрегата. Аналогично происходит отключение агрегата при перегреве подшипников, затоплении павильона или при открывании двери павильона.
На рис. 13.8 приведена схема автоматизированного управления насосными агрегатами на канализационной насосной станции.
Главная цепь автоматического управления насосными агрегатам» канализационных насосных станций — не допустить переполнения приемного резервуара выше заданного уровня. Уровень жидкости контролируется электродным сигнализатором* ЭРСУ-2. Датчики-электроды устанавливают на специальной металлической конструкции в приемном резервуаре, а сигнальные блоки — на стене помещения решеток (см. рис. 13.1).
Пуск насосов производится при открытой задвижке. При достижении уровня сточной жидкости Р3 электрод включения 4Д через промежуточное реле 1РУ и магнитный пускатель Л-1 включит в работу первый рабочий насос. Кроме того, промежуточное реле 1РУ через магнитный пускатель Л-2 включит в работу насос гидроуплотнения сальников и прибор КЭП-1 автоматизированного управления механизированными граблями. Если уровень жидкости продолжает повышаться, то при уровне Р2 электрод включения ЗД через реле 2РУ и магнитный пускатель Л-3 включит в работу второй рабочий насос 'и второй прибор КЭП-2. Если второй насос не сработает, то при дальнейшем повышении уровня жидкости в приемном резервуаре до Р2 электрод включения 2Д включит в работу резервный насосный агрегат.
Электрод 1Д сигнализирует о достижении аварийного уровня жидкости в резервуаре и через реле ЗРУ подает импульс на закрывание задвижки в приемно-аварийной камере.
Промежуточное реле РУ электродного датчика включает магнитный пускатель насоса, кроме того, реле РУ блокируется во включенном состоянии через соответствующий электрод отключения (ЗД для второго насоса и 4Д для первого насоса). Такая блокировка обеспечивает последовательность отключения работающих насосов.
При уменьшении уровня сточной жидкости в резервуаре и выходе из жидкости электрода 2Д через заданную выдержку времени реле РВП выключается из работы резервный насосный агрегат. При понижении, уровня до Р% выключается из работы второй насос и через контакт реле 2РУ выключается прибор КЭП-2. При понижении уровня до Рз из жидкости выходит электрод 4Д и выключает из работы первый рабочий насос. Одновременно обесточивается реле 1РУ, которое через свои контакты в цепях управления насосами гидроуплотнения сальников и црибора КЭП-1 выключает их из работы.
Для механизированных грабель решетки предусмотрено местное и автоматизированное управление по программе времени, получаемой с помощью командного электропневматического прибора КЭП-12У. Время работы и пауз механизированных грабель устанавливают по опыту эксплуатации канализационной насосной станции. Прибор КЭП-12У позволяет изменять время включения и отключения от 3 мин до 18 ч.
При защемлении'грабель в прозорах решетки 'срабатывает муфта предельного момента, электродвигатель отключается и включается звуковой сигнал, одновременно лампочка сигнализации подает сигнал на пульт диспетчерского управления.
Глава 14 эксплуатация насосных станций »
Библиотека »
