13 | 11 | 2019

Навчальний посібник Автоматизація технологічних процесів і систем автоматичного керування (частина 1)

ЗАПИТАННЯ

1. Для чого використовується баштова водонасосна установка? 2. З якого основного обладнання складається баштова водонасосна установка? 3. Які засоби автоматизації використовуються в баштовій водонасосні установці з контролем рівня води в баку? 4. Які засоби автоматизації використовуються в баштовій водонасосні установці з контролем тиску води в водопроводі?

ТЕСТИ

1. Використовуючи принципову електричну схему баштової водонасосної установки типу ПЕТ вкажіть для чого використовується датчик рівня SL1?

A. Для автоматичного вмикання електродвигуна насоса при заповнені бака водою.

B. Для автоматичного вмикання електродвигуна насоса при знижені води в баку.

C. Для автоматичного вимикання електродвигуна насоса при заповнені бака водою.

2. Використовуючи принципову електричну схему баштової водонасосної установки типу ПЕТ вкажіть для чого використовується датчик рівня SL2?

A. Для автоматичного вмикання електродвигуна насоса при заповнені бака водою.

B. Для автоматичного вимикання електродвигуна насоса при заповнені бака водою.

C. Для автоматичного вмикання електродвигуна насоса при знижені води в баку.

3. Використовуючи принципову електричну схему баштової водонасосної установки типу ПЕТ вкажіть які несправності виникли якщо в автоматичному режимі не вимикається електродвигун насосА?

A. Поломка або обрив проводу в колі датчика рівня SL1

B. Обрив в колі – перемикач SА, резистор R2, діодний міст VD, котушка реле КV, датчик рівня SL1.

C. Обрив в колі – перемикач SА, контакти реле КV:1 ,

4. Використовуючи принципову електричну схему баштової водонасосної установки типу ПЕТ вкажіть які несправності виникли якщо в автоматичному режимі установка вмикається дуже часто?

A. Не здійснюється двохпозиційне керування із – за обриву в колі датчика SL1.

B. Не здійснюється двохпозиційне керування із – за обриву в колі датчика SL2

C. Не здійснюється двохпозиційне керування із – за обриву в колі розмикаючого контакту проміжного реле КV:1.

5. В яких режимах працює водонасосна установки типу ПЕТ?

A. В автоматичному і ручному.

B. В ручному.

C. В автоматичному.

6. В якому місці розміщають датчики “сухого ходу” водонасосної установки?

A. На рівні електродвигуна з насосом.

B. Вище електродвигуна з насосом.

C. В водонапірній башті.

7. Використовуючи принципову електричну схему водонасосної установки З контролем по тиску в напірному водопроводі вкажіть для чого використовується реле часу КТ?

A. При вимиканні в напірному трубопроводі виникає короткочасне зниження тиску що приводить до спрацювання контакту 2 реле тиску SР, але контакти реле часу подають напругу на КМ.

B. В положенні 2 подається напруга на реле часу КТ яке своїм контактом вимикає магнітний пускач КМ і електродвигун з насосом

C. При включенні в напірному трубопроводі виникає короткочасне підвищення тиску що приводить до спрацювання контакту 2 реле тиску SР, але контакти реле часу подають напругу на КМ.

2.1.4. Безконтактні станції керування насосними агрегатами

Розвиток систем керування баштовими водонасосними установками вимагає впровадження ефективних та надійних засобів керування і захисту електронасосного агрегату. Так в релейно-контактних схемах керування, для захисту електродвигуна насоса замість автоматичних вимикачів і теплових струмових реле використовують пристрої фазочутливого захисту ФУЗ.

На заміну релейно-контактним станціям керування водонасосними установками з заглибним електронасосним агрегатом використовують безконтактні станції. Вони дорожчі, але подорожчання окупається збільшенням терміну служби і надійності роботи як самої системи керування, так і електродвигуна. Серед найбільш розповсюджених це станції керування ШЕТ, "Каскад" та "УСУЗ".

Безконтактна станція керування типу ШЭТ виконана на напівпровідникових логічних елементах. У порівнянні з контактними схемами безконтактні станції дорожчі, але подорожчання окупається збільшенням терміну служби і надійності роботи як самої системи керування, так і електродвигуна. Для захисту електродвигуна від перевантажень і коротких замикань мається спеціальний блок захисту.

Принципова схема станції (рис. 2.1.9) працює в такий спосіб. Коли у водонапірній башті немає води, то контакти верхнього SL1 и нижнього SL2 рівнів розімкнуті. Унаслідок цього на входах Вх.5 і Вх.6 здвоєного логічного елемента АБО— НІ сигнали відсутні, а на його виході сигнали з'являються і через діоди VD8 і VD9 надходять на підсилювач У, що підсилює вхідний сигнал і викликає спрацьовування проміжного реле КV та загоряння сигнальної лампи HL. Реле КV своїми - контактами включає магнітний пускач КМ, а останній — електронасос М. В міру заповнення башти водою спочатку замикаються контакти SL2 датчики нижнього рівня, а потім контакти SL1 верхнього рівня. При замиканні контактів SL2 на Вх.6 подається негативний потенціал, унаслідок чого на діоді VD9 вихідний сигнал зникає, а на діоді VD8 вихідний сигнал є, завдяки цьому насос не відключається. Коли вода замикає контакти SL1 датчика верхнього рівня, на Вх.5 надходить сигнал, а на діоді VD8 вихідний сигнал зникає. Унаслідок цього лампа НL і реле КV відключаються, що викликає вимикання електронасоса.

При витраті води спочатку розмикаються контакти SL1 верхнього рівня, але це не приводить до включення електродвигуна, тому що замість вихідного сигналу від датчика на вхід Вх.5 через діод VD7 і коло КV подається негативний потенціал від джерела — 24В. При розмиканні контактів SL2 нижні рівні на Вх.6 сигнал зникає, що викликає автоматичне повторне включення електронасоса.

Логічні елементи Т-202, витримки часу D і АБО елемент разом із блоком живлення БЖ2 захищають двигун від перевантажень і від роботи в аварійних режимах. Датчиком струму є трансформатор струму ТА, випрямлений струм якого надходить на потенціометр . Движком потенціометра встановлюють значення струмів спрацьовування захисту при перевантаженнях і коротких замиканнях електродвигуна. При струмах перевантаження спрацьовує безконтактне реле Т-202, з якого надходить на вхід Bх.3 сигнал, що викликає спрацьовування елемента витримки часу D. З елемента D сигнал з витримкою часу через елемент АБО надходить на вхід Вх.5 елемента АБО-НІ, що викликає відключення реле КV й електронасоса М. При струмах короткого замикання напруга на потенціометрі зростає в кілька разів, унаслідок цього відкривається стабілітрон VD2 і через вхід Вх.2 на елемент D надходить сигнал, минаючи ланцюжок витримки часу в елементі D. З елемента D сигнал послідовно надходить на входи Вх.4 і Вх.5 і зникає з входу Вх.7, що викликає відключення електронасоса без витримки часу.

Станція ШЭТ дозволяє керувати електронасосом за допомогою телемеханіки. Для цього встановлюють реле прийому телесигналів керування, контакти КV2 і КV1 яких відповідно включають і відключають електронасос. Паралельно контактам можна встановити кнопкові станції для дистанційного включення і відключення насоса.

Логічні елементи живляться від блоку живлення БЖ1, які до напруги підключається вимикачем S.

Рисунок. 2.1.9. Принципова електрична схема керування водонасосною станцією типу ШЭТ.

Комплектний пристрій "Каскад" призначений для автоматичного, місцевого і дистанційного керування відцентровими заглибними електронасосними агрегатами у режимі водопідйому чи дренажу та захисту електродвигунів потужністю 1 – 200 кВт.

Пристрій у залежності від типу шафи керування виконує такі функції:

Автоматичний пуск і зупинка електронасоса в режимі дренажу і водопідйьому в залежності від рівня води в свердловині чи в водонапірній башті;

Автоматичний пуск електронасоса в режимі водопідйьому в залежності від тиску стовпа води водонапірної башти й автоматичний зупинку електронасоса в цьому режимі через час не більш 90 хв;

Місцевий пуск і зупинка електронасоса;

Дистанційний пуск і зупинка електронасоса;

Селективність пуску електронасоса з регульованою витримкою часу. Нижня межа часу 2с ±2с, верхня границя менш 30 с. Селективність забезпечується в місцевому режимі і режимі автоматичного керування за рівнем;

Відключення електронасоса при перевантаженнях, коротких замиканнях і неповнофазному режимі;

Автоматичне відключення електронасоса при зниженні води в свердловині нижче контрольованого значення за час не більш 0,5с для пристрою потужністю 4,5 кВт і вище;

Виключення автоматичного повторного запуску електронасоса після спрацьовування будь-якого виду захисту;

Світлову сигналізацію з розшифровкою аварійного відключення електронасоса (крім відключення при коротких замиканнях і відключення при неповнофазному режимі);

Контроль навантаження в одній з фаз двигуна;

Можливість передачі аварійного сигналу за межі пристрою;

Самозапуск електронасоса при короткочасному зникненні і подальшій появі напруги з регульованою витримкою часу У місцевому режимі і режимі автоматичного керування за рівнем.

Принцип роботи пристрою "Каскад" досить чітко пояснює функціональна схема (рисунок 2.1.10). Режим керування пристроєм "Каскад" місцевий, автоматичний чи дистанційний задається перемикачем SА1. При автоматичному керуванні за рівнем води у водонапірній башті управління електронасосом виконується датчиками КВР, КНР (відповідно контакти датчика верхнього і нижнього рівня) при подачі відповідного сигналу в чарунку ЧКР, яка видає сигнал про вмикання чи вимикання до вихідного вузла ЧУ. З витримкою часу (можна встановити від 2 до 30 с) спрацьовує реле Р1 і вмикає електромагнітний пускач КМ.

Для реалізації режиму "Дренаж" перемикач SА2 встановлюють у відповідне положення (в ящиках, які не мають тумблера "Водопідйом" і "Дренаж" ці режими можна встановити перемичками на платі між точками 78 –79 і 72 – 73 для режиму "Водопідйом" або між точками 72 –78 і 73 – 79 для режиму "Дренаж"). Для режиму "Дренаж" датчики рівня встановлюють каналі. Алгоритм керування протилежний режиму "Водопідйом" - насос вмикається при високому рівні води у каналі і вимикається при низькому.

У режим роботи за тиском пристрій "Каскад" можна перевести, замінивши чарунку ЧКР чарункою ЧКТ в ящику керування ЯНН 5100. Ящики модифікацій ЯГ 5102, ЯЛ5102, ЯЛ 5101 мають окреме виконання для режимів керування за рівнем чи тиском. При керуванні за тиском води у напірному трубопроводі, якщо рівень води у водонапірній башті знижується зменшується статичний тиск водяного стовпа у трубопроводі. При цьому ДТВ замикає свій контакт, а чарунка ЧКТ видає сигнал, що запам’ятовується, підсилюється і надходить до вихідного вузла. Вимикання насоса наступить через певний час, що потрібний для заповнення баку водою ( 5; 14; 24; 33; 43; 52; 62; 71; 80; 90хв ). Указані витримки часу можна встановити за допомогою перемички на роз’ємі "Час роботи насоса". Повторне вмикання насоса здійснюється за командою реле тиску (електроконтактного манометра).

Спеціальна чарунка ЧЗ здійснює захист електродвигуна від перевантажень та сухого ходу із світловою сигналізацією причини вимкнення - лампи "Перевантаження” та ”Сухий хід”. Для електронасосних агрегатів потужністю до 4,5 кВт не передбачається контроль “сухого ходу”, а тому відсутній датчик ДСХ і сигнальна лампа “Сухий ход”. Затискач за номером 36 у цьому випадку з’єднується з нульовим N.

Рисунок 2.1.10. Функціональна схема пристрою "Каскад": QF- автоматичний вимикач; Тр1-Тр3 - трансформатори струму із швидким насиченням; KM - електромагнітний пускач; М - електродвигун насосного агрегату; ДСХ - датчик "су­хого ходу"; ЧЗ - чарунка захисту; ЧЖ - чарунка живлення; РВВм, РВВ - відповідно контакти виконавчих реле вмикання і вимикання електронасосного агрегату в режимі дистанційного керування; КВУ, КНУ - відповідно контакти датчика верхнього і нижнього рівнів води; ДТВ - датчик тиску води у напірному трубопроводі; SА1 - перемикач режимів роботи; ЧК – чарунка керування; ЧКР - чарунка керування за рівнем води; ЧКТ - чарунка керування за тиском води; P1 - вихідне реле блока логіки; НL1, НL2 - сигнальні лампи.

Принципова електрична схема ящика керування ЯГ5102 – 347Б1У2 (рисунок 2.1.11) передбачає автоматичне управління по рівню електронасосом в режимі "Водопідйому". Також станція передбачає місцеве та дистанційне керування електронасосом. Всі функції автоматичного управління, сигналізацію і захист електродвигуна від аварійних режимів виконує блок управління Е1FQ.

Рисунок 2.1.11. Принципова електрична схема ящика керування ЯГ5102 – 347Б1У2 комплектного пристрою "Каскад".

При автоматичному управлінні в режимі "Водопідйому", якщо рівень води в водонапірній башті знижується нижче встановленого рівня ( контакт нижнього рівня КНР розімкнутий) з блока управління поступить сигнал на включення реле K1, яке своїм контактом включить магнітний пускач К2. Електронасос почне працювати. При досягнені водою верхнього рівня КВР, сигнал поступає на вхід блока управління, реле К1 вимкнеться і своїми контактами вимкне пускач К2, електродвигун зупиниться.

Дистанційне управління забезпечується за допомогою реле виконання включення РВВм і реле виконання вимкнення РВВ, які в комплект поставки не входять.

Місцеве управління виконується установкою відповідного режиму перемикачем S1.

Захист електронасоса від аварійних режимів виконується вузлом захисту E2P блока управління. Сигнал захисту електронасоса при перевантаженнях, неповнофазному режимі, коротких замиканнях в електродвигуні чи кабелі живлення формується в трансформаторах струму Т1-Т3. Захист електронасоса від перевантажень побудований по принципу часової оберненозалежної від струму характеристиці, тобто чим більше струм перевантаження, тим менше струм спрацювання захисту. При перевантаженнях струм, що протікає в первинній обмотці трансформатора струму збільшується. Відповідно збільшується величина сигналу, який поступає на вхід блока управління. Досягнувши відповідного при налагодженні рівня спрацювання захисту блок управління вимикає реле К1. При цьому пускач К2 електронасоса вимикається. При знижені рівня води в свердловині нижче контрольного значення ( контакта ДСХ ) спрацьовує захист від "сухого ходу". В пристрої передбачено дублюючий захист електронасоса від перевантажень і коротких замикань, який виконаний за допомогою автоматичного вимикача QF1.

Універсальна станція керування і захисту "УСУЗ" призначена для автоматичного керування і захисту електродвигунів заглибних насосних агрегатів потужністю 0,4 -11кВт, у якій можуть використовуватися датчики будь-якого принципу (електродні датчики рівня, реле тиску, електроконтактний манометр).

Станція забезпечує захист електродвигуна від будь-яких перевантажень з витримкою часу, від неповнофазних режимів, від «сухого ходу», а також сигналізує про зниження опору ізоляції обмоток електродвигуна.

Рисунок 2.1.12. Функціональна схема універсальної станції керування і захисту (УСУЗ) заглибних електронасосних агрегатів.

Станція містить такі основні блоки й елементи (рисунок 2.1.12.): блок А1 - фазочутливий пристрій захисту ФУЗ-М; блок А2 - універсальний двохпозиційний регулятор УДР-2 , що складається з блоку живлення (А2.1), логічного елемента «АБО» (А2.2) і вузла керування (А2.3); блок АЗ - елементи контролю опору ізоляції. До одного входу блоку А2 Можуть бути приєднанні електродний датчик рівня води, реле тиску, електроконтактний манометр (один з приладів), а до іншого – датчик "сухого ходу" (якщо він не встановлюється, то клеми 5-6 з’єднуються перемичкою).

При автоматичному режимі керування вмикають автоматичний вимикач QF1. Тумблер SА1 ставиться в положення «А». Команди на вмикання і вимикання магнітного пускача КМ1 формує двохпозиційний регулятор УДР-2 (Блок А2) за допомогою електродних датчиків рівня SL1, SL2 (реле тиску, чи електроконтактного манометра).

У ручному режимі керування тумблер SА1 ставлять у положення "Р", вмикають тумблер S2, що контактами S2.1 вмикають котушку магнітного пускача КМ1 у мережу. При цьому захист електродвигуна не працює. У ручний режим роботи установку короткочасно може переводити електромонтер, що обслуговує її.

Станція керування може працювати при несправних чи відсутності датчиків рівня води в башті чи датчиків тиску. Для цього необхідно тумблер SА1 встановити в режим "А", тумблер S2 у положення "Вкл.", який розташований на бічній стінці шафи. При цьому забезпечуються всі захисти двигуна.

При перевантаженнях, неповнофазних режимах і коротких замиканнях виробляється сигнал у блоці А1. Контакти вихідного реле блоку захисту спрацьовують і своїми контактами, подають сигнал у блок А2. Двигун з визначеною витримкою часу відключається від мережі.

Контроль опору ізоляції обмоток заглибного електродвигуна здійснюється блоком АЗ у періоди, коли двигун відключений від мережі. При цьому струм протікає по ланцюзі: L3.1 - FU1- VD1 - R1 (чи R2) - SА1 - Опір ізоляції двигуна - N. При зниженні опору ізоляції на резисторі R1 (R2) зростає спадання напруги до величини запалювання неонової лампи НL1. Спочатку перемикачем SА1 підключається резистор R1. Загоряння лампи НL1 сигналізує про зниження опору ізоляції. Перемикач SА1 переводиться на резистор R2, якщо лампа НL1 гасне агрегат експлуатувати допускається. При запалюванні лампи (включений R2) двигун необхідно ремонтувати.