Шкаф управления насосами - виды, функции, назначение и принцип работы

Область применения.

Так как работа шкафов основана на принципах автоматики управления – постоянный или регулярный контроль изменений наблюдаемых параметров системы, то область использования таких шкафов практически неограниченна. К примеру, шкаф может применяться для автоматического выбора оптимальных режимов работы электродвигателей, насосов. А управление шкафами может быть организовано в автоматическом и ручном режиме. Почти всегда использование шкафа управления позволяет сократить потребление электроэнергии, обеспечить защиту электродвигателям от перегрузки и токов короткого замыкания, что однозначно продлит срок эксплуатации самих электродвигателей.

Часто щит автоматики не нужно проектировать, ведь есть уже готовые проекты, реализующие стандартные схемы, к примеру, управление освещением, управление электрооборудованием. А если нужно разработать шкаф с частотным приводом для регулирования работы насосной станции, то приготовьтесь к длительному процессу проектирования, изготовления, монтажа и пусконаладки.

Если вы владелец загородного дома или дачи с автономным водоснабжением, то, наверно, хоть раз задавались вопросом, как сделать так, чтобы насосное оборудование работало более эффективно и продолжительно, а также имело несколько удобных режимов работы. Кроме того иногда для обеспечения дома водой и полива огорода используются сразу два насоса, поэтому необходимо согласовать и автоматизировать их работу. Ответ на все вопросы вы получите, когда узнаете, что такое шкаф управления насосами, а также, зачем он нужен.

Главным назначением распределительных шкафов является управление электродвигателем одного или сразу нескольких насосных агрегатов. При этом тип насоса значения не имеет. Это может быть оборудование погружного типа либо скважинный или дренажный насос.

Причём назначение насосного оборудования может быть разным. Например, агрегат погружного типа нужен для эффективной работы отопительной системы, обустройства водоснабжения загородного дома или создания системы пожаротушения. А вот дренажный насос вместе со шкафом управления пригодится для перекачивания жидкости.

Если же вы установите шкаф управления для координации работы скважинного насоса, то, наконец, обретёте долгожданное спокойствие и отдых, поскольку отныне вам не нужно следить за работой оборудования, всё это будет делать автоматика, расположенная в шкафу. При этом данное устройство сможет выполнять следующие функции:

оборудование будет обеспечивать безопасный и плавный запуск двигателя насосного агрегата; автоматика сможет регулировать работу частотного преобразователя; помимо этого устройство будет отслеживать давление в системе, уровень воды, а также её температуру, что очень важно для своевременного включения и отключения насосного оборудования. Функции шкафов управления двумя и более насосами ещё обширней:

Функции шкафов управления двумя и более насосами ещё обширней:

если агрегат заметит, что один из насосов работает в аварийном режиме, он тут же подключит к работе второй насос;
поскольку автоматика шкафа управления будет регулировать попеременную работу каждого из насосов, общая изнашиваемость насосных агрегатов наступит позднее;
если одни из насосов длительное время будет находиться без работы, оборудование сможет защитить его от заиливания;
благодаря такому устройству вы вручную сможете заблокировать работу одного из насосов;
автоматика шкафа имеет разные программы управления несколькими насосами;
при необходимости вы можете получить полные данные о работе каждого агрегата по отдельности.

Критерии правильного выбора шкафа

Поскольку в системах водоснабжения, пожаротушения и других часто встречаются требования по синхронному подключению нескольких устройств, то для решения этой задачи потребуется ШУН. При его приобретении необходимо учитывать, как уровень качества изделия, так и рабочие показатели нагрузок, на которые оно рассчитано.

Но выбрать щит для управления дренажными насосами с хорошей комплектацией – это не все

Важно чтобы система управления была совместима с обслуживаемым оборудованием. Например, если предстоит использование шкафа управления КНС в комплексе с насосами нового поколения, то нужно остановиться на современной модели

Обычно систему выбирают таким образом, что ее год изготовления был таким же, как и у оборудования.

Чтобы добиться эффективной работы, быстрой окупаемости и длительного срока службы шкафа управления пожарными насосами необходимо приобретать его в соответствии со схемой гидравлической системы. При грамотном решении этой задачи можно достичь не только высокой надежности, но и ресурсосбережения.

Комплектующие для шкафа управления КНС должны подбираться с учетом имеющегося насосного оснащения.

Щит управления КНС

Для бесперебойной работы системы будут необходимы:

Датчики давления;
Преобразователи;
Электромагнитные пускатели;
Сетевые дросселя;
Контроллеры.

Кроме качественных показателей покупатели часто обращают внимание и на стоимость оборудования

Здесь важно не стараться выбрать самую дешевую модель ШУН шкафа управления насосами. Так как такие устройства обычно не отличаются высокой надежностью и на рассчитаны на длительные сроки эксплуатации

Так как такие устройства обычно не отличаются высокой надежностью и на рассчитаны на длительные сроки эксплуатации.

Обзор популярных моделей

Среди представленных на отечественном рынке ШУН есть бренды уже успевшие зарекомендовать себя с лучшей стороны. К таким изделиям относится ШУН Grundfos. Оборудование этого производителя предназначено для управления работой дренажных и фекальных насосов следующих видов:

SEG;
SEV;
AP.

При этом шкафу отводится роль коммутирующего устройства. Он при помощи кабелей соединяет насос с системой и поплавками. Шкафы управления дренажными насосами марки Grundfos могут подключаться к сети на 220В и 380В. Если в маркировке, выбранной вами модели, присутствует латинская буква D – это означает, что изделие предназначено для управления 2 насосами.

Модель Grundfos

Модельный ряд продукции Грундфос представлен достаточно широко. В него входят ШУН отличающиеся комплектацией и техническими характеристиками. Однако все они способны выполнять следующие функции:

Управление насосом;
Автоматический запуск при длительном простое;
Контроль уровня жидкости с выводом данных на панель индикации;
Регулировку.

Эксплуатация шкафов управления насосом входящих в ОКОФ возможна при температуре от минус 20 до плюс 40°C.

Большинство моделей Грундфос оснащены блоком электронной защиты двигателя от:

Сухого хода;
Падения напряжения;
Отсутствия фазы.

Не менее популярной маркой являются и шкафы КНС Alpha Control KNS. Они предназначены для организации работы канализационных станций и обеспечивают автоматическое управление их оборудованием. Шкафы этой марки защищают насосы от факторов, приводящих к выходу из строя и способны управлять любыми моделями агрегатов.

Благодаря использованию такого оборудования можно добиться равномерной выработки ресурса насосов. Базовая схема ШУН позволяет управлять двумя и более приборами по принципу основного и резервного.

Заключение

Анализируя изложенную выше информацию можно сделать вывод, что использование ШУН позволяет не только добиться эффективной работы оборудования, но и сэкономить электроэнергию. Поэтому они находят широкое применение в различных сферах деятельности человека.

Особенности конструкции и предназначение

Если рассматривать работу шкафа, который осуществляет управление разнотипным насосом, то в качестве основных задач можно выделить следующие:

Контроль функционирования электропривода насосного оборудования, а главное, что это возможно посредством перехода на ручной или автоматизированный режим управления;
Мониторинг величины давления в системе, температуры транспортируемой жидкости, а также уровня воды в скважине;
Выравнивание показателей электрических параметров (тока на клеммах электродвигателя и частоты вращения вала).

Схема шкафа для управления насосной станцией

Щит управления насосами способен организовать работу одновременно нескольких электроприводов, однако, в этом случае необходимо расширить функционал оборудования посредством добавления аппаратуры. Для того чтобы обеспечить более длительный срок эксплуатации насосной станции рекомендуется ввести периодичное включение агрегатов. Это позволит снизить интенсивность износа подвижных частей механизма.

Вне зависимости от целевого назначения (противопожарная, дренажная или водоотведения) состав оборудования системы управления разнотипного насоса будет включать в себя следующие элементы:

Металлический корпус, в котором предусмотрены элементы крепления аппаратуры (DIN-рейки) и короба для прокладки проводов. Кабели заводятся в шкаф через металлические отверстия, закрытые сальниками. Обычно они располагаются в верхней или нижней части корпуса.
Передняя панель, она же – дверь шкафа. На ней устанавливаются коммутационные элементы (кнопки запуска и остановки работы установки, а также переключатель режимов работы). Дополнительно схема управления насосом предполагает наличие индикации на передней панели, что позволит выполнять мониторинг значений основных параметров.
Узел контроля нагрузок на фазах. Его рекомендуется располагать на входе аппаратной части шкафа.
Контактор отвечает за подачу электроэнергии и отключение агрегатов от источника питания.
Предохранитель. Этот элемент обеспечивает защиту аппаратуры на случай возникновения «пробоя» или короткого замыкания.
Элементы контроля значений основных параметров – датчики, выполняющие управление разнотипным насосом по давлению и температуре. В ситуациях, когда эти величины значительно отличаются от нормального уровня, оборудование попросту не включится или, наоборот, своевременно отключится.
Блок управления насосом, куда входят различные датчики: отключения и включения насосного агрегата, а также датчик переполнения. Отличительной чертой данного узла является необходимость ввода клемм в скважину, гидробак.
Частотное автоматизированное управление насосом позволяет контролировать работу привода, а именно – вала асинхронного электродвигателя. Реализуется данная возможность посредством частотного преобразователя.

Именно такая комплектность оборудования принята за основу подавляющим большинством заводов-изготовителей. Разумеется, в зависимости от исполнения шкафа состав аппаратной части может несколько отличаться, что позволяет получить установку с дополнительными функциями и возможностями.

Образцы электронно-технических схем подключения

Сборка оборудования происходит в производственных условиях, там же составляются принципиальные схемы шкафа управления насосами. Наиболее простыми являются схемы подключения одного насоса, хотя комплект дополнительных приборов может усложнить установку.

В качестве образца возьмем ШУН-0.18-15 (компания Рубеж), предназначенный для ручного и автоматического управления электроприводами насосной станции. Схема управления выглядит следующим образом:

На крышке корпуса расположены кнопки включения/выключения, тумблер, отвечающий за выбор режима работы, комплект индикаторов, сигнализирующих об исправности системы (+)

Производитель реализует 19 базовых исполнений, которые отличаются мощностью электродвигателя насосной станции – от 0,18 кВт до 55-110 кВт.

Внутри металлического корпуса находятся следующие элементы:

автоматический включатель;
реле защиты;
контактор;
источник резервного питания;
контроллер.

Для подключения необходим кабель с сечением 0,35-0,4 мм².

Образец подключения модели ШУН-0.18-15 (для дренажного или пожарного насоса) от производителя Рубеж с одним приводом и контроллером, регулирующим работу оборудования (+)

ШУНы Грантор, предназначенные для дренажных работ, управляют асинхронным двигателями и имеют два варианта управления: ручной и автоматический. Ручная регулировка производится с лицевой панели корпуса, автоматическая действует от внешних сигналов реле (электродных или поплавковых).

Тройная схема с изображением работы шкафа на 1, 2 и 3 насоса с поплавковой автоматикой. При наличии 2 и более насосов предлагается распределение нагрузки между рабочим и резервным оборудованием

Принцип работы ШУНа в автоматическом режиме: с критическим понижением уровня воды в водозаборной скважине и срабатыванием поплавка №1 останавливается работа всех насосов. При нормальном состоянии уровня жидкости срабатывает поплавок №2 и запускается один из насосов. При срабатывании других поплавков, находящихся на более высоких уровнях, вводятся остальные агрегаты.

Особенности установки станций контроля

Все без исключения исполнения ШУН являются сложными устройствами, работающими от электрической сети, а это значит, что устанавливать, вводить в эксплуатацию, обслуживать и ремонтировать оборудование необходимо согласно инструкции производителя. Правила, изложенные в инструкциях различных моделей, могут отличаться, так как конструкции механизмов и технические характеристики также различны.

Несколько общих важных правил:

Монтаж производится в зоне, защищенной от взрывов.
Температура и влажность в помещении должны соответствовать параметрам, обозначенным производителем (например, температура от 0?С до +30?С).
Подключение электрооборудования должно производиться лицом, имеющим специальный допуск.
Параметры ШУН должны совпадать с параметрами всего подключаемого оборудования.
Монтаж выполняется согласно принципиальным схемам, приведенным в приложении к инструкции.
Сечение кабеля должно совпадать с данными, указанными в инструкции.

Бытовые станции управления, расположенные в частном секторе, подчиняются тем же требованиям, что и производственные пункты контроля. Их необходимо установить в сухом и теплом месте, удобном для обслуживания. Это может быть цокольный этаж, специально отведенное помещение, пристройка к дому или защищенная подсобка.

Подключение следует производить после того, как полностью установлена система водоснабжения, подведен напорный трубопровод, проложены кабели, собраны узлы, проведена изоляция всех электрических элементов. Подключив ШУН, следует проверить его работу и в ручном, и в автоматическом режиме.

Сферы применения шкафов управления на базе частотника

Шкаф управления с частотным (регулируемым) приводом может работать в производственных помещениях, цехах, общественных местах (помещениях), административных зданиях, развлекательных учреждениях, спортивных залах, клубах, вокзалах и прочих больших зданиях. Могут применяться в отдельных тепловых пунктах системы городского парового отопления, в системе водоснабжения больших объектов и небольших сёл, в котельных.

Шкаф управления с преобразователем частоты обладает несколькими основными функциями:

Поддерживает заданное настройками давление в системе подачи воды.
Контролирует работу системы насосов. При прекращении работы основного насоса система может переключить работу на резервный.
Контроль над попеременным включением и отключением насосов в системе, что позволяет распределить нагрузку на электродвигатели и даст время на проведение ТО.
Позволяет переходить на ручное управление насосной станцией.
Обеспечивает возможность удалённого управления насосами и подключение к пульту диспетчера.

К основным преимуществам применения шкафов управления электродвигателями на базе частотного преобразователя можно отнести:

Существенное понижение расхода электрической энергии.
Увеличение срока службы электрических двигателей, насосных узлов и систем трубопровода.
Максимально сниженный риск возникновения гидроударов в системе трубопроводов.
Облегчение работы персонала по обслуживанию насосов.
Уменьшение расходов на численность обслуживающего персонала.

Как правило, базовая комплектация такого шкафа управления содержит:

АВР. Систему аварийного переход от основного источника питания к резервному.
Частотный преобразователь. Позволяет осуществлять плавный пуск, регулирование давления, поддержание заданного давления за счёт показаний датчиков на выходе.
Программируемый контроллер управления насосной станцией.
Электромонтажные элементы, системы защиты (УЗО, автоматы отключения, и прочие).
Панель управления и выводы сигнальных ламп.
Опционально может иметь место и сетевой концентратор со стабилизатором напряжения. Он нужен для интеграции шкафа в диспетчерскую систему управления, а стабилизатор нужен для того, чтобы помехи в сети питания, которые возникают от работы частотника, не вывели из строя сетевой концентратор.

Такая комплектация, как правило, окупается в срок до двух лет. Может и раньше. Чем больше мощность насосной станции и чем больше она обслуживает площадей, тем быстрее окупается шкаф управления.

Дополнительно шкаф управления может обеспечивать:

Комплексную защиту работы и состояния электрических двигателей (за счёт контроля потребляемого тока, определения температуры обмоток), времени непрерывной работы.
Немедленный переход из автоматического режима в ручной с предоставлением полного контроля процесса работы оператору.
Управление микропроцессором, согласно данным сигналов датчиков перегрузки, давления, определения отсутствия воды в системе.
Автоматическую остановку насос, если пропала вода в системе (с выводом соответствующего сигнала на панель управления и/или передачу сигнала тревоги диспетчеру).
Остановка насосов при получении сигнала о перегреве или заклинивании крыльчатки насоса.
Также может быть остановлен при полном отсутствии сигнала (выход из строя датчика).
Остановка насосов при обнаружении короткого замыкания в обмотке или в системе питания станции.
Отключение питания двигателей, при обнаружении ошибочного подключения фаз. Система сможет автоматически включить питание, как только ошибка будет устранена.
Обеспечение автоматической взаимной подстраховки электродвигателей.
Отображение состояния каждого двигателя в системе. Сигнал может быть выведен как на панель управления, так и отправлен диспетчеру через сетевой интерфейс.
Выведение на панель управления сигнала об аварии самого частотника.
Попеременное программируемое управление двигателями, автоматическое назначение каждого из двигателей основным, по мере необходимости.
Установление запрета на пуск определённого двигателя, в работе которого обнаружена критическая ошибка (заклинивание ротора, перегрев, сильно завышенное потребление тока).
Защита корпуса по европейским стандартам безопасности (влага, температура, огонь).

Применение шкафов с частотным управлением позволило вывести системы управления насосными станциями на высокий технологичный уровень. Сегодня развитие диспетчерского управления гидронасосами позволяет десяти сотрудника диспетчерской управлять гидросистемой большого города, без ущерба качеству работы гидромагистралей и систем отопления.

Как работает автоматика и защитные механизмы

Автоматика регулирует функционирование поверхностного и погружного электрического насоса. При его включении происходит отключение цепи питания в приборах, которые реагируют на любые изменения в подаче жидкости. Размыкание осуществляется при помощи контактов или усиленных радиодеталей для этой воды под большим напором.

Насосная станция в скважине.

Управление насосом по давлению

Реле для погружного насоса монтируют на водоподающую магистраль. Она крепится на штуцер, который располагается на гидравлическом аккумуляторе. Реле — это главный управляющий элемент. Его устанавливают во все системы подачи воды.

Оно помогает остановить поступление электричества, если повышается показатель давления в системе до верхней отметки. Мембрана смещается, потому что на нее давит жидкость. Механизм размыкает внутренние контакты. В корпусе предусмотрены регулировочные винты, которые можно настроить, выставить предельное значение давления внутри системы.

Реле давления с защитой от работы на сухую

Принцип подключения реле давления с защитой от работы на сухую.

Помпа защищается от поломок при помощи реле, который отвечает за работу холостого хода. Этот автоматический элемент устанавливается рядом с другими узлами. Электрический прибор разрывает цепь подачи энергии в момент снижения напора внутри системы до максимального значения.

Задать границы срабатывания автоматики можно при помощи регулировочных винтов. Они находятся под крышкой. Для подключения проводов используют разъемы.

Разновидности поплавковых механизмов

Поплавковые механизмы применяются в качестве отдельных деталей или встроенных в систему водоснабжения. Они замыкают или размыкают контакты во время изменения положения поплавковой головки.

Внутри есть шар, который давит на рычаг и контакты. Когда жидкость поступает в емкость, то отключается подача электричества, если достигнута верхняя граница. Поплавок не защищает насос, а предотвращает затопление дома.

Контролирование работы по уровню воды

Поплавок выключатель для насоса.

Когда в скважине снижается уровень воды, то помпа выходит из строя. Водяное охлаждение обмотки в двигателе отсутствует, если не предусмотрены датчики. Производители изготавливают погружные насосы, которые отключаются при отсутствии воды в скважине.

Электрические насосы с поплавковыми выключателями применяют исключительно в колодцах. В скважинном канале нет свободного места. Поплавок — это просто устройство, которое включает в себя металлический шар и рычаг.

Он замыкает контакты при отсутствии воды в системе прерывает поступление напряжения на обмотку электрического двигателя.

Пресс контроль

Это устройство управляет насосом. На его работу влияет уровень жидкости в трубопроводе. Пресс-контроль — намагниченный лепесток, который находится в воде. Когда жидкая среда проходит свободно, он располагается в приподнятом состоянии. При понижении уровня воды шторка опускается и происходит размыкание контактов геркона.

Шкафы управления освещением (ШУО)

ШУО – станция, которая управляет всеми элементами освещения. Алгоритм освещения может быть совершенно разным в зависимости от требований проекта.

ШУО состоит из следующих элементов:

ручной механизм запуска освещения
электронный коммутатор нагрузки
резервный аккумулятор
выключатели
электрический предохранитель
автомат защиты от превышающего показателя тока
внешний кабель-канал

Удобство работы с ШУО достигается за счет дополнительного переключателя. С помощью него можно выбрать один из трех режимов работы: ручного, по таймеру, по фотореле. С помощью встроенных блоков можно задать время включения и выключения.

Краткий обзор популярных моделей

Шкафы управления Grundfos Control MP204 рассчитаны на автоматическое функционирование и защиту одного насоса. Параметры могут настраиваться в ручном и автоматическом режиме, причем существует два пороговых значения: первое – предупреждение, второе – аварийное отключение. Журнал отключений с перечислением причин реагирования хранится в памяти.

Технические характеристики:

Напряжение – 380 В, 50 Гц
Мощность двигателей подключаемого оборудования – от 1,1 до 110 кВт
Температурный диапазон – от -30°С до +40 °С
Степень защиты: IP54

Преимуществом является возможность передачи данных CIU и регулировка параметров через Grundfos GO.

Станции управления насосными агрегатами (СУН) от компании НПО СТОИК. Предназначены для автоматического управления погружными, скважинными, дренажными насосами, способны обслуживать от 1 до 8 подключений.

Образец исполнения СУН 30 кВт в металлическом навесном корпусе с устройством плавного пуска Aucom и преобразователем частоты Delta

Технические характеристики:

Напряжение – 380 В, 50 Гц
Мощность двигателей подключаемого оборудования – от 0.75 до 220 кВт
Температурный диапазон – от -10°С до +35 °С
Степень защиты: IP54

Среди базовых функций – автоматическое включение вентиляции, если показатель температуры внутри шкафа поднимается выше нормы.

Многофункциональные шкафы марки Грантор предназначены для обслуживания циркуляционных и дренажных систем. Возможные режимы работы: циркуляция и дренаж по аналоговому датчику или по реле давления. Два варианта алгоритма работы предполагают совместное или поочередное включение насосов.

Технические характеристики:

Напряжение – 1х220 В или 3х380 В, 50 Гц
Мощность двигателей подключаемого оборудования – до 7,5 кВт на каждый двигатель
Температурный диапазон – от 0°С до +40 °С
Степень защиты: IP65

При возникновении аварийной ситуации и поломки электродвигателя насоса (по причине короткого замыкания, перегрузки, перегрева) происходит автоматическое отключение оборудования и подключение резервного варианта.

Линейки SK-712, SK-FC, SK-FFS марки Wilo предназначены для управления несколькими насосами – от 1 до 6 штук. Несколько автоматических схем упрощают работу насосных станций.

Технические характеристики:

Напряжение –380 В, 50 Гц
Мощность двигателей подключаемого оборудования – от 0,37 до 450 кВт
Температурный диапазон – от +1°С до +40 °С
Степень защиты: IP54

В процессе эксплуатации все технологические параметры отображаются на дисплее. В случае возникновения аварийной ситуации высвечивается код ошибки.

Как работает шкаф управления насосами

Область применения.