Автоматизація водонасосних установок з використанням мікроконтролерів

Станція управління насосом «Каскад-К1М» призначена для автоматичного і ручного управління насосним агрегатом, а також захисту трифазного електродвигуна насоса. Застосовується в системах водопостачання з артезіанських свердловин, при підвищенні тиску і відведення стоків (рисунок 2.1.12).

Базова комплектація « Каскад-К 1М» забезпечує наступні функції:

• Автоматичний режим роботи водопідйом або дренаж від датчиків рівня або датчиків тиску;
  
• Ручне управління за допомогою кнопок пуск / стоп на лицьовій панелі станції;
  
• Контроль і індикацію робочого струму електродвигуна;
  
• Контроль і індикацію аварійного стану; (відображення коду аварії)
  
• Оперативна настройка захисту електродвигуна;
  
• Автоматичне скидання аварії і повторний пуск насосного агрегату, з витримкою за часом.
  

Рисунок 2.1.12. Станція управління насосом «Каскад-К1М»: 1 – кнопочний пост; 2 – сигнальна лампочка; 3 – перемикач; 4 - прилад МПЗК-50; 5 – автоматичний вимикач; 6 – магнітний пускач.

Станція «Каскад-К1М» оснащена оригінальним приладом захисту і управління електродвигуна на основі мікропроцесора - «МПЗК-50».

Мікропроцесорний прилад захисту і контролю "МПЗК-50" призначений для автоматичного керування і захисту відцентрових заглибних електронасосних агрегатів у режимі водопідйому чи дренажу. Автоматичне керування в режимах водопідйому або дренажу виконується по сигналах від датчиків рівня або інших датчиків. Аварійне відключення електронасосного агрегату відбувається при виникненні: неприпустимих перевантажень у момент пуску і робочому режимі; обриву однієї або двох фаз; асиметрії напруги мережі живлення; холостого ходу електродвигуна; короткого замикання в колі електродвигуна; неприпустимо низького дебету води в свердловині. Застосування приладу "МПЗК-50" дозволяє крім того проводити контроль й індикацію робочого струму електродвигуна; контроль і індикацію аварійного стану.

Рисунок 2.1.13. Фронтальна площина приладу "МПЗК-50".

Прилад "МПЗК-50" (рисунок 2.1.13) - конструктивно виконаний в технополімерному корпусі, в середині якого розміщені елементи контролю, індикації й комутації. На кришці приладу розташована лицьова панель із цифровим індикатором струму, світлодіодні індикатори режимів роботи, кнопки керування, органи настроювання.

Індикатор струму відображає: величину робочого струму або струм настроювання , А ; код аварійного режиму, при якому спрацював захист. Індикатори режиму роботи показує стан обраного режиму: "Ручний"; "Автоматичний – водопідйом" (датчики рівня/датчик тиску); "Автоматичний – дренаж".

Кнопки керування: "Уставка" - переводить режим роботи індикатора струму з робочого режиму, у режим настроювання параметрів захисту; "Скидання" - призначені для відключення режиму "Аварія" і відновлення режиму "Робота". При натисканні кнопки "Скидання" раніше задані параметри режиму роботи й параметри захисту зберігаються; "Режим" - призначений для вибору необхідного режиму роботи. При кожнім натисканні кнопки "Режим" відбувається зміна одного режиму на наступний. Кожному режиму відповідає свій світлодіодний індикатор. Для оперативного аналізу причини виникнення аварії в "МПЗК-50" використовуються коди аварій. При виникненні аварії відбувається відключення кола керування електродвигуном і на індикаторі струму відображається в буквено-цифровому виді код аварії:

А1 – обрив однієї з живильних фаз;

А2 – перекіс фаз;

А3 – значення струму споживаного електродвигуном перевищує номінальне значення в 1,25 рази (25% - перевантаження);

А4 – значення струму споживаного електродвигуном перевищує номінальне значення в 1,5 рази (50% - перевантаження);

А5 – значення струму споживаного електродвигуном перевищує номінальне значення в 3 і більше рази;

А6 – холостий хід (електродвигун без навантаження);

А7 – низький дебет води в свердловині - "сухий хід".

Схема підключень електронасосного агрегату з приладом "МПЗК-50" зображена на рисунку 2.1.14. Підготовка установки до роботи здійснюється автоматичним вимикачем QF1.

Робота в ручному режимі:

Натисканням кнопки "Режим", встановлюється режим роботи "Ручний", при цьому буде світитись світлодіод "Ручний". При обраному режимі "Ручний" керування електродвигуном здійснюється оператором від кнопкового поста SB1 "Пуск", SB2 "Стоп".

Робота в автоматичному режимі:

При виключеному електродвигуні вибрати заданий режим роботи з необхідними датчиками (при цьому буде світиться відповідний світлодіод).

В автоматичному режимі керування з датчиками рівня у випадку відсутності води в резервуарі, при подачі електроживлення відбувається автоматичне включення електродвигуна насоса шляхом замикання контактів 4-5 реле керування Р1. При досягненні рівня води в резервуарі до датчика верхнього рівня ВР відбувається автоматичне вимикання електродвигуна насоса шляхом розмикання контактів 4-5 реле керування Р1. При зниженні рівня води в резервуарі нижче датчика нижнього рівня НР відбувається автоматичне включення електродвигуна насоса для подачі води в резервуар і цикл повторюється. Датчики ВР і НР (верхнього і нижнього рівня) установлюються залежно від технічних характеристик резервуара.

Робота в автоматичному режимі керування з датчиками тиску у випадку відсутності тиску стовпа води на датчик тиску, при подачі електроживлення відбувається автоматичне включення електродвигуна насоса шляхом замикання контактів 4-5 реле керування Р1. При замиканні рухомого контакту електроконтактного манометра з контактом верхньої уставки "ВР" відбувається автоматичне вимикання електродвигуна насоса шляхом розмикання контактів 4-5 реле керування Р1. При замиканні рухомого контакту електроконтактного манометра з контактом нижньої уставки "НР" відбувається включення електродвигуна насоса, і цикл повторюється. Якщо у вихідному стані рухомий контакт "ЕКМ" перебуває між контактами "ВР" і "НР", то при подачі живлення електродвигун насоса не включиться. Включення електродвигуна насоса відбудеться по замиканню рухливого контакту з контактом датчика "НР".

Робота в автоматичному режимі керування при дренажі з датчиками рівня прилад "МПЗК-50" необхідно установити на режим роботи "Автоматичний – дренаж". При досягненні рівня води в каналі до датчика "ВР" відбувається автоматичне включення електродвигуна насоса. При падінні рівня води в каналі нижче датчика "НР" відбувається автоматичне вимикання електродвигуна насоса.

Захист електродвигуна глибинного насоса від неприпустимо низького рівня води в свердловинні виконується датчиком "сухого ходу" - "ДСх". Робочому стану заглибного насоса відповідає замкнутий стан датчика сухого ходу "ДСх" відносно "Загального" провідника (датчик "ДСх" перебуває під водою). Аварійному стану заглибного насоса відповідає розімкнутий стан датчика сухого ходу "ДСх" відносно "Загального" провідника (датчик "ДСх" перебуває вище рівня води). У випадку коли датчика сухого ходу"ДСх" не використовується, необхідно встановити перемичку між виводами 9 і 10 клемного гвинтового затискача "МПЗК-50"

Рисунок 2.1.14. Принципова електрична схема електронасосного агрегату «Каскад-К1М» з приладом "МПЗК-50" .

При виникненні аварійної ситуації "МПЗК-50" розімкне контакти 4-5, реле керування Р1, кола керування електродвигуна і на індикаторі струму зафіксує код аварії. По коду аварії оперативно можна визначити причину відключення електродвигуна. Для поновлення роботи електродвигуна необхідно усунути причину виникнення аварії і натиснути кнопку "Скидання".

Для дистанційного контролю роботи й аварії електродвигуна можна використати контакти реле керування Р2. У робочому режимі "МПЗК-50", контакти 6-7 замкнуті, а 7-8 розімкнуті. При виникненні аварії розмикаються контакти 6 -7 і замикаються контакти 7- 8.

Пристрій для керування заглибними насосами САУ-М2 використовується в системах автоматичного підтримання рівня рідини в резервуарах, накопичувальних місткостях, відстійниках, а також в системах автоматичного осушення.

Пристій виконує слідуючі автоматичні функції:

• автоматичне заповнення резервуару до заданого рівня ;
  
• автоматичне осушення резервуару до заданого рівня ;
  
• захист заглибного насоса від «сухого» ходу.
  

Пристій працює з різними по електропровідності рідинами: водопровідною, забрудненою водою, молоком і харчовими продуктами (слабокислотними, лужними і ін.).

Автоматичне заповнення резервуару (бака) до заданого рівня здійснюється приладом слідуючим чином (рис 2.1.15.). Коли рівень рідини в резервуарі (баку) доходить до нижньої відмітки, на якій встановлений довгий електрод датчика бака, резервуар автоматично заповнюється до верхнього рівня, на якому встановлений короткий електрод датчика бака.

До входів САУ-М2 підключаються два трьохелектродні кондуктометричні датчики:

• датчик рівня рідини в баку (заповнюваної місткості);
  
• датчик рівня рідини в свердловині (місткості, призначеної для відбору рідини).
  

Компаратори 1...4 сприймають сигнал від датчиків і порівнюють значення вхідного сигналу з заданим значенням і видають (відповідно до умов блоку логіки 1) сигнал на включення або виключення реле «НАСОС», до якого підключений електропривод насоса.

Реле «НАСОС» включається при осушенні електроду нижнього рівня (тобто довгого електроду) датчика бака або вимикається при затопленні електроду верхнього рівня (тобто короткого електроду) датчика бака.

При використанні САУ-М2 для осушення резервуару до входу приладу підключається тільки один датчик — рівня рідини в свердловині (місткості, призначеної для відбору рідини). Реле «НАСОС» вимикається при осушенні довгого електроду (тобто електроду нижнього рівня) датчика.

Прилад САУ-М2 має регулятор чутливості, що дозволяє змінювати рівень опорних сигналів компараторів. Обертанням ручки регулятора на лицьовій панелі прилад легко настроюється для роботи з різними по електропровідності рідинами.

При осушенні довгого електроду (тобто електроду нижнього рівня) датчика свердловини реле «НАСОС» вимикається, що приводить до блокування роботи насоса. На лицьовій панелі приладу при цьому включається світло-діод «блокування».

Рисунок 2.1.15. Функціональна схема приладу.

На лицьовій панелі приладу розташовані 3 світлодіодних індикатори, що сигналізують постійним свіченням про наявності живлення на приладі, включенні електроприводу насоса та блокуванні роботи насоса при осушенні датчика рівня рідини в свердловині.

Ручка потенціометра -регулятора чутливості - служить для первинної наладки приладу залежно від електропровідних властивостей рідини.

Технічна характеристика приладу.

• Номінальна напруга живлення приладу - 220 В частотою 50 Гц;
  
• Допустимі відхилення напруги живлення від номінального значення -15...+10 %;
  
• Кількість датчиків, що підключаються - два 3-х електродних;
  
• Тип датчиків - кондуктометричний;
  
• Кількість вбудованих вихідних реле - 1;
  
• Макс, допустимий струм, комутований контактами вбудованого реле - 8 А при 220 В 50 Гц;
  

Рисунок 2.1.16. Схема підключення САУ-М2 при використанні його для заповнення резервуару за допомогою заглибного насоса із захистом від «сухого» ходу (У відсутність необхідності захисту від «сухого» ходу на клеми 4,5,6 ставиться перемичка)

Напруга на електродах датчика рівня - не більш 12 В пост, струму;

Опір рідини, що викликає спрацьовування датчика -не більш 500 кОм ;

Тип корпусу - настінний Н;

Габаритні розміри корпусу -130х 105x65 мм;

Ступінь захисту корпусу - 1Р44;

Умови експлуатації приладу: температура навколишнього повітря - 1... +50 °С; амосферний тиск - 86... 106,7 кПа ; відносна вогкість повітря (при +35 °С) не більш 80 %.