Шкаф управления насосной установкой

Обновлено: 01.05.2024

Шкаф управления насосами (ШУН)– комплект электрических устройств, разработанных для контроля и регулирования работы насосов и их защиты от внешних негативных воздействий. Эта компактная распределительная станция, способная работать в нескольких режимах, обеспечивает возможность управления одним или несколькими насосами. Это особенно удобно при больших расстояниях между агрегатами. Диапазон применения оборудования очень широк – от организации водоснабжения индивидуальных домостроений до обслуживания тепловых пунктов, пожарных станций, промышленных объектов.

Принцип действия и основной функционал щитов управления насосами (ЩУН)

На объектах, требующих постоянного и бесперебойного водоснабжения, аварийная остановка насосного оборудования является нежелательным, а часто– недопустимым, сценарием. Поэтому для насосных групп ответственного назначения оптимальным решением является установка шкафов автоматического управления, которые решают ряд важных задач:

Дополнительные функции

Современные шкафы управления насосным оборудованием могут решать также еще несколько задач:

Контролировать уровень воды в скважине или резервуаре и принимать адекватные меры в случае ее недостачи.
Фиксировать скачки давления и регулировать оптимальные параметры рабочего режима.
Включать насосы по очереди, чтобы обеспечить их равномерную загрузку.
Автоматически вводить в работу запасной агрегат при выходе из строя основного насоса. Решение о подобных действиях принимает интеллектуальная система.
Вводить автоматически в работу посредством функции плавного пуска один или несколько агрегатов в соответствии с требуемым режимом, когда при пиковых нагрузках мощности одного насоса недостаточно.
При снижении нагрузки – автоматически отключать дополнительные агрегаты.

Стандартная комплектация шкафа управления насосами (ШУН)

Для выбора щита необходимо сначала четко сформулировать функции, которые он должен выполнять. Производители такого оборудования предлагают готовые стандартные схемы, дополняют их по заказу новыми компонентами или изготавливают шкафы по индивидуальным заказам. В стандартный состав шкафов управления насосами входят:

Стальной корпус с панелью управления на фронтальной стороне. Устройство панели может быть разным, но на ней в обязательном порядке присутствуют кнопки «Пуск» и «Стоп», индикаторы, переключатели для управления насосными агрегатами в ручном режиме.
Устройства защиты и предохранители. Например, может быть предусмотрен запрет на одновременную активацию двух насосных установок, которая приводит к перерасходу электроэнергии.
Преобразователь частоты, микропроцессорный модуль – могут устанавливаться по отдельности или в едином блоке.
Узел контроля для регулирования напряжения трех фаз. Включает три датчика, отслеживающих нагрузку на каждой фазе.
Датчик температуры – предохраняет оборудование от перегрева.
Автоматический блок регулирования, который отвечает за плановое и аварийное отключение насосного оборудования.

Современные средства диспетчеризации позволяют управлять щитом на расстоянии. Системы дистанционного оповещения подключаются к GPRS, интернету, радиомодему. При аварийной ситуации включается система блокировки, а сигнал подается на ПК или смартфон.

Схемы подключения шкафов управления насосами

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

Щит предусматривает несколько режимов – «Автоматический», «Ручной», «Отключен».

Ручное регулирование работой насосного агрегата осуществляется с фронтальной панели, а автоматическое происходит по сигналам от реле. На панели также имеются индикаторы состояния.

Типовая схема подключения насоса к ШУН-15

Техника безопасности при монтаже и эксплуатации ЩУН

Перед подключением автоматического шкафа управления насосами необходимо внимательно изучить принципиальные электрические схемы и инструкции производителя. Если условия эксплуатации предусматривают воздействие на щит повышенной влажности и критически высоких или низких температур, то необходимо выбирать модели с дополнительным утеплением и гидроизоляцией. Работоспособность и длительный эксплуатационный период ШУН обеспечены при соблюдении следующих условий:

Оборудование монтируют только во взрывобезопасной зоне.
Температура и влажность в месте установки соответствуют параметрам, указанным в инструкции.
Параметры ШУН совпадают с характеристиками подключаемого насосного оборудования.
Шкаф и насосные агрегаты к нему подсоединяет только лицо с определенной группой электробезопасности.
Монтаж выполняется в соответствии с принципиальными схемами, приведенными в техническом паспорте или инструкции.
Сечение кабеля для подсоединений соответствует величинам, рекомендованным производителем.
После подведения напорного трубопровода, прокладки электрокабелей, сборки всех узлов, устройства заземляющего контура шкаф проверяют в ручном и автоматическом режимах.
Любые действия по обслуживанию и ремонту осуществляют при выключенном щите, который должен быть заблокирован от повторного включения.
Периодически чистят фильтры вентиляции или заменяют их на новые, подтягивают крепежные элементы.
Регулярно проверяют блоки управления. Периодичность таких проверок определяет производитель.

Для облегчения эксплуатации ШУН производители обычно прилагают список с описанием самых распространенных неисправностей и рекомендации по их устранению. Некоторые неисправности можно ликвидировать самостоятельно. Например, сигнал «Авария – низкое давление» выдается системой защиты от сухого хода. В этом случае оператору необходимо проверить уровень воды в скважине или емкости и по возможности предпринять необходимые меры. Устройство будет разблокировано в автоматическом режиме при восстановлении требуемого уровня воды.

Назначение, функционал и стандартная схема подключения шкафов управления насосами

Шкаф управления насосом

Для нормальной работы насосов и системы водоснабжения, отопления, кондиционирования или технологических трубопроводах важно контролировать правильные параметры сети, такие как давление, расход, уровень, температуру, напряжение. Чтобы насосы обеспечивала обеспечивали работу сети и ваши потребности, надо обязательно предусмотреть систему управления насосами, представляющей собой небольших размеров настенный шкаф. Для корректного выбора необходимо разобраться в принципах его работы, установки и разновидностях.

Функции шкафа управления насосом и его комплектация

Сегодня производители предлагают большое количество моделей в зависимости от типа, места использования и других критериев. Также техническое их наполнение бывает разным по причине индивидуальной функциональности каждой из них. Чаще всего покупателям предлагаются готовое стандартное решение, которые не всегда отвечает действительной потребности. Причиной этому является стремление производителей к унификации производимых изделий, а количество вариантов потребностей клиентов безразмерно. Именно из-за этого стала популярна услуга изготовления шкафов управления под индивидуальной объект или техническое задание. К примеру, на рис.1. изображен шкаф управления несколькими циркуляционными насосами т.к. на данном объекте было предусмотрено ветвей отопления.

Рис.1 Шкаф управления циркуляционными насосами

В любом случае есть показатели, которые объединяют все шкафы управления насосами – это оптимизация работы подключенного к ней устройства. Если объекты расположены на большом расстоянии, выручает отличная возможность в управлении с помощью системы удаленного доступа через ПК или планшет.

Автоматическое подключение и отключение двигателей для работы насосов дает возможность экономить время и уделять время более важным вещам. Существует также ряд заданий, с которыми справляется легко только автоматика:

· защита установок от возможного замыкания, перегрева или перекоса фаз;

· определение давления в период скачков и нормализация до оптимального уровня;

· наблюдение за уровнем воды в скважине или защита от сухого хода;

· оптимизация нагрузок между несколькими подключенными устройствами.

Благодаря наличию централизованного управления насосные станции начали работать со значительным увеличении срока эксплуатации. С помощью новых электронных систем появилась возможность программировать агрегаты и подключать их в нужном режиме, к примеру, работа установки только в определенное время или при пиковых нагрузках и тд

Рис.2 Схема автоматизации насосной станции

Каждый сбой или отхождение от нормы фиксируется, а в любой кризисной ситуации начинает работать сигнализация. Что касается затрат на этот счет, то материальная сторона больше всего подвержена изменениям – максимальная экономия энергозатрат и минимизация платы за электричество.

Описание классической комплектации

Присутствие в комплектации конкретных частей и функциональных деталей зависит от количества элементов управления и, их технических и дополнительных возможностей. Стандартная комплектация обычно выглядит одинаково для большинства моделей:

1. Корпус прямоугольной формы из прочного металла. С панелью управления, которая находится на дверце. Механизмы бывает разные, но все имеют индикаторы и кнопки «Стоп/Пуск».

2. Элементы для защиты и предохранители (короткое замыкание, перекос фаз, тепловое реле и пр.).

3. Определенное количество переключателей (у каждой модели оно разное), которые заводят или отключают механизм в ручном режиме.

4. Частотный преобразователь при необходимости корректировки производительности насоса и плавного пуска.

5. Лампочки для световой сигнализации.

6. Набор датчиков, отвечающих за уровень, температуру воды и давления.

Функции, которые выполняет блок управления, имеют непосредственное отношение к некоторым рабочим факторам. К примеру, когда имеется 2 насоса – главный и запасной, для работы установки ставится специальная программа, отвечающая за возможность подключения агрегатов по очереди или вместе.

Рис.3 Панель управления на 2 насоса

Наличие датчика температуры позволяет контролировать перегрев электродвигателя. Автоматика выключает насос при перегреве, а после восстановления температуры оптимальный режим и нормальные условия для работы насоса, снова подает напряжение на двигатель насоса.

Те приборы, которые защищают установку от возможных отклонений от нормы в работе – скачки фаз и напряжения, неправильного подключения и так далее, активизируют аварийный режим или полностью отключают ее. Они отвечают также за контроль параметров сети, только после нормализации которых, автоматически подключают двигатель установки.

По такому же принципу работает распределение нагрузки на несколько насосов. К примеру, включается только один насос в случае отсутствия необходимости в работе сразу нескольких насосов, т.к. это является причиной появления лишних расходов и неправильного использования всего оборудования. Так же если работа насосов устроена по принципу рабочий/резервный насос, то удобно в случае отказа одного из них вынуть и отремонтировать агрегат, предварительно переключив нагрузку на другой.

Дополнительные функциональные возможности

Каждый производитель шкафов управления насосами вносит свои дополнительные возможности агрегата, помимо основных его функций. Некоторые компании, например, применяют в шкафах систему ABP – автоматического ввода резерва. Данная система применяется на установках где должно быть предусмотрено гарантированное питание насосов, при котором к шкафу подводится электроснабжение от 2х независимых источников. Переключается питание на дополнительный ввод в случае перекрытия доступа к главному электропитанию. Она будет включена все время, пока не восстановится основной источник. Когда это происходит, система, имеющая интеллектуальные возможности, проводит проверку оптимальности всех необходимых для работы параметров, и только после этого подключается к сети. В случае получения неудовлетворительных результатов на момент проверки, система по-прежнему будет работать в резервном режиме.

Самые опасные показатели для работы ШУН, в частности его начинки, это повышенная влажность и температура за пределами установленных показателей. Учитывая такие риски, многие производители ввели возможность дополнительного утепления, воздушного охлаждения или защиты от влаги.

Рис.4 «Теплый пакет» ШУН. Позволяет работать при температуре от -40°C до +55°C

Еще одним популярным дополнением, которое служит защитой насосных установок от преждевременного износа, является система плавного запуска. Благодаря системе плавного пуска уменьшаются пусковые моменты, продляется срок службы агрегатов и в целом благоприятно влияет на всю систему где применяется насосный агрегат.

Неотъемлемой часть успешной работы ШУН также является функция диспетчеризации, которая дает возможность контролировать работу станций на большом расстоянии. В этом случае имеется подключение GPRS или Интернет, которое сразу активизирует систему блокировки, если была замечена аварийная ситуация. Информация одновременно направляется на мобильный телефон или другой носитель, куда внесены данные сигнализации.

Отличная возможность, помогающая устанавливать конкретную программу, стала реальной за счет применения программируемых логических контроллера. С помощью которых возможно автоматически корректировать работу насосов: включать/выключать по времени суток или времени года; получение отправки информации на компьютер; взаимодействие с другими системами.

Рис.5 Принципиальная схема подключений ШУН

Принципы установки автоматической аппаратуры

Все шкафы управления насосами относятся к сложным установкам, которые функционируют только за счет электричества. Для их установки и настройки, а также дальнейшего пользования и ремонта, важно проводить необходимые действия в соответствии с указаниями производителей. Требования инструкций часто отличаются по причине существенных различий между шкафами производителей.

Существуют общие правила для всех моделей:

· установка аппаратуры должна проводится в взрывопожаробезопасных помещениях (или шкаф должен быть во взрывопожаробезопасном исполнении);

· уровень влажности и температуры помещений не должны превышать указанных производителем;

· включение системы должен осуществлять человек, располагающий специальным на то разрешением;

· сечение кабелей необходимо выбирать в соответствии с рекомендациями производителя;

· монтаж проводится только в соответствии со схемами, предоставленными производителем.

Шкаф управления, установка которых осуществляется в частных домах, должны следовать таким же требованиям, как и на промышленных объектах. Главным правилом для всех является монтаж в теплом и сухом помещении, где комфортно проводить любые действия. Лучше всего использовать для этого специальное помещение или отдельную пристройку. Некоторые бытовые шкафы отличаются своей компактностью, поэтому легко устанавливаются на стену, как показано на рис.6.

Рис.6 Настенный ШУН для жилого дома

Монтаж и дальнейшее подключение необходимо осуществлять только тогда, когда установлена и полностью доведена до рабочего состояния система к которой подключается насос. После включения ШУН важно провести проверку его работы в различных режимах.

Обзор популярных моделей шкафов управления насосами

Сегодня многие производители предлагают изготовление моделей любых конфигураций на заказ, но существуют и не менее распространенные базовые. Их комплектация проводится в соответствии со спросом потребителей.

ШУН от компании Pedrollo

Эти шкафы управления насосами отличаются своей многофункциональностью и используются для работы дренажных и циркуляционных систем.

Рис.7 Образец модели от производителя Pedrollo

Основные характеристики шкафов управления Pedrollo:

· модельный ряд шкафов включает изделия как на 220 В так и на 380 В

· выпускается оборудование на мощность насосов до 30 кВт

· линейка шкафов делятся по функционалу на 2 ряда: QE (пульт управления) - комплектация эконом включает в себя основные защиты индикацию, ручное включение и выключение; QS (станция управления) в комплекте этого шкафа кроме основных защит предусмотрены реле для подключения датчиков уровня, давления или другого внешнего сигнала.

Рис.8 Различия моделей по функциональному применению шкафов Pedrollo. QE (слева) и QS (справа)

Как правильно выбрать ШУН?

Как упоминалось выше, если стандартная модель не устраивает, каждый потенциальный покупатель имеет возможность заказать шкаф управления насосами по индивидуальным запросам. Но даже для этого важно не забывать о некоторых обязательных характеристиках:

1. Количество рабочих двигателей и их параметры, в том числе мощность и напряжение

2. Количество и виды управления которые необходимо предусмотреть в функционале шкафа.

3. Окружающие условия, в которых будет работать шкаф.

Если покупать уже готовую установку, важно обращать внимание на такие показатели, как качество деталей и их сборка, особенности работы и сроки эксплуатации. Лучше всего выбирать шкафа вместе с насосом в одном месте и одной марки т.к. это исключит вариант не совместимости моделей. Так же будет легко подбирать совместимые модели и все к ним комплектующие.

Так можем предложить свои услуги по разработке, изготовлению шкафов управления под ваш объект. В нашем штате есть высококвалифицированные проектировщики которые смогут реализовать для вас любую систему управления. Обращайтесь, мы поможем.

ОБЗОР ШУН ШКАФОВ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСАМИ! ГОТОВОЕ РЕШЕНИЕ!

В данной статье рассмотрим принцип и алгоритмы работы шкафов управления насосами, а также на что стоит обращать внимание при выборе шкафов ШУН! Под шкафами управления насосами подразумевается готовая электрическая система управления состоящая из силовой коммуникационной части и системы автоматизации. Система автоматизации ШУН в свою очередь может быть реализована на релейной схеме, либо в современном варианте на промышленном контроллере или программируемом реле.

Шкафы управления насосами ШУН применяются в различных промышленных и бытовых областях, а именно: в теплопунктах, котельных, дренажных системах, очистительных сооружениях и т.д. Запуск и управление насосами как правило состоит из трех вариаций, которые используются в шкафах ШУН:

Прямой пуск насоса, через контактор. Данный способ управления насосом является самым бюджетным и как правило используется на маломощных насосах (до 5.5кВт). Это связано с большими пусковыми токами насосов, которые достигают 6-ти кратный номинал двигателей. Если номинальный ток двигателя 7А, то при пуске (кратковременно) может достигать 42А. Насосы большой мощности крайне не рекомендуют запускать "прямым пуском", так как это негативно сказывается на гидравлической системе (происходят гидроудары), уменьшается срок службы двигателя.
Плавный (мягкий) пуск через устройство плавного пуска УПП . Данный способ управления насосами позволяет минимизировать пусковые токи, запуская плавно двигатель до нужно частоты. УПП как правило применяется в резервных линиях, либо когда мощность двигателя подобрана должным образом и насос на максимальной производительности (50Гц) показывает максимальный КПД. Частой "ошибкой" сборщиков шкафов управления насосами является установка контактора на "байпасную" (резервную) линию. Иными словами, если у Вас насосы работают при принципу "один рабочий + один резервный" и частотный преобразователь или УПП выходят из строя (например по ошибке ЧП), то автоматически происходит "прямой пуск" по резервной линии, тем самым обеспечивая гидроудар в системе. В таких случаях крайне рекомендуют на резервную линию устанавливать, либо второй частотный преобразователь, либо устройство плавного пуска.
Частотное регулирование, запуск насоса через частотный преобразователь. Частотный преобразователь позволяет плавного запуска, останавливать насос, а также производить управление по разным режимам. Чаще всего современные системы управления насосами позволяют производить поддержания технологических параметров (давления в трубопроводе, расход, уровень и т.п.). В связи с этим, используя частотный преобразователь можно обеспечивать защиту насоса от потери фазы, перенапряжения, перегрузки, а также производить ПИД регулирование без использования внешних систем автоматики. Китайские производители частотных преобразователей очень сильно выросли в качестве продукции и во многом не уступают европейским аналогам.

Существуют разные модификации и компоновки шкафов управления насосами ШУН. Насосы могут работать по очереди "1 рабочий + 1 резервный", либо совместно когда мощности одного насоса не хватает, включается дополнительный "1 рабочий + 1 дополнительный". Таким образом, система управления может состоять из нескольких насосов, а управление производиться по каскадному режиму. Под каскадным режимом управления подразумевается включение и отключение дополнительных насосов по определённой логике, когда мощности одного или нескольких насосов недостаточно и происходит поочередное добавление резервных насосов для достижения технологического параметра (например, давления). В таком случае, включение и отключение резервных насосов может производится по разным сценариям. Например, основной насос работающий от частотного преобразователя достигает максимальной производительности (50Гц), хотя показатели технологического параметра (например, давления) не достигнуты до нужного значения. Соответственно, с помощью контакторов через заданное время происходит мгновенное переключение с основного насоса (работающего от частотного преобразователя) на питание от сети. Таким образом, основной двигатель продолжает работу от питающей сети, а управление через частотный преобразователь переключается на дополнительный насос и происходит регулирование технологического параметра. В итоге получается, что основной(ые) насос(ы) работают от питающей сети, а регулирование технологических параметров происходит с помощью дополнительных насосов через частотный преобразователь с помощью функции ПИД регулирования.

Каскадное регулирование также имеет свои недостатки при управлении дополнительными насосами через контакторы. Это обусловлено тем, что при переключении управления частотного преобразователя с основного на дополнительный насос, происходит кратковременное пропадание напряжение при переключении контакторов, а также в частотном преобразователе остается избыток энергии, так как для преобразователя частоты происходит пропадание нагрузки. Данная проблема решается с помощью установки дополнительного частотного преобразователя на каждый насос. Такой вариант более дорогой, но имеет ряд положительных моментов и повышает надежность установки. С другой стороны используя частотные преобразователи на каждый насос, значительно уменьшается количество контакторов (качественные контакторы также дорого стоят) и число сигналов контроля и управления, тем самым уменьшая стоимость конфигурации контроллера.

Современные шкафы управления насосами ШУН с частотным регулированием максимально эффективны и точны в поддержании технологических параметров. ШУН обеспечивает функции АВР насосов (при аварии или ошибки основного насоса автоматическое переключение на резервный), чередование по времени наработки или заданному времени оператором. Также современные системы управления насосами обеспечивают экономию электроэнергии эффективной работой, с помощью автоматического регулирования и функции "сна", а также обеспечивают легкую интеграцию с верхним уровнем АСУТП по промышленному протоколу Modbus RTU. С помощью уже сконфигурированных списков регистров Modbus, инженер АСУТП легко интегрирует шкаф управления насосов в общую систему производства.

Рекомендации по выбору шкафов управления насосами (исходя из нашего опыта):

если мощность насосов более 5.5кВт, то желательно выбирать плавный пуск или частотный преобразователь для насосов;
если используется каскадное управления с двумя и более насосами, то рекомендуем выбирать панель управления вместо индикаторов, кнопок и переключателей. Данное решение связано с тем, что бюджетная панель управления стоит около 12-13 тыс рублей. При этом Вы экономите на кнопках, переключателях, индикаторах, уменьшается конфигурация входов/выходов управляемого контроллера в связи с уменьшением управленческих сигналов. Взамен этого Вы получаете сенсорный экран с цветной визуализацией технологических процессов, возможностью архивирования действий оператора и аварийных событий, отображение показателей насоса (текущая частота, ток, мощность и т.д.), бюджетную диспетчеризацию через удаленное подключение к панели и многое другое;
при каскадном управлении желательно использовать частотный преобразователь на каждый насос, чтобы ограничить кратковременное пропадание питания при переключениях насосов. При этом конечно существует большое количество рабочих схем с каскадным управлением реализованных на контакторах, но о некоторых проблемах мы написали в статье выше;
используйте только качественные контакторы и автоматические выключатели. Это сильно влияет на надежность системы, так как срабатывания контакторов происходит довольно часто и с повышенными токами. В производстве шкафов управления насосов мы стараемся использовать (если Заказчик не настаивает на другом оборудовании) проверенные временем бренды: Schneider Electric, OEZ для коммутирующего и защитного оборудования;
систему автоматизации шкафов ШУН лучше реализовывать на бюджетных промышленных контроллерах или программируемом реле, а не на релейных схемах. Данное решение обусловлено большим функционалом и конфигурацией системы, при этом стоимость бюджетного контроллера порой сопоставима с релейной схемой (реле, таймеры времени для переключения по наработке и т.д.);

Наша компания занимается производством шкафов управления насосов с разными конфигурациями и требованиями от Заказчика. Мы являемся прямыми импортерами разного промышленного оборудования используемого в ШУН (контроллеры, панели оператора, частотные преобразователи, УПП и т.д.), в связи с этим можем предоставлять конкурентную цену с высоким качеством продукции. Наша компания всегда готова предоставлять различные схемы подключений в формате dwg для проектных институтов на взаимовыгодных условиях и дорабатывать их под нужды Заказчика.

Читайте также: