Проведен анализ существующих схем каскадных насосных станций. Разработан универсальный функциональный блок управления. На основе данной схемы автоматизации и электрической принципиальной схема каскадной насосной станции была запущенна модульная насосная станция.
Ключевые слова: насосная установка,каскадной насосной станции, системами автоматического управления, преобразователей частоты.
The analysis of existing schemes of cascade pumping stations is carried out. A universal functional control unit has been developed. Based on this automation scheme and the electrical schematic diagram of the cascade pumping station, a modular pumping station was launched.
Keywords: pumping plant, cascade pumping station, automatic control systems, frequency converters.
Решение проблемы полной автоматизации объекта при работе с минимально необходимым энергопотреблением, повышая при этом качество водоснабжения — вот основная задача, которая стоит перед предприятиями сельскохозяйственными предприятиями и производителями оборудования для них [1, c. 45].
Для создания напора в системах орошения используются насосы. В настоящее время в этой сфере наибольшее распространение получили центробежные насосы [2, c. 53]. Для привода насосов используются преимущественно асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором [3, c. 67]. Насос в совокупности с электроприводом и передаточным механизмом образует насосный агрегат (НА). Для обеспечения работы одного или нескольких НА в требуемом режиме необходим целый комплекс оборудования: трубопроводы, запорная и регулирующая арматура, контрольно-измерительная аппаратура, а также аппаратура управления и защиты. НА с необходимым оборудованием образует насосную установку (НУ). Для создания требуемого напора и обеспечения подачи зачастую применяют несколько НУ, работающих на общую сеть. Сооружение, в состав которой входят одна или несколько НУ, а также вспомогательные системы и оборудование называется насосной станцией (НС). В зависимости от требуемой суммарной характеристики НУ соединяются между собой или параллельно, или последовательно, или смешанным образом. Наиболее часто в сфере орошения НУ работают параллельно и подают воду в один напорный трубопровод. Режим работы НС существенно зависит от изменения режима водопотребления. Приведение в соответствие водопотребления и подачи осуществляется системами автоматического управления (САУ), стабилизирующими расход в сети по заданному значению. В современных НС применяется два основных способа регулирования производительности: каскадное и частотное. Каскадное регулирование состоит во включении и выключении параллельно установленных насосов. Частотное регулирование позволяет регулировать производительность НС за счет изменения частоты вращения насосов с помощью преобразователей частоты (ПЧ). Комбинирование каскадного и частотного регулирования производительности группы НУ является наиболее эффективным средством с точки зрения технико-экономических показателей. При данном способе регулирования отмечается снижение энергопотребление насосных станций на 10–45 %, сокращение расходов на эксплуатацию и ремонт оборудования, а самое главное — оптимизация технологического процесса и высокая точность поддержания мгновенного расхода [4, c. 10].
В данное время разработкой, проектированием и выпуском САУ занимается множество частных фирм и компаний. В связи с износом и устареванием оборудования объектов орошения производится реконструкция насосных станций и все большее применение частотно регулируемого привода. Как показывает практика срок окупаемости установки оборудования автоматических систем управления и регулирования на станциях водоснабжения составляет от 3 месяцев до 2 лет.
Несмотря на кажущуюся простоту создания САУ стабилизации расхода в системе, из-за отсутствия методик и рекомендаций в технической литературе, всем компаниям, что занимаются разработкой таких систем, приходится самостоятельно решать множество возникающих проблем при разработке алгоритмов управления автоматических станций.
В ходе выполнения работы было принято решение о создании универсального функционального блока в программе управления который позволит управлять насосами произвольного количества с произвольной силовой частью.
Для реализации этой задачи был выбран программный пакет SoMachine 4.3 представляет собой универсальное ПО для технической разработки, которое подходит для всех устройств управления производства Schneider Electric. Оно объединяет в себе программирование в соответствии с требованиями МЭК 61131, конфигурирование полевых шин и диагностику оборудования. Оптимальная согласованность аппаратного и программного обеспечения. При помощи SoMachine можно реализовать трудоемкие концепции автоматизации.
В ходе выполнения этой задачи был разработан универсальный функциональный блок управления.
Он осуществляет следующие функции:
– контроль давления на входе и выходе насосной;
– контроль расхода воды;
– мониторинг давления на входе и на выходе насосной;
– мониторинг расхода воды;
– учет наработки на часы насосов водоподачи;
– индикация аварийных ситуаций;
– ведения журнала аварий;
– автоматическое регулирование работы насосов водоподачи по заданным уставам расхода.
Система работает по следующему алгоритму. Она осуществляет контроль над расходом в выходном коллекторе. При уменьшении расхода система автоматического управления увеличивает частоту на ПЧ. При достижении верхнего порога регулирования ПЧ, насос переходит от управления напрямую. При увеличении расхода система автоматического управления уменьшает частоту на ПЧ. При достижении нижнего порога регулирования ПЧ, если включен не один насос, насос которым управляет ПЧ, отключается, а частотный преобразователь начинает замедлять другой включенный насос.
При обнаружении сухого хода система полностью останавливается. При обнаружении аварии ПЧ система уходит в общую аварию. После сброса аварии систему можно запустить в ручном режиме.
Существующие системы управления насосными станциями не являются универсальными, что приводит к тому, что при создании новой каскадной стации приходиться писать программу управления под конкретную конфигурацию силовой части и количества насосов.
В результате выполнения данной работы была систематизирована информация по известным существующим видам каскадных насосных станций, нашедших применение в системах подачи на водорошение в существующих автоматизированных системах управления каскадными насосными станциями в системах. Сделан вывод, что наиболее перспективным является комбинированные системы имеющие в своем составе частотные преобразователи, устройства плавного пуска и коммутирующее оборудования для прямого пуска насосов.
Проведен анализ существующих схем каскадных насосных станций и выявлены наиболее оптимальные для соответствующих требований к системе;
Разработана универсальная программа для управления каскадной насосной станцией с произвольно выбранной силовой электрической базой;
Разработана математическая модель для данной системы;
Разработана схема автоматизации и электрическая принципиальная схема каскадной насосной станции;
Обоснована и выбрана элементная база для реализации представленной схемы и алгоритма.
Внедрение данной схемы на насосных станциях водоснабжения поможет улучшить выходные характеристики для потребителя, улучшить надежность сети водоснабжения, уменьшить износ насосного оборудования и сократит расходы на потребляемую электроэнергию.
В эксплантацию была запущенна модульная насосная станция основной задачей, которой является орошения полей. В качестве программы управления был использован функциональный блок, разработанный в ходе выполнения данной работы.
Литература:
- Карелин В. Я., Минаев А. В. Насосы и насосные станции: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.:Стройиздат, 1986. — 320с.: ил.
- Лобачев П. В. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат. 1990.
- Мичков В. И. Электрооборудование насосных и компрессорных станций. — М.: Недра, 1991. -131с.
- Ильинский Н. Ф. Основы и перспективы применения регулируемого электропривода насосов и вентиляторов. // Тезисы докл. I Международной конференции по автоматизированному электроприводу. — СПб., 1995. — С.12.
- Сербин Ю. В., Прокопов А. А., Бугров В. П. Параллельная работа насосных агрегатов при использовании технологии частотного регулирования. –Информационный бюллетень 2007 № 2, ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР «АРТ».
