Автоматика на воду: Автоматика для скважинных насосов — схемы и подключение

виды, принцип работы, схемы подключения

Автор Монтажник На чтение 11 мин Просмотров 31.6к.
Обновлено 07.12.2020

Для индивидуального водоснабжения используются скважинные и колодезные источники чистой воды, забор которой осуществляется с помощью погружных или поверхностных электронасосов. Они не могут работать непрерывно и должны отключаться по мере наполнения магистрали, управление циклами включения отключения электронасоса осуществляет автоматика для скважины или колодца.

При организации системы водоснабжения частного дома электронасос подбирают, исходя из дебита, после чего монтируют автоматическую систему управления его работой, включающую электронику и накопительную емкость. От правильного подбора и настройки электронных управляющих устройств зависит эффективность  водоподачи, срок службы электронасоса и удобство пользования водопроводом.

Рис.1 Пример обустройства водоснабжения

Содержание

1. Что такое автоматика для скважины
2. Принцип действия и разновидности
3. Как работает автоматика и защитные механизмы
4. Управление насосом по давлению
5. Реле давления с защитой от работы на сухую
6. Разновидности поплавковых механизмов
7. Контролирование работы по уровню воды
8. Пресс контроль
9. Выбор реле
10. Из каких частей состоит автоматика для скважины
11. Первое поколение
12. Блоки управления второго поколения
13. Третье поколение
14. Модульная автоматика для скважины — преимущества и недостатки
15. Установка поверхностного электронасоса
16. Установка погружной помпы и ее подключение

Что такое автоматика для скважины

Автоматические системы управления включают в себя электронику (реле давления, холостого хода, протока), манометр, гидроаккумулятор или модули, в которых эти элементы объединены – все они отвечают за оптимальное функционирование водопроводной магистрали.

В водоподающей линии автоматика выполняет следующую роль:

1. Управляет электронасосом, отключая его по мере наполнения магистрали. В высокотехнологичных системах вместо отключения используется регулировка его скорости вращения электродвигателя.
2. Защищает водопроводную магистраль от гидроударов и способствует созданию некоторого водного запаса при поломке оборудования или пропадании электричества.
3. Включает в себя защитные устройства для насоса, которые прерывают поступление на него электрического тока в случае отсутствия воды в источнике.

Рис. 2 Пример устройства скважинного водозаборного источника

Принцип действия и разновидности

Принцип работы автоматики для скважинного электронасоса основан на изменении физических параметров воды в линии и водозаборном источнике. Насос для скважины с автоматикой отключается и включается при изменении давления, высоты водяного столба в источнике, скорости движения жидкости по трубопроводу или ее пропадании в линии.

При использовании погружных электронасосов в трубопровод устанавливают отдельные узлы управления и гидроаккумулятор, в более современных модульных моделях все приборы объединены в одном блоке.

При использовании поверхностных агрегатов все управляющие элементы монтируют на один каркас, модуль называют насосная станция – использовать ее намного удобнее, чем самостоятельно устанавливать все элементы в линию.

Как работает автоматика и защитные механизмы

Автоматика позволяет регулировать работу погружного или поверхностного электронасоса, отключая цепь его питания в электроприборах, реагирующих на поведение жидкости. Размыкание электрической цепи происходит непосредственно через контакты или с помощью мощных радиодеталей.

Рис. 3 Поверхностная станция в кессонной яме

Управление насосом по давлению

Монтаж реле давления производится в водоподающую магистраль на фитинги после фильтров, при использовании станции оно закрепляется на пятивходовой штуцер, размещенный на гидроаккумуляторе.

Гидравлическое реле является основным управляющим элементом во всех системах водоподачи, оно прерывает поступление электроэнергии при повышении давления в системе до определенного предела.

Принцип действия прибора основан на смещении мембраны, на которую давит жидкость, при этом закрепленный на ней толкатель механически размыкает внутренние контакты. Для настройки в корпусе установлены два регулировочных винта, вращением которых выставляется верхняя граница срабатывания и разница между порогом включения и отключения.

Реле давления с защитой от работы на сухую

Для защиты помпы от выхода из строя при отсутствии жидкости в скважинном канале, автоматическая система должна обязательно включать в себя реле с защитой от холостого хода, которое устанавливается в линию рядом с другими узлами. Его принцип действия и конструкция полностью идентичны вышеописанному гидрореле с единственной разницей — электроприбор разрывает цепь подачи электричества на помпу при понижении напора в системе до определенного порога. Границы срабатывания прибора задаются двумя подпружиненными регулировочными винтами, помещенными под крышкой, для подсоединения проводов на выходе имеются два клеммных разъема.

Рис. 4 Гидроаккумулятор и манометр — подключение

Разновидности поплавковых механизмов

Поплавковые механизмы могут использоваться как отдельные детали, закрепляемые на стенках водозаборной емкости, так и встроенные в оборудование систем водоснабжения.

Их принцип действия основан на замыкании или размыкании контактов при изменении положения поплавковой головки за счет движения помещенного внутрь предмета (шара), оказывающего давление на рычаг или контакты.

Отдельно стоящие поплавки во взаимодействии с погружным насосом используются, когда поднятая жидкость поступает в накопительную емкость, расположенную на верхних этажах здания. В этом случае расположенный на ее стенках поплавок отключает подачу электроэнергии на агрегат при достижении определенной отметки. При таком применении поплавок не выполняет защитных функций электронаса, а служит лишь средством для предотвращения затопления дома.

Рис. 5 Электронная автоматика – подключение реле для защиты от работы на сухую и давления

Для функционирования отдельно стоящего поплавка в качестве защитного элемента необходимо свободное пространство, которое отсутствует в скважинах, насосные агрегаты с закрепленным поплавковым выключателем на корпусе работают в колодцах.

Для узких скважин могут подойти помпы, в которых используется аналог поплавка — электролитический выключатель, также реагирующий на уровень жидкости.

Контролирование работы по уровню воды

Низкий уровень воды в скважине приводит к выходу из строя помпы из-за отсутствия водяного охлаждения обмотки электродвигателя, если она не оснащена датчиками защиты от перегрева. В некоторых моделях погружных электронасосов предусмотрено отключение питания при отсутствии жидкости в водоеме посредством встроенных деталей — поплавкового или электролитического выключателя.

Электронасосы с поплавковым выключателем используются только в колодцах — в скважинных каналах для размещения поплавка слишком мало места. Поплавок представляет собой простой механизм, состоящий из металлического шара и рычага, замыкающего контакты — при опускании пластмассовой головки шарик давит на рычаг и контакты размыкаются, прерывая подачу напряжения на обмотку двигателя. Таким образом, при понижении водного уровня насос отключается и начинает работать снова, когда жидкость прибывает и поднимает головку. В поплавковых моделях возможна регулировка порога срабатывания по уровню за счет крепления кабеля в разных точках на ручке корпуса.

В скважинных источниках для контроля уровня можно использовать агрегаты с электролитическим выключателем, представляющим из себя два проводника, закрепленных на ручке корпуса. При наличии жидкости проводники находятся в замкнутом состоянии, проводя через нее ток, а когда водный уровень падает, цепь размыкается, прерывая подачу энергии на помпу через встроенную электронную схему.

Рис. 6 Конструкция поплавковых датчиков

Пресс контроль

Данное устройство рассчитано на управление работой электронасоса в зависимости от наличия жидкости в трубопроводе. Простейшая модель представляет собой намагниченную шторку или лепесток на выходе штуцера прибора, опущенные в водный поток. При прохождении жидкости шторка поднята, и ее магнитное поле замыкает контакты, расположенные внутри геркона, но как только вода в трубопроводе исчезает, шторка опускается и контакты геркона размыкаются.

Это приводит к тому, что в слаботочной цепи пропадает ток, управляющий через мощные электронные элементы подачей напряжения на электронасос — цепь питания размыкается и двигатель останавливается. Порог срабатывания многих устройств определяется площадью лепестков, которые подбираются из нескольких экземпляров, если возникает необходимость тонкой настройки, используют модель, в которой герконовый датчик перемещается, приближаясь или удаляясь от шторки.

Данное устройство редко используется с погружными электронасосами, иногда его применяют для отключения наружных электронасосов,  не оснащенных релейной защитой от сухого хода.

Рис. 7 Датчик потока

Выбор реле

При выборе гидрореле руководствуется его диапазоном в водопроводе, стандартное значение составляет 1,5 — 3 бар. При подключении с помощью манометра производят его настройку регулировочными винтами. Аналогичным образом поступают с реле сухого хода, настраивая его на отключение питания при напоре в линии менее 1,5 бар. Если частный дом имеет высокую этажность, то для подачи воды с требуемым напором на верхние этажи реле дополнительно настраивают, повышая верхний и нижний пороги срабатывания.

К примеру, если высота подъема на верхние этажи составляет 5 метров (1 бар. соответствует 10 метрам вертикального водного столба), то к верхней и нижней границам срабатывания добавляют по 0,5 бара и в итоге получают диапазон срабатывания от 2 до 3,5 бар. Выбираемая для водоснабжения дома марка должна иметь соответствующий напорный диапазон по паспорту.

Рис. 8 Насосные агрегаты с поплавками и электролитическими датчиками

Из каких частей состоит автоматика для скважины

В настоящее время существуют различные виды автоматики, начиная от простейших дискретных приборов и заканчивая малогабаритными блоками с широтно-импульсной модуляцией. Все ее виды можно разделить на три группы в зависимости от используемых технологических разработок и диапазона выполняемых функций.

Первое поколение

В этом случае автоматическое управление осуществляется с помощью простейших узлов, к которым относятся:

1. Реле давления и холостого хода. Их функционирование подробно описано выше, приборы несложно своими руками установить в трубопровод и настроить.
2. Гидроаккумулятор. Представляет собой емкость для сбора воды, объем которой может колебаться в значительных пределах, основное назначение — поддержка напора и компенсация гидроударов в системе.
3. Манометр. Элемент, необходимый для контроля давления и настройки гидрореле.

Рис. 9 Автоматика для насоса 1-го поколения

Блоки управления второго поколения

Модули данного класса существенно отличаются от первого вида за счет следующих параметров:

1. все дискретные детали, включая объемный гидроаккумулятор, смонтированы в одном модуле;
2. существенно расширены выполняемые функции;
3. настройка параметров производится электронным способом;
4. многие модули рассчитаны на функционирование с конкретными моделями электронасосов и имеют предустановленные настройки.

Автоматизация управления насосом модулями второго поколения позволяет реализовать следующие функции:

• Отключение помпы спустя несколько секунд при повышении давления выше допустимых параметров или отсутствии жидкости в магистрали.
• Защиту обмотки от холостого хода.
• Возможность тонкого регулирования настраиваемых параметров.
• Электронная индикация, отражающая гидравлические показатели и состояние оборудования.
• Гашение гидроударов за счет установки гидроаккумулятора небольшого объема.
• Плавный пуск, увеличивающий срок службы насосного агрегата.
• Антицикличность, предотвращающая многократное включение электропитания в случае утечки в трубопроводе.

Рис. 10  Автоматика для скважины — модули 2-го поколения

Третье поколение

Третьему поколению автоматики присущи все перечисленные функции второго с дополнительной возможностью регулировки скорости вращения вала электродвигателя. Эта особенность дает следующие преимущества:

• Насосный двигатель работает с учетом водозабора, включая высокие обороты при большом объеме потребления и замедляя свою скорость при малом потоке.
• В модуле отсутствует гидроаккумулятор — в нем нет необходимости, так как водоподача происходит плавно без скачков.
• В водопроводе всегда поддерживается постоянный напор.
• На 30 — 40% экономится электроэнергия при функционировании двигателя в экономичном режиме на малых оборотах.

Модульная автоматика для скважины — преимущества и недостатки

Преимуществами использования автоматики в модулях 2 и 3 поколения являются следующие особенности:

• Все узлы собраны в одном блоке, который занимает мало места и легко подключается к водопроводу.
• Приборы обладают широкими функциональными возможностями для управления.

Рис. 11 Автоматика для скважины 3-го поколения

• При использовании увеличивается срок службы электронасоса и других узлов водопроводной магистрали, происходит экономия электроэнергии.
• Упрощается процедура контроля, диагностики, настройки и управления.
• За счет постоянного давления в системе повышается комфортность пользования водопроводом.

К недостаткам можно отнести следующие особенности:

• Большая стоимость модулей третьего поколения, которая в несколько раз превышает второе и на порядок больше первого.
• Работоспособность приборов сильно зависит от напряжения в сети.
• Многие системы рассчитаны на работу только с определенной маркой электронасоса, имеют фиксированные настройки и не подходят для использования с другими приборами.

Рис. 12 Схема установки поверхностного насоса

Установка поверхностного электронасоса

Перед подключением наружных станций первым делом оборудуют скважину — чаще всего монтируют кессон, внутри которой находится водозаборное оборудование вместе с гидроаккумулятором и работает насос. Так как в поверхностных моделях глубина забора не превышает 9 метров, монтаж глубокой ямы помимо защиты оборудования служит и для повышения давления воды в системе — всасывающий патрубок можно опустить ниже уровня земли на 1 метр. При использовании станции все оборудование уже смонтировано и остается только подключить к ней входной и выходной патрубки.

Установка погружной помпы и ее подключение

Для установки погружной помпы обычно используют оголовок, помещенный в кессонную яму вместе с оборудованием или адаптер, врезанный в боковую стенку обсадной трубы. В последнем случае все автоматические узлы помещаются в жилом доме или отдельном хозяйственном строении.

Рис.13  Схема подключения и установки глубинных насосов в скважину

Автоматика для скважины должна выбираться по основным критериям, к которым относится, стоимость, связанная с применяемым погружным электронасосом. При использовании недорогих электронасосов отечественного или китайского производства достаточно применения простейших автоматических приборов — функции дорогих управляющих блоков с такими агрегатами не будут полностью реализованы. Если приобретается дорогой аппарат (например электронасос Grundfos за 1000 у.е.) с частотным регулированием скорости вращения электродвигателя, использование любых других устройств кроме родного модуля Grundfos PM2 не имеет никакого смысла.

Автоматика в системе автономного водоснабжения от скважины и колодца

Под автоматикой подразумевается одно или несколько устройств, управляющих пуском и остановкой мотора подающего воду, а также измерительные и защитные приборы.

В зависимости от выбранного насосного оборудования, которое будет использоваться при обустройстве скважины, подбирается автоматика для системы автономного водоснабжения частного дома, коттеджа.

Функции автоматики в системе автономного водоснабжения:

1. Управление глубинным насосом, отключение его при наполнении водопровода. В сложных системах происходит не отключение, а регулирование силы вращения двигателя насоса.
2. Защита водопровода от гидравлических ударов.
3. Защита насоса от сухого хода. Происходит прерывание электрической цепи, когда отсутствует вода.

Устройства автоматики автономной системы водоснабжения

Гидроаккумулятор

При использовании гидроаккумулятора в водопроводе поддерживается заданное проектом давление. Если происходит отбор воды из системы, израсходованный объем восполняется из аккумулированных запасов, от этого и название гидроаккумулятор. Как только запасы воды истощаются, автоматика включает погружной насос и начинает поднимать давление воды в гидроаккумуляторе и трубопроводе соответственно. Используем производителей: WESTER, AQUARIO, REFLEX.

Реле защиты от сухого хода

Простой элемент, который определяет изменение давления в системе водоснабжения, контролирует скважинный насос, чтобы он не работал без воды. Потому что при работе в сухую происходит перегрев насоса, и он может сломаться. Когда давление падает до определенного показателя, выставленного на реле защиты, реле разрывает электрическую цепь, вследствие чего прекращается работа насоса. Используем производителей: AQUARIO, ITALTECNICA.

Пусковой конденсаторный блок с тепловой защитой

Предназначен для запуска и защиты скважинных насосов без встроенного конденсатора. Состоит из пускового конденсатора, защитного теплового реле и пусковой кнопки. Используем производителей: AQUARIO, SUMOTO.

Реле давления

Используют для автоматизации работы скважинного насоса (включение и выключение, в зависимости от выставленного уровня давления в системе). Используем производителей: AQUARIO, ITALTECNICA.

Манометр

Прибор, который измеряет точное давление в системе водоснабжения (в трубопроводе или в насосном оборудовании). Используем производителей: AQUARIO, TIM.

Пульты управления

В основном используются для трёхфазных насосов 380 V. Используем производителя: MANIERO.

В наше время массово используется сочетание устройств: реле давления, гидроаккумулятор и манометр.

Не часто устанавливается автоматизированная система «прессконтроль». Это готовое решение по автоматизации системы водоснабжения коттеджа. Дополнительных устройств больше не потребуется. Используем производителя: AQUARIO.

Как работает автоматика:

1. Скважинный, колодезный или поверхностный насос нагнетает, установленное на реле давления, верхнее значение.
2. Когда достигается верхняя отметка, происходит срабатывание реле давления, насос отключается размыканием контактов электропитания.
3. При разборе воды в гидроаккумуляторе, сжатый воздух вытесняет воду из мембраны, которая подается потребителю.
4. При уменьшении объема воды в баке, понижается и давление.
5. Если снижается давление воды в гидроаккумуляторе, реле достигает нижнего показателя и включает насос, замыкая контакты электропитания. Действия повторяются по кругу, их можно отследить и отрегулировать по показаниям манометра.

Использование реле давления, гидробака и манометра считается самым надежным решением. Простота конструкции и монтажа являются важными преимуществами.

Схема: автоматика в системе автономного водоснабжения частного дома

В специализированных магазинах представлен большой выбор реле давления, манометров и гидроаккумуляторов. Экономить на этом оборудовании не стоит, так как от этих важных составляющих напрямую зависит работа скважинного насоса и всей системы автономного водоснабжения дома.

Обслуживание автоматики

Систему автоматики необходимо обслуживать 2 раза в год:

1. Нужно отрегулировать давление воздуха в гидроаккумуляторе. Чтобы подкачать воздух, используется компрессор. Обычно давление воздуха в гидробаке соответствует нижнему значению реле давления с вычетом 15% от значения.
2. Проверить параметры реле давления. Нужны будут прямая или фигурная отвертка, а также рожковый ключ на 8 или 9 (зависит от бренда реле давления).

Умные водные решения | Роквелл Автоматизация

Вода Сточные воды

• Пресная вода

• Сточные Воды

• Умная вода

Вода является нашим самым ценным ресурсом, поэтому эффективное и действенное водоснабжение и водоотведение имеют решающее значение для муниципалитетов. Как отраслевые эксперты, вы сталкиваетесь с рядом проблем, которые влияют на эффективность ваших систем распределения и сбора и могут поставить под угрозу соответствие требованиям, уровни обслуживания, качество и безопасность. Наши интеллектуальные решения для водоснабжения помогут вам решить эти проблемы с помощью интегрированного набора решений для управления и защиты вашей сети.

Сформируйте будущее вашей системы водоснабжения и водоотведения с помощью цифровой трансформации

Водоканалы сталкиваются с растущим числом проблем: рост и миграция населения, изменение погодных условий и климата, ужесточение регулирования, старение инфраструктуры и изменение рабочей силы. Как ваша водопроводная сеть будет решать эти проблемы, чтобы эффективно и рентабельно работать в будущем? Именно здесь мы можем помочь вам с нашими умными решениями для воды.

Как защитить свою отраслевую сеть и информацию?

Наши интеллектуальные решения для воды оптимизируют эффективность, экономят время, повышают безопасность и обеспечивают соответствие требованиям. Эти решения состоят из трех функциональных столпов:

• Цифровые операции
• Надежность и профилактическое обслуживание
• Удаленные операции

Эти компоненты построены на прочном фундаменте кибербезопасности, чтобы помочь коммунальным предприятиям поддерживать высокий уровень подключения и эффективность работы при минимизации риска киберугроз.

Цифровые операции

Чем больше информации, тем лучше решения. Используя современные программные инструменты и аналитику, мы создаем структуру цифровых решений, позволяющую принимать более обоснованные решения и повышать производительность.

Учить больше

Надежность и профилактическое обслуживание

Использование систем OT/IT и управления активами для обеспечения надежности системы, управления профилактическим обслуживанием, упрощения развертывания ресурсов и сокращения времени решения критических проблем.

Учить больше

Remote Operations

Предоставляет вам инструменты для мониторинга и управления удаленными системами в режиме реального времени для лучшего соответствия требованиям и общего управления активами.

Учить больше

Чем могут быть полезны наши интеллектуальные решения для водоснабжения?

Обучение персонала и поддержка

• Инженерная поддержка на местах
• Обучение на месте, виртуальные классы и электронное обучение
• Эксперт в предметной области
• Удаленный мониторинг и аналитика

Безопасность людей и имущества

• Электробезопасность
• Изучение вспышки дуги
• Безопасность машины

Оптимизация активов и предприятий

• Инвентаризация
• Модернизация активов
• Производительность активов

Информационная инфраструктура и безопасность

• Оценка и разработка программ
• Развитие и управление инфраструктурой
• Реагирование на инциденты и планирование восстановления

Поддержка применения продукта и жизненного цикла

• Информация о состоянии жизненного цикла продукта для устройств вашего предприятия
• Сравнение и обнаружение изменений в развернутых производственных устройствах

Как мы помогли таким компаниям, как ваша?

Вместе с нашими многочисленными партнерами мы десятилетиями помогаем клиентам в водной отрасли. Наши решения помогают обеспечить соответствие требованиям и снизить затраты.

Рекомендуем Вам

Загрузка

Автоматизированная система управления водоснабжением (метод прогнозирования спроса на основе логики хаоса) | Системы очистки воды

Изображение оптимизации системы водоснабжения

Для обычного водоснабжения и распределения опытные операторы, знакомые с оборудованием, прогнозируют ежедневный спрос на основе информации о дате и погоде, управляя целыми объектами. Тем не менее, в последнее время потребовалось дальнейшее эффективное функционирование системы водоснабжения и распределения, а также техническое обслуживание и управление объектами в связи с массовым выходом на пенсию опытных операторов и слиянием муниципалитетов. Наша система автоматизации водоснабжения и распределения обеспечивает рациональную и стабильную работу водоснабжения за счет эффективного использования каждой системы водоснабжения с различной конфигурацией. Это делается с помощью метода прогнозирования потребности в воде, основанного на логике хаоса, а также прогнозирования и контроля уровня воды в распределительном резервуаре.

Особенности

• Поскольку это автоматическое управление, нет необходимости вводить дату, погоду и т. д. Таким образом, можно реализовать эффективное техническое обслуживание и управление оборудованием.
• Основываясь на прогнозируемом объеме спроса на воду, он стабилизирует волну пикового спроса, используя буферный эффект водохранилища. Стабилизируя каждый процесс водозабора, подачи воды, очистки воды и подачи воды, он может обеспечить пиковое снижение энергопотребления и энергопотребления.
• Эту систему автоматизации можно интегрировать в существующие системы водоснабжения путем подключения через Ethernet или последовательное кабельное соединение. Кроме того, возможна связь с существующими системами контроля и управления.

Система автоматизации водоснабжения и распределения

Наша система автоматизации подачи и распределения воды представляет собой метод управления, при котором колебания объема водораспределения поглощаются колебаниями уровня воды в водохранилище. Будущий уровень воды в водохранилище прогнозируется с использованием метода прогнозирования спроса на основе логики хаоса, а объем подачи воды автоматически контролируется, чтобы предотвратить отклонение уровня воды от заданного уровня (верхний и нижний предел). Таким образом, объем очистки воды может быть стабилизирован. . Если емкость водохранилища большая, уровень очистки воды можно регулировать на постоянном уровне. С другой стороны, если емкость водохранилища ограничена, объем очистки воды можно выровнять в пределах емкости.

Пример применения

Для объектов, в которых вода забирается из внутридомового водопровода и вода из префектурного водопровода.

Трудно было контролировать объем подачи воды только за счет внутреннего водоснабжения, такого как колодезная вода; и т. д. Однако объем водораспределения можно прогнозировать, а уровень воды в водохранилище можно контролировать с помощью «метода прогнозирования спроса, основанного на логике хаоса». Следовательно, может быть реализовано управление уровнем расхода воды, подавляющее колебания внутреннего водоснабжения при сохранении постоянного объема воды, получаемой от гидротехнических сооружений префектуры и т.