Шкаф управления насосами: виды, схемы подключения, обзор популярных моделей

С учетом каких параметров делать выбор

В первую очередь такого вида оборудование подбирается на основании ряда задач, которые необходимо решать с помощью ША. Исходя из этого, можно определить, необходимо ли составлять индивидуальную схему работы шкафа или достаточно типового исполнения. Дополнительно учитываются следующие параметры:

Электрические составляющие (сетевое напряжение, номинальный ток, мощность установки). Это позволит организовать работу без перегрузок, что, в свою очередь, положительно скажется на сроке эксплуатации оборудования.
Степень защиты
При этом обращается внимание на условия эксплуатации (пыль, влага)

В уличных исполнениях обычно предусмотрены обогреватели шкафов автоматики, которые позволяют избежать полного обледенения конструкции в холодное время года
Если оборудование планируется эксплуатировать в условиях улицы, необходимо учитывать и климатическое исполнение ША.
Наличие элементов защиты от перегрузок и что немаловажно, от короткого замыкания.
Смена режимов работы (ручного и автоматического), что позволит расширить возможности по управлению обслуживаемой системой.
Наличие световой и звуковой сигнализации, передающей информацию о функционировании оборудования и об аварийных ситуациях, позволит контролировать ход технологических процессов.
В зависимости от типа обслуживаемой системы определяется достаточное количество отводных линий.

Обогреватели шкафов автоматики в данном случае – это нагревательная лента с возможностью саморегулирования.

Обзор характеристик некоторых моделей

Смотрим видео, панель управления насосом Grundfos:

Шкаф с функцией управления пожарными насосами типа ШУПН2 – 7,5 кВт обойдется примерно в 32 000 руб. Напряжение питания – 380 В. Количество подключаемых агрегатов – 2 шт. Указанная мощность предполагается на один насос. Учитывая, что конструкцией предусмотрено более одного насосного агрегата, то они разделяются на основной и резервный. В случае выхода из строя первого из названных вариантов шкаф перейдет на резервную линию. Также предусмотрена индикация о состоянии оборудования: в рабочем режиме, при неисправности одного из насосных агрегатов.

Таким образом, автоматическое управление системами разного целевого назначения позволяет снизить трудозатраты на их обслуживание, а также повысить эффективность эксплуатации. В результате это позволяет продлить срок службы аппаратуры.

При выборе оборудования такого рода учитываются электрические составляющие (мощность, номинальный ток, напряжение питания), степень защиты корпуса и климатическое исполнение, наличие функции защиты от перегрузок

Когда подбирается всепогодное исполнение, следует обращать внимание на обогреватели щитов управления и автоматики. Стоимость оборудования напрямую будет зависеть от состава аппаратуры и набора функций ША

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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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 выбрать шкаф управления насосами

Подавляющее большинство современных отечественных и зарубежных фирм-производителей выпускает полностью готовое к эксплуатации оборудование

Для того чтобы не ошибиться при покупке шкафа управления насосами, необходимо обратить внимание на следующие параметры:

1. Год выпуска. В идеале он должен совпадать с датой производства подключаемого оборудования.
2. Параметры и количество поддерживаемых агрегатов. В этом случае необходимо учитывать мощность прибора, ток и рабочее напряжение двигателя.
3. Тип управления. Оно может быть ручным, автоматическим и дистанционным.
4. Условия эксплуатации. Сюда относятся такие важные показатели, как температура и влажность воздуха.

Соблюдение этих простых правил поможет вам избежать ошибки и приобрести долговечное и производительное оборудование.

Самыми простыми шкафами управления являются шкафы управления одним насосом (ШУН-1). Для его работы достаточно установить один управляющий элемент – контактор, софтстартер или преобразователь частоты. Логика работы самая простая – включить/отключить насос по сигналу или с кнопок “Пуск”, “Стоп”. ШУН-1 целесообразно использовать в бытовых системах водоснабжения, в системах откачивания жидкости, орошения, циркуляции и т.д.

Шкаф управления 1 насосом 75 кВт с преобразователем частоты ATV 630 на базе оборудования Schneider Electric

Шкаф управления 1 насосом 30 кВт (плавный пуск) на базе устройства плавного пуска PSR, оборудование Schneider Electric

Шкаф управления 1 насосом 4 кВт с преобразователем частоты ATV 212 на базе оборудования Schneider Electric

Если же требуется более сложная логика работы, или резервирование по насосам – используют шкафы управления одновременно 2-,3-,4 и более насосами (обычно они называются просто, ШУН-2, ШУН-3, ШУН-4).

Шкаф управления КНС с АВР, 2 насоса (плавный пуск), контроллер Siemens Simatic S7-1200 на базе оборудования АВВ

Шкаф управления 2 насосами с контроллером Segnetics на базе оборудования Schneider Electric

ШУДН – 2, 18,5 кВт, 2 насоса (плавный пуск), контроллер Modicon М172, на базе оборудования АВВ и Schneider Electric

По умолчанию в шкафах управления несколькими насосами нашего производства реализована схема каскадного запуска, где все насосы являются рабочими. Принцип работы такого запуска достаточно прост: по заданному алгоритму шкаф управления при необходимости меняет ведущий насос, во время эксплуатации насчитывается время наработки каждого насоса.

В автоматическом режиме сигналы на запуск и остановку поступают от внешних устройств контроля уровня (см. схему).

Управление 1 насосом

• Поплавок №1-отключение насоса
• Поплавок №2-запуск насоса
• Поплавок №3-Перелив (сигнал в диспетчерский пункт)

Управление 2 насосами

• Поплавок №1-отключение насосов
• Поплавок №2-запуск первого насоса
• Поплавок №3-запуск второго насоса
• Поплавок №4-Перелив (сигнал в диспетчерский пункт)

Управление 3 насосами

• Поплавок №1-отключение насосов
• Поплавок №2-запуск первого насоса
• Поплавок №3-запуск второго насоса
• Поплавок №4-запуск третьего насоса
• Поплавок №5-Перелив (сигнал в диспетчерский пункт)

Принцип работы

Шкаф управления имеет два режима работы: «Ручной» и «Автоматический». Выбор режима осуществляется с помощью переключателя на лицевой панели шкафа.
В ручном режиме управление осуществляется с передней панели шкафа кнопками «Пуск/Стоп» с отображением индикации состояний.

В автоматическом режиме управление осуществляется по внешнему сигналу, поступающему от прибора пожарного управления (ППУ) или прибора приёмно-контрольного пожарного (ППКП) любого типа, а также от устройств дистанционного пуска (УДП). При этом пуск насоса возможен одним из двух способов:
— подачей на клеммник шкафа управляющего напряжения 24В постоянного тока от внешнего источника питания. Например, через потенциальный выход ППУ или ППКП;
— подачей на клеммник шкафа управляющего напряжения 24В постоянного тока от встроенного в шкаф источника питания, путём замыкания внешнего «сухого контакта».
Например, через беспотенциальный выход ППУ/ППКП или контакты УДП.

Останов электродвигателя происходит при снятии управляющего напряжения с клеммника шкафа или при переводе переключателя выбора режимов в положение «Блокировка».

Техническая поддержка и сервисное обслуживание

Некоторые компании по производству шкафов управления заявляют, что технического обслуживания не требуется. Это действительно так, однако необходима регулярная проверка блока управления эксплуатирующей организацией. Существует периодичность, установленная производителем, и для правильной работы всех устройств ее необходимо придерживаться в обязательном порядке.

Перед осмотром или заменой каких-либо деталей необходимо отключить напряжение и заблокировать оборудование от повторного включения. Самостоятельно можно проверить надежность соединений. Список потенциальных неисправностей, как и возможные способы их устранения, обычно также указывается производителем.

Например, простейшая неисправность – не загорается лампочка, сигнализирующая о подключении системы к электрическому кабелю. Возможны три причины: отсутствует напряжение в сети, сломался автоматический выключатель или перегорела лампа. Соответственно, решением проблемы будет подача напряжения, замена выключателя или лампы.

Если возникла неисправность, которую самостоятельно не устранить, необходимо обратиться к специалистам в сервисный центр.

Типовая комплектация

Шкаф управления погружным насосом любого типа – дренажным, пожарным, водопроводным – состоит из следующих элементов:

Шкаф управления 2-мя канализационными (дренажными) насосами

• Корпуса – стандартной металлической коробки, рассчитанной на монтаж электротехнического оборудования.
• Лицевой панели – она создается на базе крышки (дверцы) корпуса, в которую встроили кнопки «Пуск» и «Стоп». Кроме того, на лицевой стороне находятся индикаторы работы (насосов и датчиков) и реле переключения между ручным и автоматическим режимом работы.
• Блока контроля фаз – его подключают у «входа» в аппаратную часть шкафа. Он состоит из трех датчиков, отслеживающих нагрузку на фазах.
• Контактора – переключателя подающего энергию на клеммы насоса и отключающего агрегат от электросети.
• Предохранителя – особого реле с плавким элементом, нивелирующего последствия короткого замыкания. В случае замыкания или «пробоя» сгорит плавкий элемент, а не содержимое шкафа и обмотка двигателя.
• Управляющего блока – он контролирует режимы работы насоса. Причем обязательными элементами этого блока являются: датчик отключения насоса, датчик включения насоса, датчик переполнения. Причем выходы (клеммы) датчиков вводятся и в скважину, и в гидробак. Ведь именно блок управления контролирует работу контактора включающего и выключающего насос. Причем при переполнении бака или снижении уровня воды в скважине насос выключается, а при уменьшении уровня воды в баке – включается. Впрочем, В итоге, эти блоки автоматизируют работу всей автономной системы водоснабжения. И по этой схеме автоматизации работает и шкаф управления дренажным насосом, и шкаф управления работой водопроводного агрегата. Ведь роль бака в дренажной системе играет тот же септик или сливной колодец.
• Частотного преобразователя – он управляет оборотами вала асинхронного электродвигателя, наращивая или сбрасывая частоту вращения в момент старта или остановки агрегата.
• Датчиков температуры и давления – они подключаются к контактору и пресекают попытку запуска агрегата в недопустимых условиями эксплуатации случаях (при повышенном давлении или обледенении трубы)

Подобная схема комплектации шкафов управления принята за основу большинством производителей такого оборудования. Однако каждая компания стремится внедрить в типовую схему свое конструкционное решение, повышающее конкурентоспособность продукта.

Шкаф управления канализационными и дренажными насосами Grundfos LC LCD 108

Так, шкаф управления насосами Grundfos оборудован датчиками управления частотой вращения вала – своеобразной коробкой скоростей, предполагающей выбор одного из режимов эксплуатации, в том числе и малошумного «ночного». Кроме того, в шкафах Grundfos есть особые блоки – термореле, с помощью которых контролируют и температуру потока внутри трубы, что очень востребовано в системах отопления. А некоторые модели шкафов Grundfos управляются дистанционно, в том числе и с помощью сети Интернет.

В свою очередь шкаф управления насосами Wilo также комплектуется современными блоками дистанционного управления. Однако, кроме этой опции в шкафах Wilo есть и совершенно особые реле управления, с помощью которых можно «запрограммировать» работу всей системы с 24-часовым циклом. Кроме того, продукция от Wilo славится своими частотными регуляторами, позволяющими снизить энергопотребление напорного оборудования.

Подобных блоков, согласованных и одобренных всеми контролирующими инстанциями федерального уровня нет ни в одном устройстве управления работой насосов.

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 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.

Сферы применения и функции шкафов управления насосами

Блок управления насосом выполняет сразу несколько важных функций. К ним относится:

• Запуск и остановка насоса в автоматическом режиме;
• Ручной запуск насосного оборудования для его технического обслуживания;
• Автоматический запуск дополнительного насоса в случае поломки основного агрегата;
• Автоматическое чередование работы нескольких насосов для равномерного времени их эксплуатации;
• Защита мотора насоса от короткого замыкания и перегрузки;
• Автоматическая защита насосного оборудования от работы на «сухом ходу».

Благодаря большому перечню задач, которые решает шкаф управления, его используют во многих сферах жизнедеятельности человека. Чаще всего его применяют на производстве для управления дренажными насосами. Также шкафы активно применяются с целью управления станциями подъема на производстве и в строительстве. Щиты берут на эксплуатацию многие коммунальные предприятия и спасательные службы.

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:

1. Поддерживает заданное настройками давление в системе подачи воды.
2. Контролирует работу системы насосов. При прекращении работы основного насоса система может переключить работу на резервный.
3. Контроль над попеременным включением и отключением насосов в системе, что позволяет распределить нагрузку на электродвигатели и даст время на проведение ТО.
4. Позволяет переходить на ручное управление насосной станцией.
5. 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:

1. АВР. Систему аварийного переход от основного источника питания к резервному.
2. Частотный преобразователь. Позволяет осуществлять плавный пуск, регулирование давления, поддержание заданного давления за счёт показаний датчиков на выходе.
3. Программируемый контроллер управления насосной станцией.
4. Электромонтажные элементы, системы защиты (УЗО, автоматы отключения, и прочие).
5. Панель управления и выводы сигнальных ламп.
6. 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.

Шкафы с плавным пуском

Частый прямой пуск является основным фактором, приводящим к преждевременному старению изоляции и перегреву обмоток электродвигателя и, как следствие, уменьшению его ресурса в несколько раз. Реальный срок эксплуатации электродвигателя в большей степени зависит не от времени наработки, а от общего количества пусков. Т.е. регулярное превышение температуры в обмотках электродвигателя приводит к уменьшению его жизненного цикла.

Пусковой ток при прямом включении в 6-7 раз превышает номинальный. Применение устройства плавного пуска позволяет уменьшить пусковой ток до значений в 2-3 раза превышающих номинальный.

Плавный пуск является щадящим для электродвигателя и механизма, что позволяет существенно уменьшить износ насосов, избежать гидроударов, а также снизить нагрузку на сеть во время пуска.

Если в шкафу предусмотрена установка устройства плавного пуска, то в маркировке шкафа добавляется обозначение «П».
Например, ШАУ-ПН-380-1-010-54П.

Для чего предназначено устройство

Шкаф для управления насосами представляются в качестве обязательного элемента для автономной подачи воды. Насос, опущенный в скважину, требует управления и контроля на расстоянии. Если этого не будет, насос быстро перегорит.

Задачи, которые решаются при помощи шкафа управляющем насосом:

• Как для любого устройства, для шкафа управления насосом требуется управление. Оно может быть как ручное, так и в автоматическом режиме. Его используют для того, что бы сократить потребление насосом электроэнергии, а так же для защиты двигателя от недопустимых или нежелательных рабочих режимов. Все это продлевает жизнь устройства.
• Он занимается отслеживанием параметров эксплуатации: давление в трубах, температура воды, уровень вод в скважине. От этих напрямую зависит способность к работе насоса.
• Это устройство, которое управляет насосами, оптимизирует данные даваемого на клеммы двигателя насоса. А так же производит регулирование частот вращения вала устройства. Производит он это как на старте, так и при остановке аппарата. Управление шкафом может быть одного или нескольких насосов.

Если планируется использовать управляющий шкаф для более, чем одного насоса, то его функции несколько расширяются. А точнее, расширяется количество его комплектующих. Увеличивается количество опций:

• Контроль за периодичностью работы устройства. Тогда управление происходит переменно, то одним, то вторым насосом. Это предотвращает преждевременный износ частей используемых устройств. Таким образом, время службу оборудования увеличится в два раза.
• Контроль за непрерывностью работы насосов. Это значит, что если один из устройств выйдет из строя, то его заменит другой (резервный).
• Контроль за уровнем работоспособности. К этому устройству можно подключить разнообразные аппараты. Это означает, что для управления и контроля пожарным насосом или дренажным насосом не потребуется разные устройства. В данном случае все функции совмещены. Такое устройство наделено специальными блоками для управления и синхронизации.