You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

ПРОЕКТ: Система управления насосными агрегатами ливневой канализации

При строительстве и эксплуатации жилых и промышленных зданий, при разработке нефтяных, газовых и других месторождений, одна из важнейших задач — обеспечение эффективной работы ливневой канализации. В ее составе традиционно используются резервуары для сбора воды и насосы, перекачивающие ее далее в канализацию. При этом эффективность всей ливневой канализации непосредственно зависит от производительности насосов (насосных агрегатов) и эффективности управления ими.

Метод управления работой насосов с тремя поплавками в резервуаре от устройств плавного пуска, традиционно применяемый в ливневой канализации, имеет ряд недостатков. Самый главный из них в том, что нет возможности гибко регулировать производительность насосов в зависимости от скорости наполнения резервуара, поскольку есть всего несколько уровней (где установлены поплавки), на которые реагирует система управления. При этом двигатели насосов, несмотря на то, что они запускаются от устройств плавного пуска, имеют большую кратность тока и тепловую нагрузку (в отличие от пусков через преобразователи частоты), также есть ограничения по количеству пусков в час.


Эффективная система управления насосными агрегатами

Использование преобразователей частоты компании Delta Electronics серии CP2000, разработанных для управления насосами, позволяет поднять эффективность управления ими на совершенно новый уровень. На основе ПЧ Delta CP2000 компания «Сибтехинжиниринг» разработала и серийно поставляет системы управления насосами в блок-контейнерном исполнении. Один из недавних проектов компании — система управления насосными агрегатами ливневой канализации КНС для АО «РусКитИнвест» (г. Асино, Томская область).

Назначение системы управления насосными агрегатами КНС:

  • управление насосами,
  • диспетчеризация,
  • защита насосов от недопустимых режимов работ,
  • работа по уровню в резервуаре,
  • ротация насосных агрегатов по времени наработки (распределение моторесурса между агрегатами),
  • увеличение интервала между плановыми работами по техобслуживанию,
  • увеличение срока службы двигателей.

Такая система с успехом может использоваться везде, где требуется эффективное управление насосами — в системах канализации, подачи воды, перекачки жидкостей и т.д.

Система управления насосными агрегатами на базе ПЧ Delta CP2000

В системе КНС каждый насос подключается к своему ПЧ Delta CP2000.

Для контроля уровня воды в баке используется тензометрический датчик уровня (сигнал 4…20 мА). Использование датчика позволяет гибко настраивать моменты включения/выключения насосов, а применение ПЧ — регулировать скорость работы двигателей насосов, и таким образом регулировать уровень сточных вод в резервуаре.

Кроме того, в системе предусмотрена ротация насосов (по умолчанию — каждые 72 часа) с тем, чтобы моторесурс всех двигателей насосов расходовался равномерно. Благодаря этому вероятность преждевременного выхода двигателя из строя резко сокращается и увеличивается срок его службы, при этом интервалы между плановыми работами по техобслуживанию существенно увеличиваются. Такую систему можно использовать и для любых других решений, где требуется применение насосов.


Преимущества ПЧ Delta CP2000:

Преобразователь частоты Delta CP2000
  • Скалярное и векторное управление двигателем для механизмов с постоянным и переменным моментом нагрузки
  • Поддержание технологических параметров (давление, температура, расход и т.д.) с помощью встроенного ПИД-регулятора
  • Встроенная функция каскадного управления группой до 8 насосов позволяет минимальными средствами обеспечить оптимальное использование насосов в группе как с точки зрения экономии электроэнергии, так и с точки зрения выравнивания моторесурса
  • Возможность отслеживания режима «сухого хода» по различным алгоритмам
  • Встроенная возможность работы по протоколам BACnet (для системы «Умный дом») и Modbus в сочетании со встроенным контроллером на 10 000 шагов обеспечивает широкие возможности как по построению систем автоматики на базе ПЧ, так и по встраиванию преобразователя в существующую систему управления
  • Пожарный режим работы обеспечивает функционирование насосов и вентиляторов даже при сигналах аварии; в случае полного отказа ПЧ двигатель переключается на питание от сети
  • Счетчик электроэнергии, позволяющий оценить эффективность использования ПЧ.

Возможности КНС на базе оборудования Delta Electronics

Весь функционал станции управления реализован на базе ПЛК Delta AS-200. При этом оператор может легко менять время ротации, уставки и значения ПИД-регулятора, — как на самой станции, так и дистанционно.

Функциональные возможности:

  • автоматическое поддержание заданного значения технологического параметра (давление, уровень)
  • автоматический ввод в работу резервного насосного агрегата при возникновении аварии основного насоса
  • автоматический запуск ПЧ после отключения и повторного включения питающего напряжения
  • при неисправности основного датчика автоматический переход на резервный
  • ротация насосных агрегатов через 72 часа (время может быть задано любое, через графическую панель оператора)
  • подключение дополнительного насосного агрегата в случае нехватки производительности основного
  • отображение параметров работы системы на сенсорной графической панели оператора (10 дюймов, 16 млн цветов)
  • возможность дистанционного подключения к панели оператора для мониторинга состояния через VNC-клиент на персональном компьютере
  • архивирование событий и трендов (глубина архива 14 дней)
  • учет количества моточасов по каждому насосному агрегату.
Стартовый экран проекта (мнемосхема)

При изменении состояния насосного агрегата, его изображение на мнемосхеме меняет цвет:

Статус насосного агрегата - Серый — в резерве (готов к работе)


Серый — в резерве (готов к работе)

Статус насосного агрегата - Зеленый — в работе (рабочее колесо вращается)


Зеленый — в работе (рабочее колесо вращается)

Статус насосного агрегата - Красный — авария


Красный — авария

На экране «Датчики» отображаются основные технологические параметры объекта. В случае неисправности датчика рядом с его значением появляется пиктограмма «восклицательный знак». Здесь также отображаются значения уровня воды в резервуаре — текущий, минимальный и максимальный, а также аварийные сигналы перегрева насосов.

Экран «Датчики»

Все события — аварии и действия, сохраняются в журнале с метками времени и даты. Хранятся они в энергонезависимой памяти панели, срок хранения архива — 31 день. Просмотреть эти записи можно в окне «Журнал».

В окне «Графики» можно просмотреть графическое представление режимов работы станции КНС. Переключение между графиками осуществляется с помощью кнопок вправо/влево в верхней части экрана.

В текущей версии системы КНС для просмотра доступны следующие графики:

  • Ток, частота по каждому ПЧ
  • Уровень в резервуаре.

По запросу заказчика разработчик системы может сформировать любые другие виды графиков — например, температуры, наработки моточасов и др.

Экран «Графики»

Все графики хранятся в памяти панели оператора 14 дней. Для выбора дня отображения используются соответствующие кнопки, также можно выбирать временной диапазон отображения графика.

Изменение всех настроек и состояний переключателей возможно в окне «Настройки», при этом возможность редактирования появляется только после открытия доступа. Все изменения настроек и уставок записываются в журнал.

Экран «Настройки»

Экран настроек используется для редактирования всех основных параметров.

ПИД-регулятор:

  • текущее значение уровня в резервуаре (обратная связь)
  • гистерезис (отклонение значения текущего уровня от уставки, при котором ПИД-регулятор неактивен)
  • выходное значение регулятора, подаваемое на ЦАП контроллера (от 0 до 50)
  • параметры регулятора (П-составляющая, И-составляющая, Д-составляющая).

Режим работы насосов:

  • наработка моточасов по каждому насосному агрегату (значение отображается в часах, хранится в энергонезависимой памяти)
  • активирование функции ротации
  • значение времени наработки насосного агрегата для перехода на следующий.

Дополнительный насос:

  • задержка включения в секундах (при достижении максимальной частоты основного ПЧ выдается сигнал в контроллер на подключение дополнительного агрегата, после отсчета заданного количество времени в секундах происходит запуск дополнительного агрегата)
  • задержка отключения в секундах (при снятии сигнала максимальной частоты основного насоса с контроллера и выдержки заданного количество времени происходит отключение дополнительного насосного агрегата).

На экране «СМС» можно указать события, при которых будет происходить отправка соответствующих сообщений на заданный номер телефона.


Диспетчеризация и удаленное управление

Система диспетчеризации и удаленного управления построена на основе Ethernet-коммутатора Delta серии DVS и 3G/4G-роутера.

Ethernet-коммутаторы Delta серии DVS

В условиях плохого качества покрытия 3G/4G может также использоваться радиомодем. Это позволяет осуществлять непрерывный дистанционный мониторинг за работой станции (используются SCADA-система и VNC-клиент), а также получать СМС-сообщения о нештатных ситуациях на телефон дежурного персонала — «нижний/верхний уровень в резервуаре» «аварии насосов», «проникновение в павильон».

В случае необходимости, используя удаленный доступ через VNC-клиент, можно осуществлять дистанционное управление станцией. При этом подсистема удаленного доступа и мониторинга полностью автономная, пропадание интернет-связи никак не отражается на работе КНС.


Конструктивное исполнение

КНС — мобильное и быстровозводимое решение в блок-контейнерном исполнении. Систему легко перемещать с одного объекта на другой, что особенно востребовано при строительстве любых объектов, — достаточно отсоединить кабели от насосов, погрузить контейнер со станцией на машину и перевезти. На новом месте КНС также легко и быстро можно развернуть.

Блок-контейнерное исполнение КНС

Несущий каркас-обвязка периметра выполнен с использованием швеллеров. Продольные и поперечные прогоны выполняются из горячекатаных стальных профилей и профильных труб, стойки — из уголка. Все металлические конструкции выполнены с антикоррозионной защитой. Предусмотрена установка системы кондиционирования воздуха.

Физико-механические параметры контейнера:

  • степень огнестойкости— II
  • допустимая ветровая нагрузка, кг/м2 — 350
  • расчетная нагрузка на пол, кг/м2 — 250
  • температурный режим эксплуатации: от -50°С до +45°С.

Спецификация системы управления КНС на базе оборудования Delta Electronics:

Наименование Количество
1 VFD 300CP43B-21 (30kW 380V) Преобразователь частоты 3
2 AS228R-A Процессорный модуль AS200, 64K шагов, 16DI/12DO (реле), Ethernet, CANopen 1
3 AS16AP11R-A Модуль расширения для контроллеров AS, 8DI/8DO (реле) 3
4 DVS-005I00 Неупр. коммутатор Ethernet, 5 портов FE, -10...+60 С 1
5 DOP-110CS Операторская панель 10.1" TFT LCD, 1024 x 600, 800 МГц, USB, 3 COM, RTC 1
6 AS-PS02A Блок питания для контроллеров AS, ~220В, 48Вт, вывод сервисного питания 1
7 Тензометрический датчик 1


18 августа 2020 г.
КАРТОЧКА СТАТЬИ: