Automatisation des pompes et stations de pompage
L'automatisation des unités de pompage permet d'augmenter la fiabilité et la continuité de l'approvisionnement en eau, de réduire les coûts de main-d'œuvre et d'exploitation, ainsi que la taille des réservoirs de contrôle.
Pour l'automatisation des groupes de pompage, à l'exception des équipements à usage général (contacteurs, démarreurs magnétiques, interrupteurs, relais intermédiaires), des dispositifs de contrôle et de surveillance spéciaux sont utilisés, par exemple, relais de contrôle de niveau, relais de contrôle de remplissage de pompe centrifuge, relais de jet, interrupteurs à flotteur, interrupteurs de niveau à électrodes, divers manomètres, capteurs capacitifs, etc.
Station de contrôle - un appareil complet jusqu'à 1 kV, conçu pour le contrôle à distance des installations électriques ou de leurs parties avec exécution automatisée des fonctions de contrôle, de régulation, de protection et de signalisation. Structurellement, la station de contrôle est un bloc, un panneau, une armoire, une carte.
Unité de contrôle - une station de contrôle, dont tous les éléments sont montés sur une plaque ou un cadre séparé.
Panneau de commande - un poste de commande dont tous les éléments sont montés sur des panneaux, des rails ou d'autres éléments structurels assemblés sur un cadre ou une tôle commune.
Panneau de contrôle (Bouclier du poste de contrôle ShTSU) C'est un assemblage de plusieurs panneaux ou blocs sur un cadre tridimensionnel.
Armoire de commande - un poste de commande protégé de tous les côtés de telle sorte que lorsque les portes et les couvercles sont fermés, l'accès aux pièces sous tension est exclu.
En règle générale, l'automatisation des pompes et des stations de pompage consiste à contrôler la pompe électrique submersible à partir du niveau d'eau dans le réservoir ou de la pression dans la conduite sous pression.
Regardons des exemples d'automatisation d'unités de pompage.
En figue. 1, et montre un schéma d'automatisation de l'unité de pompage la plus simple - pompe de drainage 1, et sur la fig. 1, b montre le schéma électrique de cette installation. L'automatisation de l'unité de pompage est réalisée à l'aide d'un interrupteur à flotteur. La clé de commande KU a deux positions : pour le contrôle manuel et automatique.
Riz. 1. La conception du dispositif de pompage de drainage (a) et de son circuit électrique pour l'automatisation (b)
En figue. Schéma d'automatisation de transmission 2 pour la commande d'une pompe submersible en fonction du niveau d'eau dans le réservoir d'un château d'eau, mis en œuvre sur des éléments de contact-relais.
Riz. 2. Schéma de principe de l'automatisation d'une pompe submersible en fonction du niveau d'eau dans le réservoir-château d'eau
Le mode de fonctionnement du circuit d'automatisation de la pompe est défini par l'interrupteur CA1. Lorsque vous le réglez sur la position "A" et allumez le commutateur QF, une tension est appliquée au circuit de commande.Si le niveau d'eau dans le réservoir sous pression est inférieur à l'électrode du niveau inférieur du capteur de télécommande, les contacts SL1 et SL2 du circuit sont ouverts, le relais KV1 est désactivé et ses contacts dans le circuit de la bobine du démarreur magnétique KM sont fermés. Dans ce cas, le démarreur magnétique allumera le moteur de la pompe, en même temps le voyant H s'éteindra L1 et le voyant H s'allumera L2. La pompe fournira de l'eau au réservoir sous pression.
Lorsque l'eau remplit l'espace entre l'électrode de niveau inférieur SL2 et le corps du capteur connecté au fil neutre, le circuit SL2 se fermera, mais le relais KV1 ne s'allumera pas car ses broches en série avec SL2 sont ouvertes.
Lorsque l'eau atteint l'électrode du niveau le plus élevé, le circuit SL1 se fermera, le relais KV1 s'allumera et, après avoir ouvert ses contacts dans le circuit de la bobine du démarreur magnétique KM, éteindra ce dernier, et après la fermeture les contacts de fermeture, il sera alimenté seul via le circuit du capteur SL2. Le moteur de la pompe s'éteint et le voyant H s'éteint.L2 et le voyant H s'allume L1. Le moteur de la pompe se remettra en marche lorsque le niveau d'eau descendra jusqu'à la position où le circuit SL2 est ouvert et le relais KV1 sera désactivé.
La mise en marche de la pompe dans n'importe quel mode n'est possible que si le circuit du capteur de fonctionnement à sec DSX est fermé (SL3), qui contrôle le niveau d'eau dans le puits.
Le principal inconvénient du contrôle de niveau est la susceptibilité des électrodes des capteurs de niveau à geler en hiver, à cause de quoi la pompe ne s'éteint pas et l'eau déborde du réservoir. Il existe des cas de destruction de châteaux d'eau dus au gel d'une grande masse de glace à leur surface.
Lors du contrôle du fonctionnement de la pompe par pression, un manomètre à contact électrique ou un pressostat peut être installé sur la conduite de pression dans la salle des pompes. Cela facilite la maintenance du capteur et élimine l'exposition aux basses températures.
En figue. Schéma électrique à 3 transmissions du contrôle d'une installation d'alimentation en eau (pompage) d'une tour en fonction des signaux d'un manomètre à contact électrique (en fonction de la pression).
Riz. 3. Schéma de principe du contrôle d'une installation d'eau sur une tour par un manomètre à contact électrique
S'il n'y a pas d'eau dans le réservoir, le contact du manomètre СП1 (niveau inférieur) est fermé et le contact СП2 (niveau supérieur) est ouvert. Le relais KV1 fonctionne, fermant les contacts KV1.1 et KV1.2, à la suite de quoi le démarreur magnétique KM s'allume, qui connecte la pompe électrique à un réseau triphasé (les circuits de puissance ne sont pas représentés sur le schéma).
La pompe alimente le réservoir en eau, la pression monte jusqu'à la fermeture du contact du manomètre, СП2 réglé sur le niveau d'eau supérieur. Après la fermeture du contact СP2, le relais K est activé V2, ce qui ouvre les contacts KV2.2 dans le circuit de la bobine du relais KV1 et KV2.1 dans le circuit de la bobine du démarreur magnétique KM; le moteur de la pompe s'arrête.
Lorsque l'eau s'écoule du réservoir, la pression diminue, СP2 s'ouvre, coupant KV2, mais la pompe ne s'allume pas, puisque le manomètre est en contact, СP1 est ouvert et la bobine de relais KV1 est éteinte. La pompe se met en marche lorsque le niveau d'eau dans le réservoir baisse avant que le contact du manomètre ne se ferme. СП1.
Les circuits de commande sont alimentés par un transformateur abaisseur de 12 V, ce qui augmente la sécurité lors de l'entretien du circuit de commande et du manomètre à contact électrique.
Pour assurer le fonctionnement de la pompe en cas de dysfonctionnement du manomètre à contact électrique ou du circuit de commande, un interrupteur CA1 est conçu. A la mise sous tension, les contacts de commande KV1.2, KV2.1 sont manipulés et la bobine du démarreur magnétique KM est directement connectée au réseau 380 V.
Dans l'écart de phase L1, le circuit de commande comporte un contact ROF (relais de perte de phase), qui s'ouvre en cas d'ouverture de phase ou d'asymétrie du réseau d'alimentation. Dans ce cas, le circuit de la bobine KM est interrompu et la pompe est automatiquement arrêtée jusqu'à ce que le défaut soit corrigé.
La protection des circuits de puissance de ce circuit contre les surcharges et les courts-circuits est assurée par un interrupteur automatique.
En figue. 4 schéma de transmission pour l'automatisation d'une installation de pompage d'eau, qui contient une unité de pompe électrique 7 de type submersible, située dans un puits 6. Un clapet anti-retour 5 et un débitmètre 4 sont installés dans la canalisation sous pression.
Le groupe motopompe comporte un réservoir sous pression 1 (château d'eau ou chaudière air-eau) et Capteurs de pression (ou niveau) 2, 3, avec le capteur 2 répondant à la pression (niveau) supérieure dans le réservoir et le capteur 3 à la pression (niveau) inférieure dans le réservoir. La station de pompage est contrôlée par l'unité de contrôle 8.
Riz. 4. Schéma d'automatisation d'un dispositif de pompage d'eau à fréquence variable
L'unité de pompe est contrôlée comme suit. Supposons que l'unité de pompe est éteinte et que la pression dans le réservoir sous pression diminue et devient inférieure à Pmin... Dans ce cas, un signal est envoyé par le capteur pour allumer la pompe électrique. Il commence par augmenter progressivement la fréquence. est le courant alimentant le moteur électrique du groupe de pompage.
Lorsque la vitesse de la pompe atteint la valeur définie, la pompe entre en mode de fonctionnement. En programmant le mode de fonctionnement Convertisseur de fréquence vous pouvez assurer l'intensité nécessaire du travail de la pompe, son démarrage et son arrêt en douceur.
L'utilisation d'un entraînement électrique réglable d'une pompe submersible permet de mettre en œuvre des systèmes d'alimentation en eau à écoulement direct avec maintien automatique de la pression dans le réseau d'alimentation en eau.
La station de contrôle, qui assure un démarrage et un arrêt en douceur de la pompe électrique, un maintien automatique de la pression dans la canalisation, contient un convertisseur de fréquence A1, un capteur de pression BP1, un relais électronique A2, un circuit de commande et des éléments auxiliaires qui augmentent la fiabilité d'équipements électroniques (Fig. 5 ).
Le circuit de commande de la pompe et le convertisseur de fréquence assurent les fonctions suivantes :
— démarrage et arrêt en douceur de la pompe ;
contrôle automatique par niveau ou pression ;
— protection contre le « fonctionnement à sec » ;
- arrêt automatique de la pompe électrique en cas de mode phase incomplet, chute de tension inacceptable, en cas d'urgence dans le réseau d'alimentation en eau ;
— protection contre les surtensions à l'entrée du convertisseur de fréquence A1 ;
— signalisation pour la mise en marche et l'arrêt de la pompe, ainsi que pour les modes d'urgence ;
— chauffage de l'armoire de commande à des températures négatives dans la salle des pompes.
Le démarrage et la décélération en douceur de la pompe sont effectués à l'aide d'un convertisseur de fréquence de type A1 FR-E-5.5k-540ES.
Riz. 5. Schéma de principe de l'automatisation d'une pompe submersible avec un dispositif de démarrage progressif et de maintien automatique de la pression
Le moteur de la pompe submersible est connecté aux bornes U, V et W du convertisseur de fréquence. Lorsque le bouton СB2 est enfoncé, le relais «Démarrage» K1 est activé, dont le contact K1.1 relie les entrées STF et l'ordinateur du convertisseur de fréquence, assurant un démarrage en douceur de la pompe électrique selon le programme spécifié lors du réglage du convertisseur de fréquence.
En cas de défaut du convertisseur de fréquence ou des circuits du moteur de la pompe, le circuit du convertisseur AC est fermé, assurant le fonctionnement du relais K2. Après actionnement de K2, ses contacts K2.1, K2.2 se ferment et le contact K2.1 dans le circuit K1 s'ouvre. La sortie du convertisseur de fréquence et du relais K2 est désactivée. La réactivation du circuit n'est possible qu'après élimination du défaut et réinitialisation de la protection avec le bouton 8V3.1.
Le capteur de pression BP1 avec sortie analogique 4 … 20 mA est connecté à l'entrée analogique du convertisseur de fréquence (broches 4, 5), fournissant une rétroaction négative dans le système de stabilisation de la pression.
Le fonctionnement du système de stabilisation est assuré par le régulateur PID du variateur de fréquence. La pression requise est réglée par le potentiomètre K1 ou par le panneau de commande du variateur de fréquence. Lorsque la pompe fonctionne à sec, le contact 7-8 du relais de résistance électronique A2 se ferme dans la bobine du relais de court-circuit et le capteur de marche à sec est connecté à ses contacts 3-4.
Une fois le relais de court-circuit activé, ses contacts K3.1 et court-circuit.2 sont fermés, à la suite de quoi le relais de protection K2 est activé, ce qui garantit l'arrêt du moteur de la pompe. Dans ce cas, le relais de court-circuit est alimenté indépendamment par le contact K3.1.
Dans tous les modes d'urgence, la lampe HL1 s'allume ; la lampe HL2 s'allume lorsque le niveau d'eau est trop bas (avec «fonctionnement à sec» de la pompe) Le chauffage de l'armoire de commande pendant la saison froide est effectué à l'aide de résistances électriques EK1 … EK4, qui sont allumées par le contacteur KM1 lorsque le relais thermique VK1. La protection des circuits d'entrée du variateur de fréquence contre les courts-circuits et les surcharges est assurée par le disjoncteur QF1.
Riz. 5. Automatisation de l'unité de pompage
L'article utilise des matériaux du livre Daineko V.A. Equipement électrique des entreprises agricoles.
Voir également: Un schéma de contrôle automatisé simple pour deux pompes à déchets