Описание объекта

Турбонасос, приводимый в движение асинхронным электродвигателем, от водозабора подает воду в накопительный резервуар. Из резервуара вода подается потребителю (расход). При снижении уровня воды до минимальной отметки насос автоматически включается и подает воду в резервуар до тех пор, пока ее уровень не достигнет максимальной отметки. При достижении максимальной отметки насос автоматически отключается (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Cхема объекта автоматизации: ВУ1,2 – датчики

уровней воды

Система регулирования должна обеспечивать выполнение следующих функций.

1. Переключение режимов работы: «автоматический» – «ручной», что необходимо для контроля функционирования насосной установки.

2. Автоматическое включение насоса в том случае, когда уровень воды опускается ниже минимального уровня, и отключение при достижении максимального уровня.

Структурная функциональная схема

Рис. 10.2. Структурная функциональная схема автоматизированной насосной установки

Разработка структурной алгоритмической схемы

Рис. 10.3. Структурная алгоритмическая схема автоматизированной насосной установки

Разработка структурной конструкционной схемы

Рис. 10.4. структурная конструкционная схема автоматизированной насосной установки (а) и схема подключения РОС (б):

HL – сигнальная лампа наличия напряжения в питающей сети; SA – переключатель режима работы (ручной – автоматический ); SBQ, SBC – кнопки «Стоп» и «Пуск»; ВУ₁, ВУ₂ – датчики уровня воды, соответствующие минимальному и максимальному уровням; РОС – реле определения состояния; K _з – реле заливки; KL – промежуточное реле; КМ – магнитный пускатель; КДВ – реле давления воды в коллекторе насоса; КДМ – реле давления масла в системе смазки насоса; КЗА – реле затопления помещения насосной станции, аварийное; возможный вариант условного графического изображения РОС на схеме: X – блок зажимов (клеммник) для подключения РОС к внешним
электрическим цепям

3. Выдача команды на включение двигателя, если коллектор центробежного насоса предварительно залит водой. В противном случае после включения насос не сможет создать всасывающий момент и начать нормальную работу.

4. Отключение двигателя привода насоса через некоторое время после его включения, если давление воды в коллекторе или давление масла в системе смазки за это время не достигают нормальных (штатных) значений.

5. Сигнализация наличия напряжения со стороны питающей сети.

6. Сигнализация включения двигателя привода насоса.

7. Автоматическое отключение двигателя привода насоса при затоплении помещения насосной станции.

8. Сигнализация аварийного отключения насоса, связанного с затоплением помещения насосной станции или неисправностями насоса, с помощью красной сигнальной лампы «Аварийное отключение».

Кроме перечисленных, в состав функций, возлагаемых на конструируемое устройство автоматики, могут быть включены и другие функции по усмотрению студента.

РОС обеспечивает устойчивую (без частых включений и отключений) работу насосной установки. При работе насоса поверхность жидкости в резервуаре нестабильна. Это проявляется в виде колебаний поверхности, появлении брызг, выделении воздуха из перекачиваемой жидкости («кипение»). Такое состояние поверхности жидкости не позволяет датчикам уровня устойчиво его зафиксировать. РОС, получая информацию от датчиков, накапливает ее в течение некоторого времени. Это время зависит от скорости изменения уровня жидкости. После достижения уровнем устойчивого состояния по отношению к датчику, РОС выдает информацию об этом в виде сигнала. Сигнал формируется замыканием контакта промежуточным реле в выходном блоке РОС.

Разработка принципиальной схемы

Ниже приведен фрагмент возможного варианта принципиальной схемы с прямым включением двигателя (без РОС).

Рис. 10.5. Фрагмент принципиальной схемы регулирования уровня жидкости в резервуаре:

Х1,2,…,13 – клеммные зажимы (клеммник); ВУ1,ВУ2 – датчики уровней жидкости в резервуаре (нижний и верхний уровни); SF – автоматический выключатель защиты цепей автоматики; КТ – реле времени; НL1,2,3 – сигнальные лампы наличия напряжения со стороны питающей сети, аварийного отключения насоса и включения двигателя привода насоса; KLУ – реле включения цепей управления (промежуточное реле);
КК – тепловое реле защиты двигателя

При включении выключателя SF включается сигнальная лампа НL₁ «Сеть», одновременно подается напряжение в цепи пуска. Реле управления КLУ получает питание только в том случае, если уровень воды оказался ниже минимальной отметки (ВУ1). Получив питание, реле управления КLУ подключает к источнику остальные цепи автоматики. Если коллектор турбонасоса залит водой перед пуском, что необходимо для нормального его запуска, то через замкнутые контакты К_з, KL₁ и kk получает питание катушка привода пускателя КМ, и двигатель запускается, приводя в движение насос. Реле времени КТ включается сразу после подачи напряжения в цепи управления контактом КLУ. Замыкающийся контакт КТ с выдержкой времени на замыкание подает питание в цепи блокировки. Выдержка времени необходима для того, чтобы дать возможность насосу выйти на нормальный режим работы. Если за это время давление масла в системе смазки насоса не поднимется до требуемого уровня и давление воды в коллекторе насоса не достигнет своего рабочего значения, контакты КДМ и (или) КДВ разомкнутся, и насос будет отключен аварийно с помощью реле КL₁. Это состояние и отключение насоса при затоплениях помещения насосной станции будет сигнализироваться с помощью сигнальной лампы HL₂ «Аварийное отключение», которая получит питание через замыкающийся контакт KL₁. В тех случаях, когда давление масла и воды будут иметь свои рабочие значения, насос после замыкания контакта КТ продолжит нормальную работу. Включенное состояние насоса сигнализируется сигнальной лампой HL3 «Насос включен».

Переключение режима работы «Ручное – автоматическое» может производиться с помощью переключателя общего назначения, как показано на рис. 10.6.

Рис. 10.6. Схема переключения режима работы «Ручной – автоматический»:

SA – переключатель; SBC, SBQ – кнопки управления «Пуск» и «Стоп»; Р,О,А –
положения переключателя SA, соответствующие режимам ручного управления,
отключения и автоматического управления; КА – контакт, принадлежащий регулятору
или устройству автоматики

Схема силовой цепи изображена на рис. 10.7.

Рис. 10.7. Принципиальная однолинейная схема
силовой цепи автоматизированной насосной установки