Управление циркуляционным насосом

Управление циркуляционным насосом

Поговорим об управлении циркуляционным насосом системы отопления для поддержания оптимально комфортной температуры в помещениях здания без лишних затрат на прогрев теплоносителя в котле обогрева, ни траты электроэнергии на переключение скоростей вращения вала циркуляционного насоса, который как раз и отвечает за температурные параметры в жилище.

Новшества в системах управления циркуляционными насосами

Простые циркуляционные насосы из первых изделий фирм наилучших производителей этих агрегатов от Omnigena , Grundfos , IBO , Unipump и WILO не имеют автоматических регуляторов работы насосов по температурным показателям в помещениях.

Уже начиная с серии Grundfos ALPHA2 начался выпуск агрегатов с функциями автоматической настройки работы насоса в зависимости от установленной температуры в помещениях ( Grundfos UP 20-14 BXUT , Grundfos UP 15-14 BUT , Grundfos MAGNA и Grundfos MAGNA -3 – модели уже с термостатом и таймером, задающим режим работы насоса по времени включения и выключения насоса и по температуре в помещении, Grundfos UP 20-14 BXT , – модели с одним таймером без термостата, Grundfos UP 15-14 BT – только с термостатом).

Теперь уже не нужно стало следить за температурой (термостат) в помещениях и выключать котел, когда вы уезжали на долгий период из дома. Автоматика само стала отслеживать температурные показатели во всем доме и исходя из этих данных «заставляла» насос работать с большей или меньшей интенсивностью, подавая больше или меньше тепла в радиаторы дома. А для контроля и комфортного управления всей системой рекомендуется купить гидрострелки для отопления.

Автоматы (таймер) стал отслеживать программу, которую вы ему задаете на включение и отключение работы не только насоса, но и котла, то есть всей системы отопления, что очень важно при вашем длительном отсутствии (когда вы приедете из отпуска, то здание уже будет прогрето и не нужно будет ждать, пока прогреются батареи и нагреется воздух в доме).

Кроме этих важных и удобных функций новые модели циркуляционных насосов «научились» сами экономить тепло в доме, следить за расходом энергии как по теплу, так и по электричеству, сами руководят рациональным соотношением энергии в доме.

Современные автоматические циркулярные насосы серии Grundfos MAGNA и Grundfos MAGNA-3 уже самостоятельно могут с помощью автомата AvtoADAPT, которая уже начала применяться с серии Grundfos ALPHA2:

Регулировать свои характеристики работы в соответствии с теми величинами тепла, которое выдает котел;

Пропорционально регулировать давление изменение напорных характеристик самого насоса;

Поддерживать автоматически постоянный напор воды в системе отопления не смотря на расход воды в магистрали;

Переключаться самостоятельно на ночной, с пониженной подачей теплоносителя в систему, режим, который сочетается со всеми предыдущими режимами агрегата и зависит от температуры воды в системе подачи.

Кроме того серия MAGNA и MAGNA -3 получили ряд дополнительных функциональных возможностей от пульта управления R100:

Режим работы, соответствующий постоянным характеристикам по числу оборотов или регуляции по значениям макс./мин. или в этом интервале;

Автоматическую регуляцию режимов по температуре – давление и температура теплоносителя; Сигнализацию по аварийному состоянию насоса и системы отопления со световой индикацией.

В эти дополнения так же входят:

Возможность автоматической синхронной работы совместно с несколькими аналогичными агрегатами;

Внешнее аналоговое и принудительное управление через узел коммутации;

Обмен данными через шину связи;

Внешнее управление пуском/остановом, сигнализацию готовности к работе.

Циркуляционные насосы серии MAGNA могут регулироваться 3-мя способами, которые обозначены на панели управления соответствующими символами:

Через автоматическое адаптивное управление с заводской настройкой давления в сети – система AvtoADAPT;

Пропорциональное регулирование давления теплоносителя;

Регулирование по постоянному давлению.

Для ввода данных установки настройки насосов последнего поколения используют следующие органы управления:

Клавиатуру пульта управления, находящегося в клеммной коробке;

Пульт дистанционного управления типа R100;

Управление с шины связи.

Отдельно выпускаемы системы управления циркуляционными насосами

Кроме названных серийных моделей автоматизированных циркуляционных насосов, в специализированных торговых точках продаются отдельные универсальные радиочастотные устройства управлением частотой вращения электродвигателя насоса в зависимости от температуры НМС 82, работающий на принципе термостата по температуре потока жидкости в системе отопления и который подает определенные сигналы на реле управления скоростью вращения вала насоса.

Можно использовать данные термостата погружного или контактного Fantini Cosmi итальянского производства и от не уже строить систему управления работой насоса.

Также можно применять электронные системы управления запуском циркуляционного насоса после того, как котел обогрева создаст разницу температур в зоне подачи и обратке не менее 5-10 градусов по схеме:

с применением терморезистора и конденсаторов пуска.

Можно использовать регуляторы работы котла обогрева – терморегуляторы Е8 в системах отопления, связав работу котла с включением/выключением циркуляционного насоса через общий блок питания насоса на пульте управления котлом.

Описание автоматики для насоса

Автоматизация насосных станций или же дополнение автоматикой стандартного насоса обеспечивает бесперебойное функционирование оборудования. Таким способом удается добиться оптимизации расхода электроэнергии.

Автоматика для насоса включает реле, манометр, датчик и распределяющее устройство

Для домашней скважины автоматика обязательно содержит:

1. Устройство распределяющее. Данное коллекторное приспособление предназначено для подачи воды на участок или же в дом (в требуемые водозаборные точки).
2. Реле. Обеспечивает запуск насоса, а также остановку оборудования. Этот элемент системы отвечает за оптимизацию давления. Зачастую реле продается с готовыми настройками, однако самостоятельно перенастроить параметры не составит труда.
3. Манометр. Измерительное приспособление предназначено для контроля над давлением. Бывает электронным и механическим.
4. Датчик, измеряющий сухой ход.

Обязательно должны присутствовать специальные узлы.

Есть блок, обеспечивающий регулирование оборудования. Благодаря данному элементу можно создать подходящие условия для функционирования всего изделия.

Предусмотрена защитная система, при помощи которой удается не допустить сухого хода, предотвратить перегрев. Кроме того, имеется датчик, отвечающий за разрыв напора.

Варианты управления насосным оборудованием

Для управления погружным насосом используются следующие виды приборов:

• пульт управления, состоящий из блока необходимых механизмов;
• прессконтроль;
• автомат для управления, который поддерживает определённое давление в системе водоснабжения.

Пульт управления – это довольно простой блок, который позволяет уберечь насосное изделие от перепадов напряжения и коротких замыканий. Автоматический режим функционирования можно получить, если подключить блок управления к реле давления и уровня жидкости. В некоторых случаях пульт управления присоединяют к поплавковому датчику. Цена такого блока управления невысокая, но её эффективность без использования защиты насоса от работы на сухую и реле давления под сомнением.

Совет: для самостоятельного монтажа лучше использовать блок со встроенной системой.

Блок управления в виде прессконтроля имеет встроенную пассивную защиту от работы на сухую, а также оборудование для автоматизированной работы насоса. Для управления системе требуется контролировать ряд параметров, а именно давление жидкости и уровень потока. К примеру, если расход воды превышает 50 литров в минуту, то насосное оборудование под управлением прессконтроля работает без остановки. Автомат срабатывает и отключает насос, если водяной поток уменьшается, а давление в системе повышается. Если расход жидкости меньше 50 литров в минуту, то насосное изделие запускается при снижении давления в системе до 1,5 бар. Такая работа автомата особенно важна при резких скачках давления, когда нужно сократить количество запусков и остановок насоса при минимальном расходе.

Автомат для управления, который позволяет поддерживать постоянное давление в системе, необходимо использовать там, где любые скачки давления крайне нежелательны.

Внимание: если показатели давления будут постоянно завышены, то расход электроэнергии увеличится, а КПД насоса наоборот понизится.

Частотный преобразователь как средство повышения эффективности насосов

Оптимизация процессов и сокращение издержек важны на любом уровне — от крупного предприятия до частного индивидуального хозяйства. Существенно повысить эффективность помогает модернизация насосного оборудования. Включение в систему частотного преобразователя для управления насосами улучшает качество работы и заметно экономит денежные средства на обслуживание и ремонт.

Что такое преобразователь частоты, зачем он нужен

Частотный преобразователь (ПЧ, преобразователь частоты, частотник, частотный регулятор) — современное высокотехнологичное устройство с микропроцессорным управлением, множеством функций и гибкими настройками.

Частотники созданы для качественного контроля скорости и/или момента электродвигателей переменного тока любого назначения, методом согласованного изменения выходной частоты и напряжения. Современные модели способны преобразовывать 50 Гц входящей электросети в необходимые значения. Встроенный инвертор формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках контролируемого электродвигателя. Благодаря этому можно плавно запускать и останавливать двигатель, поддерживать его обороты в нужном диапазоне и оперативно изменять их до нужных значений.

В насосных системах функцию привода выполняет электродвигатель. Поэтому для управления насосом частотник подходит наиболее оптимально. Практически любой электронасос можно дооснастить преобразователем.

Разновидностей ПЧ существует множество. Для управления однофазными и трехфазными электронасосами используют универсальные общепромышленные (например, «Веспер» из линейки EI-7011), которые управляют любыми электродвигателями в широком диапазоне мощностей.

Но выгоднее купить для насосов специализированный частотный преобразователь (например, «Веспер» E5-Р7500. Такие модели ПЧ настроены на выполнение конкретного круга задач, заранее оснащены всем необходимым — переплачивать за лишний функционал не нужно.

Помимо опций и функционала, преобразователь частоты для насоса должен соответствовать мощностным характеристикам управляемого привода. Производители насосов в техническом паспорте указывают, какой преобразователь подойдет к данной модели оборудования. Если таких рекомендаций нет, за помощью по подбору можно обратиться к специалистам компании «Веспер».

Принцип работы преобразователя частоты в тандеме с насосом

Классическая водопроводная насосная система, без ПЧ в контуре, работает по принципу дросселирования. Электродвигатель в этой схеме постоянно работает на максимальных оборотах, а давление в системе регулируется запорной арматурой, управление в лучшем случае осуществляется с помощью реле или же вручную.

Метод имеет ряд существенных недостатков:

• быстрый износ оборудования;
• высокий расход электроэнергии;
• частые аварийные ситуации;
• низкое качество работы.

Лишь в периоды пикового потребления воды насос работает в режиме максимальной нагрузки. Во всех остальных случаях повышенная мощность оборудования не оправдана. Это учитывается в продвинутой классической схеме, за остановку и старт электронасоса отвечает автоматика (реле). Но так как реле не способно регулировать обороты привода, по сигналу происходит резкий старт на максимальные обороты. Это приводит к гидроударам и перегрузкам в электросети, в результате система быстро изнашивается.

Частотные преобразователи «Веспер» для управления насосами оснащены микропроцессорами с обратной связью. С их помощью можно интеллектуально и бережно регулировать работу оборудования в соответствии с текущими потребностями системы.

Алгоритм работы прост. Когда датчики фиксируют, что уровень давления в трубопроводе либо уровень в резервуаре упал ниже минимума, передается сигнал на преобразователь. Тот плавно запускает электромотор насоса, ударные нагрузки на трубопровод и электросеть исключаются. Подходящее время разгона электродвигателя можно выставить самостоятельно.

Датчики в режиме реального времени передают на преобразователь информацию в процессе разгона насоса. После того, как требуемые величины достигаются, ПЧ прекращает разгон и поддерживает частоту оборотов электромотора. Если уровень снова начнет падать или расти, микропроцессор автоматически отрегулирует давление, изменив производительность насоса. Параллельно частотник выполняет функции защиты (отключает оборудование при сильных колебаниях тока в электросети).

Где используются насосные пч, плюсы и минусы применения

Частотники можно использовать с насосными установками самого различного назначения. Особенно важны частотные преобразователи для насосов систем горячего и холодного водоснабжения, отопления. Результат модернизации конечный потребитель ощутит и оценит сразу же. Водонапорная система с ПЧ в составе функционирует полностью в автономном режиме. При этом качество подачи воды остается неизменным в любое время суток.

Масштаб системы не имеет значения. ПЧ способны заметно поднять эффективность промышленных насосных станций и бытовых колодезных и артезианских миниводокачек на один дом.

Преимущества управления насосами с преобразователем частоты:

• экономия электроэнергии (до 30–40%);
• исключена ситуация «сухого хода» (без воды в системе);
• нет температурных скачков при подаче горячей воды;
• стабильная сила напора;
• отсутствует избыточное давление в трубах;
• продлен ресурс электронасоса и трубопровода;
• снижен уровень шума;
• можно упростить систему, убрать из схемы гидроаккумулятор и др. ненужные узлы и агрегаты.

Минусы схемы с ПЧ:

• начальные вложения на покупку прибора;
• необходим специалист для подключения и настройки оборудования.

Эти недостатки быстро компенсируются за счет удешевления обслуживания. В результате сокращаются издержки на поддержание работоспособности и ремонт, стоимость владения в целом уменьшается, а комфорт заметно повышается.

Ресивер для скважины

Наверное, худшим решением будет использование емкости с водой где-то на чердаке, в виде своеобразного ресивера. Он будет стоять на высоте 3 метра от крана, и давление воды будет всего 0.3 атм. Никакая техника работать не будет, и нормально пользоваться водой у вас не получиться. Чтобы давление было в порядке, нужно ставить водонапорную башню Рожновского на высоту 20-30 метров. Естественно, на дачном участке Московской области это нереализуемо и в этом нет никакой необходимости.

Модель системы

Рассмотрим линейную систему управления угловой скоростью следящего электропривода, упрощенная структурная схема которой представлена ниже.

В соответствии с приведенной структурой в среде Simulink была построена модель такой системы.

Модели электропривода (подсистема Electric actuator) и инерционной нагрузки (подсистема Load) созданы с помощью блоков библиотеки физического моделирования Simscape:

• модель электропривода,

• модель инерционной нагрузки.

Модели электропривода и нагрузки также включают подсистемы датчиков различных физических величин:

• тока, протекающего в обмотке якоря двигателя (подсистема А),

• напряжения на его обмотке (подсистема V),

• угловой скорости объекта управления (подсистема Ω).

Перед настройкой параметров ПИД-регулятора запустим модель на расчет, приняв передаточную функцию регулятора . Результаты моделирования при отработке входного сигнала 150 об/мин показаны ниже.

Из анализа приведенных графиков видно, что:

• выходная координата системы управления не достигает заданного значения, т.е. в системе присутствует статическая ошибка;
• напряжение на обмотках двигателя достигает значения 150 В в начале моделирования, что повлечет за собой выход его из строя вследствие подачи на его обмотку напряжения больше номинального (24 В).

Пусть реакция системы на единичный импульс должна соответствовать следующим требованиям:

• перерегулирование (Overshoot) не более 10%,
• время нарастания (Rise time) менее чем 0.8 с,
• время переходного процесса (Settling time) менее чем 2 с.

Кроме того, регулятор должен ограничивать напряжение, подаваемое на обмотку двигателя, до значения напряжения питания.

Третье поколение – максимальный функционал

Третье поколение блоков управления – это система, которая позволяет исключить работу человека на протяжении длительного периода времени.

Ценовая политика блоков третьего поколения достаточно высока, из-за установки дополнительных элементов, например, системы регулирования работы двигателя насоса. Обычно высокая стоимость оправданна продлением срока эксплуатации насоса и правильной работой системы водоснабжения.

Основным элементов третьего поколения является наличие дополнительных элементов, которые отвечают за работу электродвигателя насоса. Без их установки насос постоянно работает в режиме полной мощности, даже при кратковременных включениях. Это не только пагубно сказывается на изделии, но и повышает расход электроэнергии. Автоматическая система третьего поколения способна регулировать напряжение на входе насоса, в зависимости от ситуации повышать его или уменьшать.

На данных блоках устанавливаются современные средства защиты, которые позволяют не переживать за сохранность насосной станции даже при полном отсутствии воды в системе или резких перепадах напряжения. Данная разновидность автоматики можно программировать под различные условия работы. Только проводить такой комплекс процедур лучше всего специалисту.