СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК F04D15/00 

Изобретение относится к автоматизации установок с электронасосами, особенно погружными, работающими на удаленную водонапорную башню, и может быть использовано в коммунальном, сельском и железнодорожном водоснабжении.

Известен способ автоматического управления насосной установкой, удаленной от водонапорной башни, с помощью радиосигналов об уровне воды в баке, согласно которому измеряют уровень воды в башне, при увеличении уровня до верхнего значения радиосигнал подают на отключение электропривода, а при снижении уровня до нижнего значения подают радиосигнал на включение электропривода [1]
Устройство для осуществления этого способа содержит датчик уровня воды, радиопередатчик, установленной на водонапорной башне, радиоприемник, установленный вблизи пускателя электропривода насоса.

Недостатком способа автоматического управления насосной установкой с помощью радиосигналов и устройства для его осуществления является значительные капитальные вложения и недостаточная надежность работы из-за электромагнитных помех, влияющих на радиосвязь.

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ управления насосной установкой, работающей на удаленную водонапорную башню, путем измерения давления на напорном трубопроводе при отключенном электроприводе насоса, сравнения его с заданным минимальным, соответствующим нижнему уровню воды в водонапорной башне, и включении электропривода при давлении, не превышающем заданное минимальное давление; отключают электропривод насоса через заданное время [2]
Устройство для осуществления этого способа содержит электроконтактный манометр, реле времени или электроконтактные часы, соединенные с магнитным пускателем электропривода насоса.

Этот способ управления и устройство для его осуществления требует меньше капитальных затрат, чем способ и устройство управления с помощью радиосигналов.

Недостатком способа управления по сигналам от электроконтактного манометра и реле времени и устройства для его осуществления является то, что контролируется только один уровень воды в башне (нижний уровень), поэтому количество включений электронасоса значительно больше, чем в способе и устройство управления электроприводом насоса, в котором контролируются как нижний, так и верхний уровень воды в башне. Поэтому износ электронасосов, особенно погружных электронасосов, работающих в артезианских скважинах, при способе и устройстве управления с помощью сигналов от электроконтактного манометра и реле времени значительный, что приводит к большим эксплуатационным расходам и значительным перерывам в водоснабжении из-за более частой замены электронасосов.

Задачами изобретения являются снижение износа электронасосов и сокращение перерывов в водоснабжении.

Для этого в способе управления насосной установкой путем измерения давления на напорном трубопроводе при отключенном электроприводе насоса, сравнения его с заданным минимальным давлением, соответствующим нижнему уровню воды в башне, и включения электропривода насосной установкой при давлении, не превышающем заданное минимальное давление, через заданное время, равное длительности переходных гидравлических процессов, при пуске запоминают значение давления и суммируют его с заданным перепадом давления между верхним и нижним уровнем воды в башне, запоминают результирующее значение давления, соответствующее верхнему уровню воды в башне, вычитают из него текущее значение давления и при отрицательном значении результирующей величины отключают электропривод насосной установки.

Устройство управления насосной установкой, согласно первому варианту содержащее датчик давления и магнитный пускатель, которым включается электропривод насосной установки, снабжено блоком преобразования сигналов, блоком задания установок, программным и запоминающим блоками и усилителем, при этом датчик давления выполнен аналоговым и соединен с первым входом блока преобразования сигналов, второй вход которого соединен с выходом блока задания уставок, а третий вход с первым выходом программного блока, первый вход его соединен с выходом блока преобразования сигналов, второй выход программного блока соединен со сходом запоминающего блока, выход которого соединен со вторым входом программного блока, третий выход которого соединен со входом усилителя, выход которого соединен с магнитным пускателем.

Устройство управления насосной установкой, согласно второму варианту содержащее датчик давления и магнитный пускатель, которым включается электропривод, снабжено генератором импульсов, счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем, тремя компараторами и двумя триггерами, при этом датчик давления выполнен аналоговым и соединен с первыми входами компараторов, ко второму входу компаратора фиксации нижнего уровня, подключенный к источнику питания, а выход этого компаратора соединен с первым входом триггера сигнала включения, второй вход компаратора фиксации конца цифроаналогового преобразования соединен с выходом преобразователя, подключенного ко входу задатчика перепада давления, а выход этого компаратора соединен с первым входом триггера сигнала окончания цифро-аналогового преобразования, второй вход этого триггера соединен с первым входом счетчика импульсов и с первым выходом триггера сигнала включения, второй выход которого соединен со входом усилителя, к выходу которого подключен вход магнитного пускателя, ко второму входу компаратора фиксации верхнего уровня подключен выход задатчика перепада давления, а выход этого компаратора соединен со вторым входом триггера сигнала включения, генератор импульсов подключен ко второму входу счетчика импульсов, к его третьему входу подключен выход триггера сигнала окончания цифроаналогового преобразования, а к выходам счетчика входы цифроаналогового преобразователя.

Благодаря тому, что предлагаемые способы и устройства управления насосной установкой позволяют контролировать не только нижний, но и верхний уровень воды в башне, в отличие от известного способа и устройства управления насосной уставкой, работающей на удаленную водонапорную башню, снижается количество включений электронасоса и его износ.

Оба варианта устройств управления основаны на предлагаемом способе управления и едином творческом замысле и осуществлены принципиально одним и тем же путем.

На фиг. 1 изображена блок-схема управления насосной установкой (вариант 1); на фиг. 2 блок-схема преобразователя сигналов; на фиг. 3 блок-схема усилителя; на фиг. 4 блок-схема управления насосной установкой (вариант 2).

Устройство управления насосной установкой содержит (фиг. 1) аналоговый датчик 1 давления, блок 2 преобразования сигналов, блок 3 задания уставок, запоминающий блок 4, программный блок 5, усилитель 6, магнитный пускатель 7.

В качестве аналогового датчика 1 давления применен датчик [3]
Блок 2 преобразования сигналов содержит коммутатор 8 аналоговых сигналов и аналого-цифровой преобразователь 9 (фиг. 2). Блок 2 преобразует аналоговые сигналы, поступающие на его входы в цифровые коды.

Аналоговые сигналы давления и значений уставок поступают на коммутатор, который под управлением программного блока 5 выдает на преобразователь 9 все подключенные на входы коммутатора аналоговые сигналы в определенной последовательности.

Аналого-цифровой преобразователь 9 преобразует аналоговые сигналы в двоичный цифровой код.

Блок 3 в виде аналоговых сигналов выдает значение уставок минимального значения давления в баке башни и перепада давления. Блок 3 представляет из себя набор потенциометров по числу уставок, запитанных напряжением 5 В. С движков потенциометров снимаются в аналоговом виде сигналы уставок.

Блок 4 запоминает двоичные коды, поступающие из программного блока 5. Запоминающий блок 4 представляет собой набор восьмиразрядных регистров, образующих оперативное запоминающее устройство микропроцессора [6]
Программный блок 5 представляет собой микроконтроллер. Программный блок управляет работой устройства по заданному алгоритму.

Усилитель 6 усиливает дискретный выходной сигнал включения электропривода насоса из программного блока 5. Усилитель содержит (фиг. 3) резисторы 10, 11 и 12, n-p-n-транзистор 13 и p-n-p-транзистор 14.

Устройство управления насосной установкой согласно второму варианту (фиг. 4) содержит датчик 1 давления, магнитный пускатель 7, потенциометр 15 задания уставки давления нижнего уровня воды в водонапорной башне, генератор 16 импульсов, счетчик 17 импульсов, цифро-аналоговый преобразователь 18, задатчик 19 перепада давления, компаратор 20 фиксации давления нижнего уровня, компаратор 21 фиксации конца цифроаналогового преобразования, компаратор 22 фиксации давления верхнего уровня, триггер 23 сигнала включения, триггер 24 сигнала окончания цифроаналогового преобразования, усилитель 25 и промежуточное реле 26.

Датчик 1 давления соединен со входами 1 компараторов 20, 21 и 22, движок потенциометра 15 соединен со входом 2 компаратора 20, выход которого подключен к входу триггера 23, выход 1 которого подключен к входу 2 триггера 24 и входу 1 счетчика 17, к входу 2 которого подключен генератор 16, а к входу 3 выход триггера 24, к входу 2 которого подключен выход компаратора 21, к входу 2 которого подключен выход цифроаналогового преобразователя 18. К этому же выходу подключен вход задатчика 19, выход которого присоединен к входу 2 компаратора 22. Выходы 1.8 счетчика 17 подключены к входу цифроаналогового преобразователя 18. Выход 2 триггера 23 подключен к входу усилителя 25, выход которого подключен к входу реле 26, выход которого соединен с входом магнитного пускателя 7, к выходу которого подключают электропривод насоса (не показан).

В качестве генератора 16 импульсов используется генератор 8, в качестве счетчика импульсов счетчик 9, в качестве цифро-аналогового преобразователя - преобразователь 10, в качестве компараторов компаратор 11, в качестве триггеров триггеры 12, в качестве усилителя усилитель 13, а в качестве задатчика перепада давления 14.

Управление электронасосом по первому варианту (фиг. 1) осуществляется следующим образом.

Сигнал от аналогового датчика 1 давления, установленного в устье скважины на напорном трубопроводе (вблизи насосной установки), поступает на блок 2 преобразования сигналов. Программный блок 5 выдает команду на блок 2, по которой блок 2 преобразует аналоговый сигнал датчика 1 в двоичный цифровой код. Число в двоичном коде программный блок 5 принимает от блока 2 преобразования сигналов, пересылает его для запоминания в блок 4.

Программный блок 5 считывает из запоминающего блока 4 код величины давления, соответствующего нижнему уровню воды в башне.

Программный блок 5 сравнивает величину давления с установкой нижнего уровня. При значении давления, меньшем этой установки, программный блок выдает сигнал на усилитель 6, при этом сигналом с его выхода включается магнитный пускатель 7, запускающий электропривод насоса.

После запуска насоса сигнал давления от датчика 1 возрастает на величину динамической составляющей напора.

Через выдержку времени, создаваемую в блоке 5, за время которой затухают переходные процессы при пуске, программный блок 5 посылает сигнал на блок 2, который преобразует аналоговый сигнал в двоичный код и выдает в программный блок значение давления после пуска. Это значение программный блок пересылает в запоминающий блок 4.

Затем программный блок 5 считывает из запоминающего блока 4 значение уставки перепада давлений между верхним и нижним уровнем воды в башне, суммирует его со значением давления после пуска. Полученный результат программный блок пересылает в запоминающий блок, это число служит уставкой для отключения электропривода насоса по верхнему уровню воды в башне.

Далее программный блок 5 постоянно посылает сигналы на блок 2, принимает от него коды давления, считывает с запоминающего блока 4 вычисленную уставку отключения насоса по давлению, соответствующему верхнему уровню, и сравнивают уставку и текущее значение давления. В случае равновесия этих величин программный блок 5 снимает сигнал с усилителя 6, усилитель запирается и магнитный пускатель 7 отключается, отключая электропривод насоса.

Устройство управления насосной установкой по второму варианту работает следующим образом (фиг. 4).

Сигнал от датчика 1 поступает на вход 1 компаратора 20. На вход 2 этого компаратора с потенциометра 15 поступает сигнал уставки давления нижнего уровня воды в водонапорной башне. Если сигнал от датчика давления становится меньше указанной уставки, компаратор 20 срабатывает, на его выходе появляется сигнал высокого уровня, который запоминается триггером 23, сигнал с его выхода 2 через усилитель 25 включает реле (не показано), от контактов которого включается магнитный пускатель 7, который включает электропривод насоса (не показан).

Одновременно снимается сигнал с выхода 1 триггера 23, которым ранее устанавливали в исходное состояние счетчик 17 по входу 1 и триггер 24 по входу 2.

Счетчик 17 начинает подсчет импульсов от генератора импульсов 16. Код на выходах 1.8 счетчика цифроаналоговый преобразователь 18 превращает в аналоговый сигнал, поступающий на вход 2 компаратора 21.

На вход 1 компаратора 21 поступает сигнал от датчика давления, а на вход 2 сигнал с цифро-аналогового преобразователя 18. Когда сигнал с цифроаналогового преобразователя превысит уровень сигнала от датчика давления, компаратор 21 сработает, на его выходе появится сигнал высокого уровня, который проходит на вход 1 триггера 24, переключает его, т.е. запоминается, и сигнал с его выхода приходит на вход 3 счетчика 17 и останавливает счет. На выходе цифроаналогового преобразователя 18 при этом сохраняется, т.е. запоминается аналоговый сигнал, равный сигналу от датчика давления после пуска насоса. Этот аналоговый сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 18 приходит на задатчик 19 перепада давления и складывается с потенциалом, имеющемся на задатчике, т.е. с заданным перепадом давлений между верхним и нижнем уровнями воды в башне.

Суммарный потенциал подается с выхода задатчика на вход 2 компаратора 22. На вход 1 этого компаратора подается сигнал давления с датчика 1. Когда сигнал с задатчика 19 превысит величину сигнала от датчика, компаратор 22 срабатывает, и сигнал высокого уровня с его выхода устанавливает триггер 23 в положение низкого уровня на выходе 1. Усилитель 25 запирается и пускатель 7 отключается, отключая насос. Одновременно сигнал высокого уровня с выхода 1 триггера 23 устанавливает триггер 24 и сбрасывает счетчик 17 в исходное положение. Устройство управления готово к следующему циклу работы.

Устройство управления согласно варианту 1, выполненное на основе микропроцессорной техники, по сравнению с вариантом 2, выполненном на микросхемах, обеспечивает большую точность регулирования уровня воды в водонапорной башне за счет выполнения сравнения параметров и уставок в цифровой форме, более удобно в эксплуатации за счет простоты и удобства задания уставок, позволяет расширить функциональные возможности (введение цифровой индикации параметров и уставок, введение дополнительных защит, учета помехообразующих факторов, расширения сервисных функций плавного спуска и останова), но является более дорогостоящим. Поэтому вариант 1 целесообразно использовать при мощности насосных установок свыше 11 кВт.

Использование: в автоматизации установок с электронасосом,особенно погружными, работающими на удаленную водонапорную башню, и может быть использовано в коммунальном, сельском и железнодорожном водоснабжении. Сущность изобретения: в способе управления насосной установкой измеряют давление на напорном трубопроводе при отключенном электроприводе насоса, сравнивают его с заданным минимальным давлением, соответствующим нижнему уровню воды в водонапорной башне, и включают электропривод насосной установкой при давлении, не превышающем заданное минимальное давление. Через заданное время, равное длительности гидравлических переходных процессов при пуске, запоминают значение давления и суммируют его с заданным перепадом давления между верхним и нижним уровнем воды в башне, запоминают результирующее значение давления, соответствующее верхнему уровню воды в башне, вычитают из него текущее значение давления в процессе работы установки и при отрицательном значении результирующей величины отключают электропривод. Способ может быть реализован с помощью двух вариантов устройства, одно из которых выполнено на основе микропроцессорной техники, а другое - на микросхемах. 3 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления насосной установкой путем измерения давления на напорном трубопроводе при отключенном электроприводе насоса, заключающийся в сравнении его с заданным минимальным давлением, соответствующим нижнему уровню воды в водонапорной башне, и включении электропривода насосной установки при давлении, не превышающем заданное минимальное давление, отличающийся тем, что через заданное время, равное длительности переходных процессов при пуске, запоминают значение давления и суммируют его с заданным перепадом давления между верхним и нижним уровнями воды в башне, запоминают результирующее значение давления воды в башне, вычитают из него текущее значение давления в процессе работы установки и при отрицательном значении результирующей величины отключают электропривод насосной установки. 2. Устройство управления насосной установкой, содержащее датчик давления и магнитный пускатель, которым включается электропривод насосной установки, отличающееся тем, что оно снабжено блоком преобразования сигналов, блоком задания уставок, программным и запоминающим блоками и усилителем, при этом датчик давления выполнен аналоговым и соединен с первым входом блока преобразования сигналов, второй вход которого соединен с выходом блока задания уставок, а третий вход с первым выходом программного блока, первый вход его соединен с выходом блока преобразования сигналов, второй выход программного блока соединен с входом запоминающего блока, выход которого соединен с вторым входом программного блока, третий выход которого соединен с входом усилителя, выход которого с магнитным пускателем. 3. Устройство управления насосной установкой, содержащее датчик давления и магнитный пускатель, которым включается электропривод, отличающееся тем, что оно снабжено генератором импульсов, счетчиком импульсов, цифроаналоговым преобразователем, тремя компараторами и двумя триггерами, при этом датчик давления выполнен аналоговым и соединен с первыми входами компараторов, к второму входу компаратора фиксации нижнего уровня подключен потенциомер задания уставки нижнего уровня, подключенный к источнику питания, а выход этого компаратора соединен с первым входом триггера сигнала включения, второй вход компаратора фиксации конца цифроаналогового преобразования соединен с выходом этого преобразователя, подключенного к входу задатчика перепада давления, а выход этого компаратора соединен с первым входом триггера сигнала окончания цифроаналогового преобразования, второй вход этого триггера соединен с первым входом счетчика импульсов и первым выходом триггера сигнала включения, второй выход которого соединен с входом усилителя, к выходу которого подключен вход магнитного пускателя, к второму входу компаратора фиксации верхнего уровня подключен выход задатчика перепада давления, а выход этого компаратора соединен с вторым входом триггера сигнала включения, генератор импульсов подключен к второму входу счетчика импульсов, к его третьему входу подключен выход триггера сигнала окончания цифроаналогового преобразования, а к выходам счетчика выходы цифроаналогового преобразователя.