Какая автоматика понадобиться для насоса?

Автоматизация работы насоса - ключ к созданию эффективной, надежной и экономичной системы водоснабжения. Правильно подобранная автоматика избавит вас от необходимости постоянно контролировать работу насоса, защитит оборудование от поломок, продлит срок его службы. Она возьмет на себя функции поддержания постоянного давления в системе, предотвращения работы насоса "всухую", плавного пуска и остановки электродвигателя.

В этой статье мы разберем основные виды автоматики для насосов, их назначение, принципы работы и примеры использования. Вы узнаете, как выбрать и настроить реле давления, защитить насос от сухого хода, оптимизировать его работу с помощью электронных регуляторов и преобразователей частоты. А также познакомитесь с комплексными решениями для полной автоматизации систем водоснабжения на базе современных шкафов управления.

Реле давления

Реле давления - самый простой и распространенный элемент автоматики для насосов. Его задача - поддерживать постоянное давление в системе водоснабжения путем автоматического включения и отключения насоса по сигналу от датчика давления.

Назначение и принцип работы реле давления

Реле давления устанавливается на напорном трубопроводе после насоса и состоит из двух основных частей:

Силовой части (контактной группы) - она коммутирует цепь питания электродвигателя насоса в зависимости от давления в системе.
Управляющей части (датчика давления) - мембрана или сильфон, который под действием давления замыкает или размыкает контакты силовой части.

Когда давление в системе падает ниже установленного порога (точки включения), контакты реле замыкаются и насос запускается. Когда давление достигает верхнего предела (точки отключения), контакты размыкаются и насос останавливается. Разница между точками включения и отключения называется дифференциалом (гистерезисом) и обычно составляет 1-2 бар.

Виды реле давления

По типу управляющего элемента реле давления делятся на:

Механические (мембранные) - в них давление действует на мембрану, которая через систему рычагов и пружин передает усилие на контактную группу. Пример - реле давления Italtecnica PM/5 GS со шкалой.
Электронные - давление воздействует на электронный датчик (преобразователь давления), который передает сигнал на электронный блок управления. Он, в свою очередь, подает команды на силовые реле или контакторы. Пример - электронное реле давления Pedrollo EASY SMALL.

Механические реле просты и надежны, но менее точны и гибки в настройках. Электронные реле позволяют реализовать сложные алгоритмы управления, имеют дополнительные функции (плавный пуск, защита от сухого хода, индикация ошибок), но дороже механических.

Настройка и регулировка реле давления

Для настройки механического реле давления нужно отрегулировать два параметра:

Давление включения (Рвкл) - при каком давлении насос должен включаться. Обычно выставляется на 0,5-1 бар ниже номинального давления насоса.
Дифференциал (Δр) - разница между давлением включения и отключения. Чем меньше дифференциал, тем чаще будет срабатывать реле и включаться насос. Оптимально выставлять дифференциал на 1-1,5 бар.

Давление отключения (Ротк) будет автоматически определяться как сумма давления включения и дифференциала: Ротк = Рвкл + Δр

У электронных реле настройка более гибкая и производится через меню контроллера. Можно задать не только давление включения и отключения, но и время задержки, количество попыток автоматического перезапуска, режим работы (по таймеру, по уровню воды в баке и т.д.)

Примеры использования реле давления

Реле давления Italtecnica PM/5 GS со шкалой - механическое реле с регулировкой давления от 1 до 5 бар и дифференциалом 1,4-2,2 бар. Подходит для управления насосами мощностью до 1,5 кВт.
Реле давления Grundfos FF4-8 DAY - электромеханическое реле с настраиваемым диапазоном давлений от 0,5 до 8 бар. Имеет функцию защиты от сухого хода и светодиодную индикацию состояния.
Электронное реле давления Pedrollo EASY PRESS - электронный контроллер с датчиком давления, встроенной защитой от сухого хода и функцией ART (автоматический сброс ошибки). Позволяет настроить давление включения и отключения в пределах от 1 до 8 бар. Подходит для насосов до 3 кВт.
Реле давления Square D FSG2J20 - компактное механическое реле с настройкой давления от 1 до 5 бар. Имеет регулировку дифференциала от 0,3 до 4,5 бар и световую индикацию состояния контактов.

Реле давления - обязательный элемент автоматики практически для любого насоса. Правильный подбор и настройка реле давления обеспечит стабильную работу вашей системы водоснабжения в автоматическом режиме, продлит срок службы насоса и сэкономит ваше время и нервы.

Реле защиты от сухого хода

Работа насоса "всухую", без воды - одна из самых частых причин его поломки. Когда в насосе нет воды, он не может охлаждаться и смазываться, что приводит к перегреву двигателя, заклиниванию вала, износу торцевых уплотнений. Всех этих проблем можно избежать, установив реле защиты от сухого хода.

Опасность работы насоса "всухую"

Есть несколько ситуаций, когда насос может остаться без воды:

Падение уровня воды в источнике (скважине, колодце) ниже уровня всасывающего патрубка насоса.
Засорение всасывающей магистрали или фильтра грубой очистки.
Разрыв или утечка во всасывающем трубопроводе.
Завоздушивание насоса из-за неправильного монтажа или негерметичности всасывающей линии.

В любом из этих случаев насос будет работать "на сухую", быстро перегреваться и выходить из строя. Причем ни реле давления, ни защита по току здесь не помогут - они не могут определить наличие воды на входе в насос.

Принцип действия реле защиты от сухого хода

Реле защиты от сухого хода - это электронное устройство, которое отслеживает наличие воды во всасывающей магистрали и отключает насос при ее отсутствии. Оно состоит из:

Датчика потока или датчика давления, который устанавливается на всасывающем патрубке насоса или в скважине/колодце.
Электронного блока управления, который анализирует сигнал от датчика и при необходимости размыкает цепь питания насоса.

Когда вода поступает в насос, датчик фиксирует поток или давление и подает сигнал на блок управления. Если вода перестает поступать, датчик передает сигнал "сухого хода" и реле отключает насос. При восстановлении подачи воды реле автоматически перезапускает насос.

Способы установки и подключения реле

Существует два основных способа монтажа реле защиты от сухого хода:

Навесной монтаж - датчик устанавливается на всасывающем патрубке насоса с помощью тройника или специальной муфты. Электронный блок крепится на стене рядом с насосом и подключается к сети и датчику. Пример - реле защиты Wilo WMS WJ (RL0L1P5K).
Погружной монтаж - датчик опускается в скважину или колодец ниже динамического уровня воды. Он соединяется с блоком управления специальным кабелем. При падении уровня воды ниже датчика реле отключит насос. Пример - электронное реле потока Italtecnica BRIO.

Выбор способа монтажа зависит от типа источника воды, глубины всасывания, конструкции насоса. Погружные датчики надежнее защищают насос, но их сложнее монтировать и обслуживать. Навесные датчики проще в установке, но могут пропускать небольшие воздушные пузыри во всасывающей магистрали.

Примеры реле защиты от сухого хода

Реле защиты Wilo WMS WJ (RL0L1P5K) - электронное реле с навесным датчиком потока. Имеет выносной блок управления со светодиодной индикацией состояния (работа/сухой ход). Монтируется в разрыв всасывающего трубопровода через тройник. Может использоваться с насосами до 4 кВт.
Электронное реле потока Italtecnica BRIO - интеллектуальное реле с погружным датчиком уровня воды. Имеет функции АПВ (автоматического повторного включения), защиты от частых пусков, режим пониженного энергопотребления. Монтируется в скважину или колодец, имеет встроенный обратный клапан. Совместимо с насосами до 1,5 кВт.

Реле защиты от сухого хода - must have для любой системы водоснабжения с поверхностным насосом. Оно предотвратит преждевременный выход насоса из строя, избавит от затрат на ремонт и простоев из-за поломки. А функция автоматического перезапуска обеспечит бесперебойную подачу воды даже при временных проблемах с источником.

Электронные регуляторы давления

Электронные регуляторы давления (частотные преобразователи, инверторы) - это следующий шаг в развитии автоматики для насосов. В отличие от реле давления, которые только включают и выключают насос, электронные регуляторы плавно меняют частоту вращения двигателя, подстраиваясь под текущее потребление воды. Это дает целый ряд преимуществ:

Преимущества электронных регуляторов перед механическими реле

Экономия электроэнергии до 30-50% за счет работы насоса на пониженных оборотах при малом расходе воды.
Стабильное давление в системе независимо от количества открытых точек водоразбора (кранов, душевых и т.д.).
Плавный пуск и остановка насоса, что снижает пусковые токи, гидроудары и увеличивает срок службы оборудования.
Возможность удаленного управления и мониторинга работы насоса через электронный блок или смартфон.
Встроенная защита от перегрузки по току, от сухого хода, от перегрева двигателя.

То есть один электронный регулятор заменяет собой реле давления, реле защиты от сухого хода и систему плавного пуска. А энергоэффективность и комфорт при этом существенно выше.

Функции и возможности электронных регуляторов

Современные электронные регуляторы давления - это многофункциональные устройства, которые берут на себя все задачи по управлению насосом:

Поддержание постоянного давления в диапазоне от 1 до 10 бар с точностью до 0,1 бар.
Регулировка частоты вращения двигателя от 20 до 50 Гц (или от 0 до 100% номинальной мощности).
Плавный пуск и остановка насоса с временем разгона/торможения от 1 до 10 секунд.
Защита насоса от сухого хода, перегрузки по току, перегрева, высокого и низкого напряжения.
Индикация текущих параметров работы (давление, ток, частота, температура) на ЖК-дисплее или через мобильное приложение.
Интеграция с системами "умный дом" по протоколу Modbus RTU или Wi-Fi.

Все эти функции доступны "из коробки", без дополнительных настроек и программирования.

Настройка и программирование электронных регуляторов

Несмотря на широкие возможности, электронные регуляторы довольно просты в настройке. Все основные параметры задаются с помощью кнопок и дисплея на передней панели устройства:

Давление выключения (определяет максимальное давление в системе, при котором насос будет отключен) - от 1 до 10 бар.
Давление включения (минимальное давление, при котором насос будет запущен) - от 0,5 до 9,5 бар.
Время разгона/торможения (плавность пуска и остановки насоса) - от 1 до 10 секунд.
Максимальный ток двигателя (для защиты от перегрузки) - от 1 до 16 А.
Минимальный ток (для защиты от сухого хода) - от 0,5 до 8 А.
Максимальная и минимальная частота вращения двигателя - от 20 до 50 Гц.

Все остальные параметры (например, график работы по таймеру, ПИД-коэффициенты регулятора) можно настроить через сервисное меню или фирменное ПО на ПК/смартфоне. Но в большинстве случаев достаточно базовых настроек.

Интеграция электронных регуляторов с другими системами

Практически все современные электронные регуляторы имеют порт RS-485 для интеграции в системы диспетчеризации и умного дома по протоколу Modbus RTU. Это позволяет:

Удаленно контролировать текущее состояние насоса (вкл/выкл, давление, ток, частоту вращения).
Удаленно менять уставки давления, тока, частоты.
Получать аварийные и информационные сообщения от регулятора (отсутствие воды, перегрузка, неисправность датчика давления).
Вести журнал работы насоса с возможностью выгрузки данных на ПК.

Для еще большего удобства некоторые модели регуляторов (например, Italtecnica Sirio Entry X2 Wi-Fi) оснащаются модулем Wi-Fi для прямого подключения к домашней беспроводной сети. Это дает возможность управлять насосом со смартфона из любой точки мира через фирменное мобильное приложение.

Преобразователи частоты

Преобразователи частоты (частотные преобразователи, инверторы) - это еще один вид автоматики, который позволяет плавно регулировать производительность и напор насоса в зависимости от реального водопотребления. Если электронные регуляторы давления работают по принципу "включено-выключено", то преобразователи частоты обеспечивают полностью бесступенчатое управление двигателем насоса.

Назначение преобразователей частоты в системах водоснабжения

Главная задача преобразователя частоты - изменять частоту вращения асинхронного двигателя насоса в диапазоне от 0 до 50 Гц (или от 0 до 60 Гц в американском стандарте). Это позволяет:

Регулировать производительность насоса от 0 до 100% номинальной. Например, если номинальная производительность насоса 10 м³/ч, то с помощью преобразователя ее можно плавно менять от 0 до 10 м³/ч.
Поддерживать постоянное давление в системе при переменном расходе воды. Преобразователь будет автоматически увеличивать обороты насоса при открытии дополнительных точек водоразбора и уменьшать при их закрытии.
Исключить пусковые токи и гидроудары за счет плавного разгона и торможения двигателя. Это снижает нагрузку на сеть и увеличивает срок службы насоса.
Защитить двигатель от перегрузки, перегрева, обрыва фаз и других нештатных ситуаций.

По сути, один преобразователь частоты заменяет собой и реле давления, и плавный пуск, и частично станцию управления насосом. А для управления самим преобразователем нужен только датчик давления на выходе насоса.

Экономия электроэнергии при использовании преобразователей частоты

Главное преимущество преобразователей частоты перед другими типами автоматики - существенная экономия электроэнергии. Ведь мощность, потребляемая насосом, пропорциональна кубу частоты вращения двигателя. То есть, если снизить обороты двигателя в 2 раза, потребляемая мощность упадет в 8 раз!

На практике экономия составляет от 20 до 50% в зависимости от характера водопотребления. Чем больше в системе пиковых расходов воды (утром и вечером), тем выше экономия от применения преобразователя. По данным производителей, срок окупаемости преобразователя частоты для насоса мощностью 1-2 кВт составляет от 1 года до 2 лет.

Основные характеристики и параметры выбора преобразователей

При выборе преобразователя частоты для насоса нужно учитывать следующие параметры:

Мощность и ток двигателя. Преобразователь должен соответствовать или немного превышать мощность насоса. Если насос работает от сети 220 В, то и преобразователь должен быть на 220 В (однофазный). Для насосов от 380 В нужен трехфазный преобразователь.
Диапазон регулирования частоты. Для большинства задач водоснабжения достаточно диапазона от 0 до 50 Гц. Но для некоторых специальных насосов (высокооборотных, погружных) может потребоваться расширенный диапазон до 400-500 Гц.
Наличие ПИД-регулятора. Это специальный алгоритм управления, который автоматически подстраивает частоту вращения двигателя под заданное давление. Он должен быть у любого преобразователя для насосов.
Защитные функции: от сухого хода, от перегрузки по току, от перегрева, от обрыва фаз, от низкого и высокого напряжения. Они позволяют использовать преобразователь без дополнительных устройств защиты.
Возможность подключения внешних датчиков: давления, потока, уровня воды. Для регулирования по давлению нужен датчик давления с выходным сигналом 4-20 мА.
Степень защиты корпуса. Для уличной установки нужна степень не ниже IP65, для установки в помещении достаточно IP54-IP21.

Хорошим выбором для большинства насосов мощностью до 3 кВт будут преобразователи частоты DAB Active Driver Plus M/M. Они выпускаются в однофазном (220 В) и трехфазном (380 В) исполнении, имеют встроенный ПИД-регулятор и все необходимые защиты. Интуитивно понятное меню с русским языком и возможность работы в каскаде с другими насосами - дополнительные плюсы.

Более простым и бюджетным решением являются преобразователи Coelbo Speedmatic Easy. Они подходят только для однофазных насосов 220 В мощностью до 1,5 кВт. У них нет дисплея и расширенных настроек, зато есть ручка для плавной регулировки давления. Функционал ограничен, но для небольших систем водоснабжения его вполне достаточно.

Особенности установки и настройки преобразователей частоты

Монтаж преобразователя частоты своими руками - задача посильная, но требует аккуратности и соблюдения ряда правил:

Преобразователь нужно устанавливать как можно ближе к насосу, в сухом месте с хорошей вентиляцией. Корпус преобразователя должен быть заземлен.
Силовые кабели от преобразователя к насосу должны быть экранированными, с сечением на 20-30% больше, чем обычные. Максимальная длина кабеля - 50 метров.
Сигнальные кабели от датчиков должны прокладываться отдельно от силовых, с соблюдением полярности. Экран кабеля заземляется только со стороны преобразователя.
Датчик давления устанавливается после гидроаккумулятора (если он есть) и как можно ближе к точкам водоразбора. Для защиты от скачков давления перед датчиком ставится демпфер.
Обязательно нужен входной дроссель между сетью и преобразователем - он защищает преобразователь от помех и увеличивает срок службы.

Первый пуск и настройку преобразователя лучше доверить специалисту. Нужно правильно задать параметры двигателя (мощность, ток, частоту вращения), настроить ПИД-регулятор, установить защиты. В некоторых случаях потребуется дополнительная настройка через ПК и фирменное ПО.

Но в целом современные преобразователи частоты достаточно "умные" и сами подстраиваются под характеристики насоса и системы. Поэтому после грамотного монтажа и минимальной настройки они будут стабильно поддерживать заданное давление, экономить ваши деньги и нервы.

Комплексные решения для автоматизации насосов

Если вы хотите полностью автоматизировать свою систему водоснабжения и забыть о ней на долгие годы, стоит присмотреться к комплексным решениям. Это специальные шкафы управления, которые объединяют в себе все необходимые функции: управление насосом, защиту, регулирование давления, каскадирование, и т.д.

Шкафы управления насосами

Шкаф управления насосом - это готовое решение "все в одном" на базе программируемого логического контроллера (ПЛК). Он включает в себя:

Вводной автомат и УЗО для защиты от короткого замыкания и утечек тока.
Контроллер с дисплеем и кнопками управления для настройки режимов работы.
Преобразователь частоты для плавного регулирования скорости насоса.
Блок плавного пуска для ограничения пусковых токов.
Набор защит: от сухого хода, от перегрузки, от перегрева, от обрыва фаз.
Клеммы для подключения датчиков (давления, потока, уровня) и исполнительных устройств (задвижек, клапанов).

То есть в одном компактном корпусе собрано все, что нужно для управления насосом. Вам останется только подключить к шкафу насосы, датчики, трубопроводы - и можно забыть об автоматике как минимум на 5-10 лет.

Преимущества комплексной автоматизации

Готовый шкаф управления насосами имеет ряд преимуществ перед самостоятельной сборкой автоматики из отдельных компонентов:

Удобство монтажа. Не нужно думать о совместимости устройств, прокладывать десятки проводов, изучать инструкции. Все уже собрано и протестировано на заводе.
Оптимальный подбор компонентов. Каждый элемент шкафа рассчитан на конкретную мощность и тип насосов. Вам не придется переплачивать за избыточный функционал или мучиться с недостаточно мощной автоматикой.
Дополнительные функции. Встроенный таймер, счетчик моточасов, журнал аварий, каскадный режим, альтернативные уставки по давлению - в хороших шкафах управления уже "из коробки" реализовано все, что может понадобиться на практике.
Максимальная энергоэффективность. Контроллер сам выбирает оптимальный режим работы насосов, обеспечивая плавный пуск, торможение, дежурный режим, поддержание минимально необходимой скорости. В итоге вы экономите до 30-40% электроэнергии.
Техподдержка и гарантия. Большинство производителей дает на свои шкафы управления гарантию 2-3 года, а некоторые - и все 5 лет. В случае поломки вам не придется разбираться с каждым устройством по отдельности - просто вызывайте сервисного инженера.

Конечно, готовые шкафы управления насосами стоят дороже, чем отдельные компоненты. Но они того стоят - вы получаете современную, надежную, экономичную систему автоматизации "под ключ". А сэкономленные на монтаже и наладке деньги быстро окупятся за счет меньшего энергопотребления и увеличенного срока службы оборудования.

Дополнительные функции и возможности шкафов управления

Хорошие шкафы управления - это не просто автоматика, а полноценные интеллектуальные системы с широкими возможностями:

Управление несколькими насосами в каскадном режиме. Контроллер сам включает и выключает дополнительные насосы при изменении водопотребления, обеспечивая плавное поддержание давления.
Автоматическое переключение на резервный насос при аварии основного.
Подхват при пропадании сетевого напряжения. Если установлен ИБП, шкаф управления автоматически перезапустит насос при восстановлении питания.
Встроенный таймер и недельный график работы насосов. Позволяет задать различные режимы работы в зависимости от дня недели и времени суток.
Альтернативные уставки давления. Для полива или пожаротушения может потребоваться повышенное давление в системе - контроллер обеспечит его по дополнительной команде.
Передача данных по протоколу Modbus RTU/TCP. Интеграция в системы диспетчеризации, удаленный контроль и управление через SCADA.
Управление дополнительным оборудованием: задвижками, клапанами, фильтрами, УФ-лампами, электронагревателями.
Сигнализация об авариях и событиях: SMS, E-mail, световая и звуковая индикация.

Набор функций зависит от модели и производителя шкафа управления. Но даже относительно простые модели умеют больше, чем просто включать/выключать насос по давлению.

Рекомендуемые товары

Код: 72903

Топ продаж