Яка автоматика знадобиться для насосу?

Автоматизація роботи насоса – ключ до створення ефективної, надійної та економічної системи водопостачання. Правильно підібрана автоматика позбавить вас необхідності постійно контролювати роботу насоса, захистить обладнання від поломок, продовжить термін його служби. Вона візьме на себе функції підтримки постійного тиску в системі, запобігання роботі насоса "всуху", плавного пуску та зупинки електродвигуна.

У цій статті ми розберемо основні види автоматики для насосів, їх призначення, принципи роботи та приклади використання. Ви дізнаєтесь, як вибрати та налаштувати реле тиску, захистити насос від сухого ходу, оптимізувати його роботу за допомогою електронних регуляторів та перетворювачів частоти. А також ознайомтеся з комплексними рішеннями для повної автоматизації систем водопостачання на базі сучасних шаф керування.

Реле тиску

Реле тиску - найпростіший і найпоширеніший елемент автоматики для насосів. Його завдання - підтримувати постійний тиск у системі водопостачання шляхом автоматичного увімкнення та відключення насоса по сигналу від датчика тиску.

Призначення та принцип роботи реле тиску

Реле тиску встановлюється на напірному трубопроводі після насоса та складається з двох основних частин:

Силової частини (контактної групи) – вона комутує ланцюг живлення електродвигуна насоса залежно від тиску в системі.
Керуючої частини (датчика тиску) - мембрана або сильфон, який під дією тиску замикає або розмикає контакти силової частини.

Коли тиск у системі знижується нижче встановленого порога (точки включення), контакти реле замикаються і насос запускається. Коли тиск досягає верхньої межі (точки вимкнення), контакти розмикаються та насос зупиняється. Різниця між точками включення та відключення називається диференціалом (гістерезисом) і зазвичай становить 1-2 бар.

Види реле тиску

За типом керуючого елемента реле тиску поділяються на:

Механічні (мембранні) – у них тиск діє на мембрану, яка через систему важелів та пружин передає зусилля на контактну групу. Приклад – реле тиску Italtecnica PM/5 GS зі шкалою.
Електронні тиск впливає на електронний датчик (перетворювач тиску), який передає сигнал на електронний блок управління. Він, у свою чергу, подає команди на силові реле чи контактори. Приклад – електронне реле тиску Pedrollo EASY SMALL.

Механічні реле прості та надійні, але менш точні та гнучкі в налаштуваннях. Електронні реле дозволяють реалізувати складні алгоритми управління, мають додаткові функції (плавний пуск, захист від сухого ходу, індикація помилок), але дорожчі за механічні.

Налаштування та регулювання реле тиску

Для налаштування механічного реле тиску потрібно відрегулювати два параметри:
Тиск увімкнення (Рвкл) - при якому тиску насос повинен вмикатися. Зазвичай виставляється на 0,5-1 бар нижче за номінальний тиск насоса.
Диференціал (Δр) - різниця між тиском включення та відключення. Чим менший диференціал, тим частіше спрацьовуватиме реле і включатиметься насос. Оптимально виставляти диференціал на 1-1,5 бар.

Тиск відключення (Ротк) буде автоматично визначатися як сума тиску включення та диференціала: Ротк = Рвкл + Δр
У електронних реле налаштування гнучкіша і виконується через меню контролера. Можна задати не тільки тиск увімкнення та відключення, а й час затримки, кількість спроб автоматичного перезапуску, режим роботи (за таймером, за рівнем води в баку і т.д.)

Приклади використання реле тиску

Реле тиску Italtecnica PM/5 GS зі шкалою - механічне реле з регулюванням тиску від 1 до 5 бар та диференціалом 1,4-2,2 бар. Підходить для керування насосами потужністю до 1,5 кВт.
Реле тиску Grundfos FF4-8 DAY - електромеханічне реле з діапазоном тисків, що настроюється, від 0,5 до 8 бар. Має функцію захисту від сухого ходу та світлодіодну індикацію стану.
Електронне реле тиску Pedrollo EASY PRESS - електронний контролер із датчиком тиску, вбудованим захистом від сухого ходу та функцією ART (автоматичний скидання помилки). Дозволяє налаштувати тиск увімкнення та відключення в межах від 1 до 8 бар. Підходить для насосів 3 кВт.
Реле тиску Square D FSG2J20 – компактне механічне реле з налаштуванням тиску від 1 до 5 бар. Має регулювання диференціала від 0,3 до 4,5 бар та світлову індикацію стану контактів.

Реле тиску – обов'язковий елемент автоматики практично для будь-якого насоса. Правильний підбір та налаштування реле тиску забезпечить стабільну роботу вашої системи водопостачання в автоматичному режимі, продовжить термін служби насоса та заощадить ваш час та нерви.

Реле захисту від сухого ходу

Робота насоса "всуху", без води - одна з найчастіших причин його поломки. Коли в насосі немає води, він не може охолоджуватися і змащуватися, що призводить до перегріву двигуна, заклинювання валу, зносу торцевих ущільнень. Всі ці проблеми можна уникнути, встановивши реле захисту від сухого ходу.

Небезпека роботи насоса "всуху"

Є кілька ситуацій, коли насос може залишитись без води:

Падіння рівня води в джерелі (свердловині, колодязі) нижче рівня всмоктуючого патрубка насоса.
Засмічення всмоктувальної магістралі або фільтра грубої очистки.
Розрив або витік у всмоктувальному трубопроводі.
Заповітря насоса через неправильний монтаж або негерметичність всмоктувальної лінії.

У будь-якому з цих випадків насос працюватиме "на суху", швидко перегріватиметься і виходитиме з ладу. Причому ні реле тиску, ні захист струму тут не допоможуть - вони не можуть визначити наявність води на вході в насос.

Принцип дії реле захисту від сухого ходу

Реле захисту від сухого ходу – це електронний пристрій, який відстежує наявність води у всмоктувальній магістралі та відключає насос за її відсутності. Воно складається з:

Датчик потоку або датчик тиску, який встановлюється на всмоктувальному патрубку насоса або в свердловині/колодці.
Електронний блок управління, який аналізує сигнал від датчика і при необхідності розмикає ланцюг живлення насоса.

Коли вода надходить у насос, датчик фіксує потік або тиск і подає сигнал на блок керування. Якщо вода перестає надходити, датчик передає сигнал "сухого ходу" і відключає реле насос. При відновленні подачі води реле автоматично перезапускає насос.

Способи встановлення та підключення реле

Існує два основних способи монтажу реле захисту від сухого ходу:

Навісний монтаж - датчик встановлюється на всмоктувальному патрубку насоса за допомогою трійника або спеціальної муфти. Електронний блок кріпиться на стіні поруч із насосом і підключається до мережі та датчика. Приклад – реле захисту Wilo WMS WJ (RL0L1P5K).
Занурювальний монтаж - датчик опускається в свердловину або криницю нижче динамічного рівня води. Він з'єднується із блоком управління спеціальним кабелем. Під час падіння рівня води нижче датчика реле відключить насос. Приклад – електронне реле потоку Italtecnica BRIO.

Вибір методу монтажу залежить від типу джерела води, глибини всмоктування, конструкції насоса. Занурювальні датчики надійніше захищають насос, але їх складніше монтувати та обслуговувати. Навісні датчики простіше в установці, але можуть пропускати невеликі повітряні бульбашки у всмоктувальній магістралі.

Приклади реле захисту від сухого ходу

Реле захисту Wilo WMS WJ (RL0L1P5K) – електронне реле з навісним датчиком потоку. Має виносний блок керування зі світлодіодною індикацією стану (робота/сухий хід). Монтується в розрив всмоктуючого трубопроводу через трійник. Може використовуватись із насосами до 4 кВт.
Електронне реле потоку Italtecnica BRIO – інтелектуальне реле із занурювальним датчиком рівня води. Має функції АПВ (автоматичного повторного включення), захисту від частих пусків, режим зниженого споживання енергії. Монтується в свердловину або колодязь, має вбудований зворотний клапан. Сумісно із насосами до 1,5 кВт.

Реле захисту від сухого ходу – must have для будь-якої системи водопостачання з поверхневим насосом. Воно запобігає передчасному виходу насоса з ладу, позбавить витрат на ремонт і простоїв через поломку. А функція автоматичного перезапуску забезпечить безперебійну подачу води навіть за тимчасових проблем із джерелом.

Електронні регулятори тиску

Електронні регулятори тиску (частотні перетворювачі, інвертори) – це наступний крок у розвитку автоматики для насосів. На відміну від реле тиску, які тільки включають та вимикають насос, електронні регулятори плавно змінюють частоту обертання двигуна, підлаштовуючись під поточне споживання води. Це дає цілу низку переваг:

Переваги електронних регуляторів перед механічними реле

Економія електроенергії до 30-50% за рахунок роботи насоса на знижених оборотах при малій витраті води.
Стабільний тиск у системі незалежно від кількості відкритих точок водорозбору (кранів, душових тощо).
Плавний пуск та зупинка насоса, що знижує пускові струми, гідроудари та збільшує термін служби обладнання.
Можливість віддаленого керування та моніторингу роботи насоса через електронний блок або смартфон.
Вбудований захист від перевантаження струмом, від сухого ходу, від перегріву двигуна.

Тобто один електронний регулятор замінює собою реле тиску, реле захисту від сухого ходу та систему плавного пуску. А енергоефективність і комфорт при цьому значно вищі.

Функції та можливості електронних регуляторів

Сучасні електронні регулятори тиску - це багатофункціональні пристрої, які беруть на себе всі завдання управління насосом:

Підтримка постійного тиску в діапазоні від 1 до 10 бар із точністю до 0,1 бар.
Регулює частоту обертання двигуна від 20 до 50 Гц (або від 0 до 100% номінальної потужності).
Плавний пуск та зупинка насоса з часом розгону/гальмування від 1 до 10 секунд.
Захист насоса від сухого ходу, перевантаження по струму, перегріву, високої та низької напруги.
Індикація поточних параметрів (тиск, струм, частота, температура) на РК-екрані або через мобільний додаток.
Інтеграція із системами "розумний дім" за протоколом Modbus RTU або Wi-Fi.

Всі ці функції доступні з коробки, без додаткових налаштувань і програмування.

Налаштування та програмування електронних регуляторів

Незважаючи на широкі можливості, електронні регулятори досить прості у налаштуванні. Усі основні параметри задаються за допомогою кнопок та дисплея на передній панелі пристрою:

Тиск вимкнення (визначає максимальний тиск у системі, при якому насос буде вимкнений) - від 1 до 10 бар.
Тиск увімкнення (мінімальний тиск, при якому насос буде запущений) - від 0,5 до 9,5 бар.
Час розгону/гальмування (плавність пуску та зупинки насоса) – від 1 до 10 секунд.
Максимальний струм двигуна (для захисту від перевантаження) – від 1 до 16 А.
Мінімальний струм (для захисту від сухого ходу) – від 0,5 до 8 А.
Максимальна та мінімальна частота обертання двигуна – від 20 до 50 Гц.

Всі інші параметри (наприклад, графік роботи за таймером, ПІД-коефіцієнти регулятора) можна налаштувати через сервісне меню або фірмове програмне забезпечення на ПК/смартфоні. Але здебільшого достатньо базових налаштувань.

Інтеграція електронних регуляторів з іншими системами

Практично всі сучасні електронні регулятори мають порт RS-485 для інтеграції до системи диспетчеризації та розумного будинку за протоколом Modbus RTU. Це дозволяє:

Дистанційно контролювати поточний стан насоса (вкл/викл, тиск, струм, частоту обертання).
Віддалено змінювати уставки тиску, струму, частоти.
Отримувати аварійні та інформаційні повідомлення від регулятора (відсутність води, навантаження, несправність датчика тиску).
Вести журнал роботи насоса з можливістю навантаження даних на ПК.

Для ще більшої зручності деякі моделі регуляторів (наприклад Italtecnica Sirio Entry X2 Wi-Fi) оснащуються модулем Wi-Fi для прямого підключення до домашньої бездротової мережі. Це дає можливість керувати насосом зі смартфона з будь-якої точки світу через фірмову мобільну програму.

Перетворювачі частоти

Перетворювачі частоти (частотні перетворювачі, інвертори) – це ще один вид автоматики, який дозволяє плавно регулювати продуктивність та натиск насоса залежно від реального водоспоживання. Якщо електронні регулятори тиску працюють за принципом "ввімкнено-вимкнено", то перетворювачі частоти забезпечують повністю безступінчасте керування двигуном насоса.

Призначення перетворювачів частоти у системах водопостачання

Головне завдання перетворювача частоти – змінювати частоту обертання асинхронного двигуна насоса в діапазоні від 0 до 50 Гц (або від 0 до 60 Гц в американському стандарті). Це дозволяє:

Регулювати продуктивність насоса від 0 до 100% номінальною. Наприклад, якщо номінальна продуктивність насоса 10 м3/год, то за допомогою перетворювача її можна плавно змінювати від 0 до 10 м3/год.
Підтримувати постійний тиск у системі під час змінної витрати води. Перетворювач автоматично збільшуватиме оберти насоса при відкритті додаткових точок водорозбору і зменшуватиметься при їх закритті.
Виключити пускові струми та гідроудари за рахунок плавного розгону та гальмування двигуна. Це знижує навантаження на мережу та збільшує термін служби насоса.
Захистити двигун від перевантаження, перегріву, обриву фаз та інших позаштатних ситуацій.

По суті один перетворювач частоти замінює собою і реле тиску, і плавний пуск, і частково станцію управління насосом. А для керування самим перетворювачем потрібний лише датчик тиску на виході насоса.

Економія електроенергії під час використання перетворювачів частоти

Головна перевага перетворювачів частоти перед іншими типами автоматики – суттєва економія електроенергії. Адже потужність, яку споживає насос, пропорційна кубу частоти обертання двигуна. Тобто якщо знизити обороти двигуна в 2 рази, споживана потужність впаде в 8 разів!

Насправді економія становить від 20 до 50% залежно від характеру водоспоживання. Чим більше в системі пікових витрат води (вранці та ввечері), тим вища економія від застосування перетворювача. За даними виробників, термін окупності перетворювача частоти для насоса потужністю 1-2 кВт становить від 1 до 2 років.

Основні характеристики та параметри вибору перетворювачів

При виборі перетворювача частоти для насоса слід враховувати такі параметри:

Потужність та струм двигуна. Перетворювач повинен відповідати чи трохи перевищувати потужність насоса. Якщо насос працює від мережі 220, то і перетворювач повинен бути на 220 (однофазний). Для насосів від 380 В потрібен трифазний перетворювач.
Діапазон регулювання частоти. Більшість завдань водопостачання достатньо діапазону від 0 до 50 Гц. Але для деяких спеціальних насосів (високооборотних, занурювальних) може знадобитися розширений діапазон до 400-500 Гц.
Наявність ПІД-регулятора. Це спеціальний алгоритм керування, який автоматично підлаштовує частоту обертання двигуна під заданий тиск. Він має бути у будь-якого перетворювача для насосів.
Захисні функції: від сухого ходу, від навантаження по струму, від перегріву, від обриву фаз, від низької та високої напруги. Вони дають змогу використовувати перетворювач без додаткових пристроїв захисту.
Можливість підключення зовнішніх датчиків: тиску, потоку, рівня води. Для регулювання тиску потрібен датчик тиску з вихідним сигналом 4-20 мА.
Ступінь захисту корпусу. Для вуличної установки потрібний ступінь не нижче за IP65, для встановлення в приміщенні достатньо IP54-IP21.

Хорошим вибором більшості насосів потужністю до 3 кВт будуть перетворювачі частоти DAB Active Driver Plus M/M. Вони випускаються в однофазному (220 В) та трифазному (380 В) виконанні, мають вбудований ПІД-регулятор та всі необхідні захисту. Інтуїтивно зрозуміле меню з російською мовою та можливість роботи в каскаді з іншими насосами – додаткові плюси.

Простішим та бюджетним рішенням є перетворювачі Coelbo Speedmatic Easy. Вони підходять тільки для однофазних насосів потужністю 220 В до 1,5 кВт. У них немає дисплея та розширених налаштувань, зате є ручка для плавного регулювання тиску. Функціонал обмежений, але для невеликих систем водопостачання його цілком достатньо.

Особливості встановлення та налаштування перетворювачів частоти

Монтаж перетворювача частоти своїми руками - завдання посильне, але вимагає акуратності та дотримання ряду правил:

Перетворювач потрібно встановлювати якомога ближче до насоса, у сухому місці з гарною вентиляцією. Корпус перетворювача має бути заземлений.
Силові кабелі від перетворювача до насоса мають бути екранованими, з перетином на 20-30% більше, ніж звичайні. Максимальна довжина кабелю – 50 метрів.
Сигнальні кабелі від датчиків повинні прокладатися окремо від силових з дотриманням полярності. Екран кабелю заземлюється лише з боку перетворювача.
Датчик тиску встановлюється після гідроакумулятора (якщо він є) і якомога ближче до точок водорозбору. Для захисту від стрибків тиску перед датчиком ставиться демпфер.
Обов'язково потрібен ухідний дросель між мережею та перетворювачем - він захищає перетворювач від перешкод та збільшує термін служби.

Перший пуск та налаштування перетворювача краще довірити фахівцю. Потрібно правильно встановити параметри двигуна (потужність, струм, частоту обертання), налаштувати ПІД-регулятор, встановити захист. У деяких випадках буде потрібно додаткове налаштування через ПК та фірмове програмне забезпечення.

Але загалом сучасні перетворювачі частоти досить "розумні" і самі підлаштовуються під характеристики насоса та системи. Тому після грамотного монтажу та мінімального налаштування вони будуть стабільно підтримувати заданий тиск, економити ваші гроші та нерви.

Комплексні рішення для автоматизації насосів

Якщо ви хочете повністю автоматизувати свою систему водопостачання та забути про неї на довгі роки, варто придивитися до комплексних рішень. Це спеціальні шафи керування, які поєднують у собі всі необхідні функції: керування насосом, захист, регулювання тиску, каскадування тощо.

Шафи керування насосами

Шафа управління насосом - це готове рішення "все в одному" на базі програмованого логічного контролера (ПЛК). Він включає:

Вступний автомат та ПЗВ для захисту від короткого замикання та витоків струму.
Контролер з дисплеєм та кнопками керування для налаштування режимів роботи.
Перетворювач частоти для плавного регулювання швидкості насосу.
Блок плавного пуску обмеження пускових струмів.
Набір захистів: від сухого ходу, від навантаження, від перегріву, від обриву фаз.
Клеми для підключення датчиків (тиску, потоку, рівня) та виконавчих пристроїв (засувок, клапанів).

Тобто, в одному компактному корпусі зібрано все, що потрібно для керування насосом. Вам залишиться тільки підключити до шафи насоси, датчики, трубопроводи – і можна забути про автоматику щонайменше на 5-10 років.

Переваги комплексної автоматизації

Готова шафа управління насосами має ряд переваг перед самостійним збиранням автоматики з окремих компонентів:

Зручність монтажу. Не треба думати про сумісність пристроїв, прокладати десятки дротів, вивчати інструкції. Все вже зібрано та протестовано на заводі.
Оптимальний вибір компонентів. Кожен елемент шафи розрахований на конкретну потужність та тип насосів. Вам не доведеться переплачувати за надлишковий функціонал чи мучитися з недостатньо потужною автоматикою.
Додаткові функції. Вбудований таймер, лічильник мотогодин, журнал аварій, каскадний режим, альтернативні уставки по тиску - у гарних шафах управління вже "з коробки" реалізовано все, що може знадобитися на практиці.
Максимальна енергоефективність. Контролер сам вибирає оптимальний режим роботи насосів, забезпечуючи плавний пуск, гальмування, черговий режим, підтримку мінімально необхідної швидкості. У результаті ви заощаджуєте до 30-40% електроенергії.
Техпідтримка та гарантія. Більшість виробників дає на свої шафи управління гарантію 2-3 роки, а деякі – і всі 5 років. У разі поломки вам не доведеться розбиратися з кожним пристроєм окремо – просто викликайте сервісного інженера.

Звичайно, готові шафи керування насосами коштують дорожче, ніж окремі компоненти. Але вони того варті – ви отримуєте сучасну, надійну, економічну систему автоматизації "під ключ". А зекономлені на монтажі та налагодженні гроші швидко окупляться за рахунок меншого енергоспоживання та збільшеного терміну служби обладнання.

Додаткові функції та можливості шаф керування

Хороші шафи керування – це не просто автоматика, а повноцінні інтелектуальні системи з широкими можливостями:

Управління кількома насосами у каскадному режимі. Контролер сам включає та вимикає додаткові насоси при зміні водоспоживання, забезпечуючи плавну підтримку тиску.
Автоматичне перемикання на резервний насос під час аварії основного.
Підхоплення при зникненні напруги. Якщо ДБЖ встановлено, шафа керування автоматично перезапустить насос під час відновлення живлення.
Вбудований таймер та тижневий графік роботи насосів. Дозволяє задати різні режими роботи залежно від дня тижня та доби.
Альтернативні уставки тиску. Для поливу або пожежогасіння може знадобитися підвищений тиск у системі – контролер забезпечить його за додатковою командою.
Передача даних протоколу Modbus RTU/TCP. Інтеграція в системи диспетчеризації, віддалений контроль та керування через SCADA.
Управління додатковим обладнанням: засувками, клапанами, фільтрами, ультрафіолетовими лампами, електронагрівачами.
Сигналізація про аварії та події: SMS, E-mail, світлова та звукова індикація.

Набір функцій залежить від моделі та виробника шафи керування. Але навіть відносно прості моделі вміють більше, ніж просто вмикати/вимикати насос за тиском.

Рекомендовані товари

Код: 72903

Топ продаж