CC BY
11ПРИРОДА И СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО (NATURE & AGRICULTURE) УДК 62-523.8
Ткачев Н.В.
магистрант 2 курса Волгоградский государственный аграрный университет (Россия, г. Волгоград)
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ПОЛИВНОЙ СИСТЕМЕ С ПЛК НА БАЗЕ SCADA-СИСТЕМ
Аннотация: в статье представлен обзор и сравнение способов поддержания давления в поливных системах. В материале рассматриваются такие способы поддержания давления, как: релейное, с применением преобразователя частоты (ПЧ) и комбинированный с применением SCADA- систем. В статье предложена схема управления несколькими насосными агрегатами при помощи одного преобразователя частоты.
Ключевые слова: релейное управление, преобразователь частоты, SCADA, scada-система, обзор, сравнение.
Нельзя добиться высоких урожаев многих сельскохозяйственных культур в Волгоградской области и во многих других регионах Российской федерации без использования искусственного орошения, сердцем которого является насосная станция, задача которой состоит в заборе воды из имеющегося источника и её доставка по сети трубопровода под определённым давлением к поливным агрегатам.
Для контроля и поддержания давления в системе орошения используются различные системы управления насосными агрегатами. Можно выделить 3 используемых метода контроля давления:
• Релейный
• Поддержания давления с применением частотных преобразователей.
• Автоматический с применением SCADA-систем.
Релейный метод основан на поддержании давления в поливной системе в заранее заданном диапазоне значений. Для реализации метода обычно используют реле давления, такие как РД55, или ВапЮББ G. В случае понижения давления в системе ниже порогового значения, реле давления включит агрегат и будет поддерживать его во включенном состоянии до тех пор, пока давление не достигнет заранее установленной верхней планки. Для реализации системы с несколькими насосами и одинаковой уставкой на реле давления следует воспользоваться также реле выбора приоритета и реле времени. Несмотря на главное преимущество метода — его дешевизну, метод все реже используется на современных производственных объектах, все чаще уступая место поддержанию давления при помощи частотных преобразователей.
С приходом полупроводниковых преобразователей частоты многие компании по достоинству оценили их преимущества: сниженные пусковые токи насосных агрегатов, тщательный автоматический контроль за работой насосного оборудования, идеальное поддержание выходной мощности при помощи обратной связи через датчики давления, установленных на участках трубопровода.
В основе частотного преобразователя лежит изменении частоты питающего напряжения на электродвигателе насоса путем предварительного выпрямление питающего напряжения сети через диодный мост, и последующей генерации выходного напряжения требуемой частоты.
Также существуют частотные преобразователи двойного выпрямления (рис. 1)
Рис. 1. Структурная схема преобразователя частоты
Структурно преобразователь частоты можно разделить на три блока:
1. Регулируемый тиристорный выпрямитель с индуктивными и (или) емкостными фильтрами. Узел обеспечивает выпрямление сетевого напряжение и его сглаживание.
2. Инвертирующий блок обеспечивает преобразование из постоянного напряжение в переменной нужной частоты. Выходной дроссель, также именуемый ОСЦ снижает нарастание напряжения и выбросы напряжения на клеммы насосного агрегата.
3. Управляющий блок на основе микроконтроллера. В него поступает информация о токах, потребляемых насосным оборудованием, о текущей частоте на выходе ПЧ, о температуре на корпусе насосного агрегата и самого преобразователя частоты, а также о давлении в водопроводе и многое другое.
Для автоматического регулирования нескольких насосных агрегатов, а также для повышения отказоустойчивости и гибкости масштабируемости можно использовать систему из нескольких насосных агрегатов, управляемых при помощи БСЛОЛ - системы.
Данную схему можно представить в виде шкафа управления с программируемо-логическим контроллером (ПЛК), передающим управляющие сигналы через реле на контакторы, и передающие управляющие сигналы на преобразователи частоты.
В качестве элементов обратной связи помимо датчиков давления в трубопроводе рекомендуется использовать дополнительные контакты контакторов и модули обратной связи для преобразователей частоты, для автоматического определения и диагностики неисправности системы насосных агрегатов.
Для автоматизации процесса управления поливом и удаленным доступом к насосному оборудованию следует объединить входные и выходные сигналы при помощи SCADA-систем. Среди отечественного ПО следует выделить MasterSCADA (рис 2) и TraceMode, среди зарубежных InTouch и SIMATIC WinCC.
т <г к- х * -в
Н1 ♦ ^ ♦ ♦ 111 НИ т я
Рис. 2. Снимок экрана Маз1ег8САБА 4d
К основным особенностям SCADA следует отнести наглядность демонстрируемой информации, удобство освоения для оператора при помощи человеко-машинного интерфейса. [2]
Если управляемая система не требует реагирования на значительные изменения давления в сети, а также используются высоковольтные насосные агрегаты, то существует возможность использования одного преобразователя
частоты для регулирования системы насосных агрегатов по следующему принципу:
1. Преобразователь Частоты (ПЧ) управляет электродвигателем первого насоса, плавно поднимая его частоту питающего напряжения до тех пор, пока насос не станет работать с номинальной производительностью.
2. После достижения номинальных показателей на первом насосе, ПЧ должен генерировать напряжение, питающее двигатель насоса, с частотой равной частоте внешней питающей сети.
3. После синхронизации частоты ПЧ с частотой питающей сети следует провести одновременную перекоммутацию в силовой схеме многоагрегатной насосной станции:
1. Отключить питание ПЧ от двигателя первого насоса
2. Включить питание двигателя первого насоса непосредственно от электрической сети.
3. "Перекинуть" питание ПЧ на следующий насос
После чего цикл можно повторить заново [3].
Указанный выше метод имеет несколько преимуществ:
• Использование меньшего количества ПЧ, что сможет помочь снизить затраты на реализацию проекта.
• Уменьшение занимаемых объемов оборудования, что также может быть критичным для некоторых предприятий.
Следует отметить, что для реализации подобной схемы управления требуется использовать частотные преобразователи с функцией «синхронного перехода».
В результате был проведен обзор различных способов поддержания давления в поливных системах, среди которых можно выбрать наиболее подходящий исходя из потребностей каждой отдельно поставленной задачи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. В.В. Кангин Разработка SCADA-систем. Москва : Инфра-Инженерия, 2019. - 564 с.
2. Долганов, А.В. Интегрированные системы проектирования и управления : учебное пособие / А.В. Долганов, Г.Б. Минигалиев, В.В. Елизаров. - Нижнекамск : Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «КНИТУ», 2014. - 196 с.
3. Siemens, Syncing Value and Performance - Текст: электронный // URL: https://assets.new.siemens.eom/siemens/assets/api/uuid:08047d74feeafeb39d0c5955b 2a37a1dd6d9e42f/sie-327-17-synctransferbrochure-rev-09-07-17-web-final.pdf (дата обращения: 15.03.2023)
Tkachov N.V.
Volgograd Agrarian State University (Volgograd, Russia)
AUTOMATION OF PRESSURE MAINTENANCE IN IRRIGATION SYSTEM WITH SCADA-BASED PLC
Abstract: the article presents an overview and comparison of pressure control methods in irrigation systems. In the material such ways of pressure maintenance are considered as: relay, with application of frequency converter (FC) and combined with application of SCADA-systems. In the article the scheme of control of several pump units by means of one frequency converter is offered.
Keywords: relay control, frequency converter, SCADA, SCADA-system, review, comparison.
