Шкаф управления: виды и принцип работы

Применение современных шкафов автоматического управления позволяет оптимизировать работу технологического оборудования и систем инженерного обеспечения. От правильного выбора шкафа управления напрямую зависит надежность и эффективность функционирования объекта. Давайте разберемся, что из себя представляют эти устройства, какие бывают виды шкафов управления и каков принцип их работы.

Основные компоненты шкафов управления

Шкаф управления представляет собой металлический корпус, внутри которого размещены различные электрические и электронные компоненты. Основными элементами являются:

• Коммутационные аппараты - автоматические выключатели, рубильники, контакторы, пускатели.
• Защитные устройства - реле тока, напряжения, плавкие предохранители.
• Преобразователи частоты и устройства плавного пуска.
• Контроллеры - ПЛК, ПАК.
• Датчики - давления, температуры.
• Органы управления и индикации - кнопки, лампы, дисплеи.
• Вспомогательные устройства - блоки питания, вентиляторы.

В зависимости от назначения шкафа и выполняемых им функций набор компонентов может варьироваться. Например, для управления группой насосов потребуется контроллер, преобразователи частоты, датчики давления. А для управления одним электродвигателем могут быть достаточны пускатель или контактор с защитными реле.

Классификация шкафов управления

Существует несколько признаков, по которым классифицируются шкафы управления:

1. По типу корпуса:
   Навесные Напольные
2. По степени защиты корпуса:
   IP20 - защита от прикосновения пальцем IP54 - защита от пыли и брызг IP65 - пыле- и влагозащита
3. По типу системы управления:
   На релейной логике На базе ПЛК или ПАК
4. По количеству управляемых электродвигателей:
   Для одного электродвигателя Для группы электродвигателей
5. По типу управляемого оборудования:
   Шкафы управления насосами Шкафы управления вентиляторами Шкафы управления конвейерами
6. По отрасли применения:
   Для нефтегазовой промышленности Для энергетики Для ЖКХ
7. По принципу резервирования питания:
   Одинарные (без резервирования) С резервированием питания

Такая классификация помогает быстрее определиться с выбором нужного типа шкафа управления для конкретных задач.

Области применения шкафов управления

Рассмотрим основные сферы использования шкафов автоматического управления:

• Управление насосами и вентиляторами в системах тепло- и водоснабжения, вентиляции.
• Управление конвейерами, подъемно-транспортным оборудованием на промышленных предприятиях.
• Управление компрессорами и холодильными установками.
• Автоматизация систем отопления, вентиляции и кондиционирования зданий.
• Управление освещением на промышленных объектах, в офисных и торговых центрах.
• Автоматизация технологических процессов добычи, транспортировки и переработки сырья.
• Управление инженерными системами зданий - тепловыми пунктами, узлами учета.

Перечисленные области охватывают практически все сферы промышленности и городского хозяйства. Шкафы управления являются важным элементом современных автоматизированных систем.

Основные функции шкафов управления

Рассмотрим более подробно, какие основные функции выполняет шкаф управления:

1. Пуск и останов оборудования - электродвигателей, насосов, вентиляторов.
2. Защита электродвигателей и сети от аварийных режимов.
3. Регулирование скорости и производительности оборудования.
4. Автоматическое резервирование и чередование основного и резервного оборудования.
5. Сигнализация и блокировки при возникновении нештатных ситуаций.
6. Измерение параметров технологического процесса - давления, температуры, расхода.
7. Визуализация данных и связь с системами диспетчеризации по протоколам Modbus, Ethernet.

Благодаря наличию микропроцессорной техники, таких как ПЛК и частотные преобразователи, современные шкафы управления могут выполнять сложные алгоритмы для обеспечения оптимальной работы объекта.

Шкафы управления насосами

Одним из распространенных применений являются шкафы управления для насосных установок. Они могут управлять как одиночными, так и группой насосов.

Основные функции шкафов управления насосами:

• Регулирование давления или расхода в системе
• Защита насосов от "сухого" хода и перегрузок
• Плавное частотное управление производительностью
• Автоматическое включение резервных насосов
• Контроль параметров - давления, температуры, уровня

Например, в системе водоснабжения шкаф управления регулирует давление с помощью частотных преобразователей, плавно изменяя скорость вращения насосов. При падении давления ниже заданного включается резервный насос.

В отопительном контуре теплового пункта шкаф управления по показаниям датчиков температуры регулирует расход теплоносителя, за счет чего поддерживается заданная температура воды, поступающей в систему отопления здания.

Таким образом, применение современных шкафов управления насосами позволяет автоматизировать работу всей системы.

Шкафы управления в системах вентиляции и кондиционирования

Еще одной важной областью применения являются системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Шкафы управления для них выполняют следующие функции:

• Регулирование расхода воздуха и давления в вентиляционных каналах.
• Плавный пуск и остановка вентиляторов, предотвращение гидравлических ударов.
• Защита от замерзания и перегрева воздуха.
• Управление воздушными заслонками, клапанами, жалюзи.
• Интеграция с системами пожарной сигнализации и дымоудаления.

Например, в приточно-вытяжной вентиляции шкаф управления поддерживает заданный расход воздуха, плавно регулируя скорость вращения вентиляторов. При превышении температуры срабатывает защита от перегрева. А в случае возгорания включается режим дымоудаления.

Шкаф управления задвижкой

Для управления запорно-регулирующей арматурой, такой как задвижки, вентили, клапаны, применяются специальные шкафы управления задвижкой. Они позволяют управлять положением задвижки - открытием или закрытием.

В шкафу управления задвижкой устанавливается привод для нее, который через редуктор вращает шток задвижки. Управление приводом осуществляется от кнопок или по командам от контроллера.

Такие шкафы широко используются в системах тепло- и водоснабжения для регулирования расхода теплоносителя или воды в трубопроводах.

Управление духовым шкафом

Еще одним примером может служить шкаф управления для духового шкафа. Он выполняет следующие функции:

• Включение и выключение нагревательных элементов духовки.
• Установка температуры и таймера приготовления.
• Контроль текущей температуры с помощью термодатчика.
• Защита от перегрева и превышения максимального времени работы.

Управление осуществляется с помощью кнопок и дисплея на панели духового шкафа. Шкаф обрабатывает сигналы от органов управления и обеспечивает работу нагревательных элементов согласно заданной программе и с учетом показаний датчиков.

Шкафы управления освещением

Для управления освещением на промышленных объектах, в общественных зданиях, на улицах городов применяются специализированные шкафы.

Их основные функции:

• Включение и отключение групп светильников.
• Регулирование яркости ламп.
• Управление освещением по заданному расписанию.
• Взаимодействие с датчиками освещенности.

Современные шкафы управления освещением могут взаимодействовать с автоматизированными системами "умный дом", что позволяет реализовывать различные сценарии.