Автоматизированная станция управления насосами на базе специализированного ПЧ VFD-F |
09.05.2008 | |
Особенностью систем водо- теплоснабжения зданий, районов и т. п. является неравномерность потребления воды в течение суток, недели или сезона. Основной задачей системы водо- теплоснабжением является поддержание оптимального давления в магистрали разбора. Простейшая система – не имеющая никаких устройств регулирования давления, обеспечивает поддержание постоянного объема подачи воды, что приводит к существенному снижения давления в часы «пик» или увеличению давления в магистрали во время снижения расхода воды, при этом увеличиваются потери воды на пути к потребителю и увеличивается вероятность разрывов трубопровода. Системы с водонапорными башнями, поддерживающими давление, являются устаревшими и уступают по технико-экономическим показателям современным системам. Наиболее распространенными в России системами являются системы с регулированием расхода задвижками на выходе насоса. Такие системы имеют недостатки, главным из которых, является неэкономный расход электроэнергии и ресурса электронасосов. Актуальность экономии электроэнергии и технический прогресс обуславливают интерес к современным решениям автоматизации систем водо- теплоснабжения. Требования к насосным станциям отражены в СНиП 2.04.01-91 и основными их функциями являются следующие:
Существует несколько типовых решений в области автоматизации насосных станций с применением PLC. Способ последовательного подключения дополнительного насоса, при недостаточном давлении на выходе насосной станции, с экономической точки зрения, является самым привлекательным, т. к. это самый дешевый вариант. Но с технической стороны дискретное управление такого рода имеет целый ряд недостатков, основными из которых является обязательное появление гидроударов при пуске/останове насосов, а также невозможность поддерживать давление с достаточной точностью. Для исключения работы насосов «насухо» или перегорания обмотки при засорении крыльчатки обычно применяют дискретные датчики-реле перепада давления на входе-выходе насоса. Исключить гидроудары можно с помощью устройства плавного пуска (Soft Starter), но экономически это оправдано лишь при небольших мощностях насосов. Упразднить недостатки дискретного регулирования можно внедрением частотного преобразователя в состав насосной станции. При его применении появляется две возможности регулировать подачу воды:
Частотные преобразователи предназначены для плавного регулирования скорости асинхронных двигателей. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой U/f, где U – напряжение на выходе ПЧ, а f – частота этого напряжения. В более совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление. Для регулирования скорости вращения центробежных электронасосов чаще используются специализированные для этой цели ПЧ. Основные возможности частотных преобразователей специализированных для работы с насосами приведены ниже:
Шкаф управления состоит из силовых коммутационных аппаратов, частотного преобразователя и панели оператора, на которой отражаются текущее состояние работы насосов, давление на выходе насосной магистрали, а также зарегистрированные сбои в работе системы (если таковые случались) и их причины. С помощью панели оператора можно задавать требуемое давление, выводить насосы из работы (на время ремонта или профилактики), менять различные коэффициенты регулирования и корректировать алгоритм работы станции. Эффект от использования системы такого рода очевиден. Внедрение предлагаемой системы позволит управлять водопотреблением, держать работу системы в эффективной точке гидравлического баланса. Одновременно это может позволить сбалансировать работу двух систем - горячего и холодного водоснабжения, что обеспечивает потребителя комфортными условиями при их эксплуатации. Оптимизация работы насосной станции обеспечивает снижение затрат на энергопотребление в среднем на 40-50%, а экономия водоотведения составляет более 20%. Слаженная работа всех частей насосной станции снижает затраты на техническое обслуживание оборудования в несколько раз, предотвращает возникновение аварийных ситуаций. При наличии функций передачи параметров и режимов работы станции можно контролировать, отслеживать, оценивать и настраивать работу системы водоснабжения на удаленном терминале. Т.е. сделать насосную станцию одним из устройств АСУТП, например, крупной котельной. При этом одним из самых важных устройств в составе автоматизированной насосной станции является промышленный контроллер PLC. Он является «мозгом» насосной станции и должен обладать хорошей производительностью и огромным запасом по надежности, т.к. выход из строя или сбой в работе PLC неизбежно приводит к остановке насосной станции. Отдельно нужно сказать о программном обеспечении PLC. Понятно, что для его создания необходимо привлекать высококлассных программистов. При штучном программировании контроллера стоимость программы может быть значительной, а в некоторых случаях сильно превосходить стоимость всего оборудования насосной станции. Поэтому ведущими компаниями по производству частотных преобразователей ведется работа по созданию устройств, которые объединили бы в себе собственно сам частотный преобразователь и устройство управления. Одним из производителей в преобразователей частоты является компания Delta Electronics, Inc. Недавно она выпустила новую серию преобразователей частоты VFD-F, специально предназначенной для работы в составе насосной станции на напряжение 380 В (5.5 – 132 кВт). Основные характеристики преобразователей частоты VFD-F приведены на сайте vfd.com.ua. В состав преобразователей серии VFD-F входит встроенный контроллер, который позволяет осуществлять управление до 4-х насосных агрегатов, как с периодическим чередованием, так и с последовательным подключением насоса к встроенному ПИД- регулятору. На рисунке ниже показан пример подключения 2-х насосов к частотному преобразователю. При возникновении аварии в приводе, ее причина фиксируется и, если выбрана функция авторестарта и устранена причина аварии, то частотный преобразователь самостоятельно восстанавливает работу. Полезными функциями, которые отсутствует в преобразователях других производителей, являются встроенные функции:
Рис. 2. Подключение VFD-F в соответствие с требованиями по электромагнитной совместимости и при использовании его в системе водоснабжения для поддержания заданного давления.
|