Насосные агрегаты
Вследствие переменных режимов работы большинства насосных агрегатов возникает задача регулирования их производительности. Традиционно эта задача решалась с помощью дросселирования. Недостатки подобного метода регулирования хорошо известны и широко освещены в литературе. С развитием техники стало возможным уйти от дросселирования и регулировать производительность насосных агрегатов с помощью электроприводов с переменной частотой вращения. Наибольшее распространение для регулирования частоты вращения электродвигателя насосного агрегата получили на сегодняшний день полупроводниковые преобразователи с регулируемой выходной частотой. Это позволяет изменять частоту вращения вала электродвигателя пропорционально частоте и амплитуде подводимого к статору напряжения. Частотное управление является наиболее экономичным способом регулирования частоты вращения электродвигателя, так как обеспечивает плавный пуск с током, близким к номинальному току электродвигателя, сохраняет его высокий КПД, хорошую жесткость механических характеристик и возможность работы в двигательном и генераторном режимах.
Применение преобразователей частоты для регулирования производительности насосных агрегатов позволяет:
Компанией ООО «НПФ «Ракурс» были разработаны и успешно внедряются специализированные системы управления насосными агрегатами с применением как высоковольтных так и низковольтных преобразователей частоты.
Структура системы управления насосными агрегатами, реализуемая ООО «НПФ «Ракурс», представлена на рисунке
1. Рисунок 1. Структура системы управления насосными агрегатами.
Центральным устройством в системе является программируемый логический контроллер, в котором реализуются алгоритмы и логика работы насосных агрегатов. Стандартно в контроллере закладывается два режима работы: «Ручной» и «Автоматический». В ручном режиме оператор вручную задаёт частоту вращения насосного агрегата, а, соответственно, и его производительность. В автоматическом режиме скорость насосного агрегата и производительность меняется автоматически посредством ПИ-регулятора, поддерживающего заданное давление. Переход с одного режима на другой выполняется безударно, что позволяет операторам пускать насосный агрегат в ручном режиме, а затем переводить его в автоматический. Регулирование в автоматическом режиме может вестись как по одному датчику давления, так и по нескольким. Активный датчик определяется оператором или по заложенному алгоритму. Дополнительно контроллер осуществляет сбор информации о состоянии оборудования и формирует данные о его состоянии для предоставления оператору или передачи в системы верхнего уровня. Для обеспечения беспрерывной и стабильной работы его питание осуществляется от двух независимых источников питания. В качестве управляющих контроллеров ООО «НПФ «Ракурс» в системах насосными агрегатами применяет промышленные контроллеры фирмы Omron (Япония). Тем не менее, по требованию Заказчика может быть использован контроллер другой фирмы. Применение промышленного контроллера предоставляет широкие возможности для интеграции системы управления насосными агрегатами в системы верхнего уровня. Управление электродвигателями насосных агрегатов осуществляется посредством преобразователей частоты, управляющие команды к которым поступают от контроллера. Связь преобразователей частоты с контроллером осуществляется по цифровой сети Modbus или посредством дискретных и аналоговых сигналов. Поскольку все насосные агрегаты работают на общий коллектор, устанавливается один преобразователь частоты на группу насосных агрегатов. Это позволяет уменьшить стоимость данной системы. При такой конфигурации чередование насосных агрегатов для выравнивания ресурса происходит безударно, благодаря функции перевода электродвигателя на сеть. Суть её заключается в том, что преобразователь частоты подгоняет по фазе частоту питания электродвигателя под сетевую, после чего происходит коммутация электродвигателя с питания от преобразователя частоты на питание от сети. В качестве преобразователей частоты могут использоваться как низковольтные преобразователи частоты, так и высоковольтные на напряжение 3кВ, 6кВ, 10кВ. В зависимости от пожеланий Заказчика, могут быть использованы преобразователи частоты таких фирм как Danfoss, Control Techniques, Schneider Electric, Siemens, Omron, Mitsubishi, ABB, Vacon, LS, Энергокомплект и другие. Взаимодействие оператора с системой управления насосными агрегатами осуществляется через графическую панель оператора, на которой отображается вся необходимая информация о состоянии оборудования. Панель оператора встраивается в существующий групповой щит управления. Ввод команд и управление режимами работы насосных агрегатов может осуществляться посредством ключей и кнопок, расположенных на групповом щите управления, или с графической панели оператора, в зависимости от требований Заказчика. ООО «НПФ «Ракурс» использует графические панели оператора фирмы Omron, Siemens, Schneider Electric, однако по требованию Заказчика может использоваться графическая панель и других производителей. В качестве аппаратуры управления и светосигнальной арматуры (лампы, ключи, кнопки и пр.), а также коммутационной аппаратуры (контакторы, автоматические выключатели) используется продукция фирмы Schneider Electric или ABB.
Конструктивно система управления собирается на базе электротехнических шкафов Rittal линейки TS8 одностороннего обслуживания, со степенью защиты IP54. Шкафы устанавливаются на сборный модульный цоколь высотой 200 мм для подвода кабелей. Ввод в шкаф силовых и сигнальных кабелей осуществляется снизу, через панели основания. Для поддержания заданной температуры внутри шкафов устанавливается система вентиляции. Дополнительно для комфортной работы по обслуживанию оборудования в шкафах устанавливается потолочная лампа освещения и розетка для подключения ноутбука.
Система управления насосными агрегатами стандартно реализует следующие функции:
По требованию заказчика возможна реализация дополнительных функций системы управления. Полный перечень функций системы управления, а также структура системы управления оговаривается индивидуально с каждым Заказчиком на этапе разработки технического задания при заключении договора.
Срок изготовления системы управления насосными агрегатами не превышает 6-8 недель с использованием низковольтных преобразователей частоты и 5-7 месяцев с использованием высоковольтных преобразователей частоты. Срок монтажных и пуско-наладочных работ, как правило, не превышает 2-3 недель. При этом гарантированный срок эксплуатации не менее 10 лет.
В результате применения частотно-регулируемого привода на насосных агрегатах достигается:
Несмотря на кажущуюся значительную стоимость подобной системы управления, окупаемость вложенных средств за счёт экономии энергоресурсов, эксплуатационных расходов и других составляющих эффективности не превышает в среднем 2-х – 5-ти лет.
