» » » Реализация спящего режима для системы управления водоснабжением на базе регулятора температуры ТК4

Реализация спящего режима для системы управления водоснабжением на базе регулятора температуры ТК4

22 марта 2016

В последнее время очень широкое распространение получили системы водоснабжения на базе преобразователей частоты. Они успешно вытеснили из эксплуатации системы регулирования производительности насосов с задвижками, позволили снизить энергопотребление и позволяют обеспечить высокую точность поддержания давления. Важным аспектом эффективного снижения энергопотребления является возможность реализации так называемого «спящего» режима, при котором преобразователь частоты выключает насос, когда отбора воды в системе нет, а давление достигло заданного значения. Такой режим реализован в большинстве преобразователей частоты, рекомендованных именно для применения с насосными установками, например, серии ESV компании Lenze и серии P1000 компании YASKAWA.

image

Еще одним большим преимуществом современных преобразователей частоты является наличие программного регулятора технологического процесса, реализующего ПИД – управление. В качестве сигнала обратной связи используется сигнал от датчика давления, установленного на выходе системы водоснабжения. Задание по давлению устанавливается потенциометром, вынесенным на лицевую панель шкафа управления, либо на выносной панели самого преобразователя частоты.

Альтернативным решением при построении систем водоснабжения с изменением частоты вращения насоса является реализация ПИД– регулирования во внешнем технологическом контроллере. При этом преобразователь частоты выступает попросту усилителем, изменяющим скорость вращения двигателя пропорционально входному слаботочному сигналу.

Рассмотрим преимущества и недостатки каждого из существующих решений.

К несомненным преимуществам системы водоснабжения с расширенным функционалом преобразователей частоты, обеспечивающих поддержание давления, можно отнести простоту обслуживания и диагностики системы. В случае неисправности датчика давления либо двигателя насоса сообщение о неисправности при правильной конфигурации сразу же отобразится на лицевой панели преобразователя. Помимо этого, в параметрах преобразователя частоты путем простого перелистывания параметров оперативно можно наблюдать за токовым сигналом от датчика давления, напряжением питающей сети, выходной частотой, потребляемой мощностью, что позволит квалифицированному персоналу оценить правильность работы насоса.

Еще одним преимуществом такой системы управления является возможность реализации алгоритма пуска нескольких насосов от одного преобразователя частоты. Так, например, в преобразователе частоты серии CFW11 от компании WEG реализован алгоритм запуска четырех дополнительных насосов с возможностью чередования их включения по времени. При этом подключение компьютера к преобразователю производится обычным USB–кабелем, программа конфигурирования WLP скачивается с сайта производителя бесплатно. Ниже приведен пример диалогового окна для настройки преобразователя частоты для поочередного включения четырех насосов.

image

Несмотря на указанные преимущества преобразователей частоты с расширенным функционалом, при применении в насосных установках заметным становится и ряд их существенных недостатков. Так, к примеру, в отличие от регуляторов технологических параметров, в них отсутствует процедура автоматического определения ПИД составляющих. Наладчику системы водоснабжения приходится вручную подбирать параметры регулятора и при такой настройке качество поддержания давления остается далеким от идеального. Помимо этого, время подбора параметров регулятора, обеспечивающего точное поддержание давления при колебаниях расхода, не может быть определено заранее и может существенно затянуть процедуру пусконаладки.

Другим недостатком в преобразователях частоты для насосов является недостаточная либо избыточная информативность пульта оператора, либо других интерфейсных средств преобразователя. Например, потенциометр с градуировкой позволяет лишь приблизительно оценить величину заданного значения давления, причем при отсутствии освещения наблюдать за положением потенциометра крайне затруднительно. Для индикации текущего значения давления необходимо установить внешний вольтметр либо амперметр, на который с аналогового выхода преобразователя частоты либо самого датчика будет выдаваться сигнал о текущем давлении.

В случае применения для индикации заданного и текущего давления выносного пульта оператора преобразователя частоты затруднена процедура изменения задания на преобразователе частоты, появляется вероятность вмешательства в настройки преобразователя посторонним лицам, отображается излишнее количество параметров и сигнальных предупреждений, необходимых лишь квалифицированному сервисному персоналу.

В случае возникновения неисправностей в шкафу управления в послегарантийный период обычному пользователю относительно сложно разобраться в настройках и конфигурации преобразователя частоты, что приводит к необходимости платного вызова специалистов и простою насосного оборудования.

Еще одним решением, также имеющим широкое применение при построении систем водоснабжения, является применение внешних ПИД – регуляторов технологических параметров. В качестве примера при анализе их преимуществ и недостатков рассмотрим приборы серии ТК4 от компании Autonics с функцией автоматической настройки.

image

Большим преимуществом этого прибора является наличие двух ярких дисплеев на лицевой панели для отображения текущего и заданного значения технологического параметра. Прибор встраивается в шкаф управления системой водоснабжения и имеет степень защиты IP65 со стороны лицевой панели, то есть пригоден для установки в помещениях с повышенной влажностью. Помимо этого, на лицевой панели имеются светодиоды, сигнализирующие о включении ПИД-регулирования, переключении режимов, чрезмерном падении давления.

Значение уставки по давлению устанавливается кнопками «вверх» и «вниз» и может быть закрыто для редактирования паролем.

Управление скоростью вращения насоса осуществляется при этом от простейшего преобразователя частоты с помощью аналогового выхода 4..20 мА регулятора ТК4. При этом сам преобразователь частоты работает в режиме просто регулирования скорости и требует минимальной коррекции настроек по сравнению с заводскими.

image

Важной особенностью регулятора ТК4 является наличие дискретного выхода для управления пуском и остановом преобразователя частоты, а также дискретного входа для отключения режима ПИД–регулирования.

Также использование ТК4 позволяет существенно сократить время наладочных работ за счет высокоточного автоматического определения параметров ПИД–регулятора. Наличие дополнительных дискретных входов и выходов позволяет реализовать «спящий» режим при управлении преобразователем частоты. К примеру, при прекращении отбора воды на длительное время, о чем будет свидетельствовать повышение давления в системе выше заданного, регулятор своим аварийным реле выключит ПИД – регулирование до тех пор, пока не начнется отбор воды и давление не упадет ниже заданного.

В большинстве версий прибора ТК4 имеется второй дискретный вход, позволяющий переключать уставки давления, в зависимости от внешних условий работы, например от времени суток. При этом необходимо будет использовать дополнительное суточное реле времени, например Perry IO7080. Наличие второго дискретного выхода позволяет выдавать сигнал при неисправности датчика, падении давления в системе ниже допустимого уровня, неисправности преобразователя частоты.

Важно отметить, что регулятор соизмерим по стоимости с выносными пультами преобразователей частоты, а также крепежными элементами для установки пульта на стенку шкафа управления. Таким образом, его использование не приводит к существенному увеличению стоимости шкафа управления насосом.

Схема подключения управляющих проводов для корректной работы ТК4L-14CN и простейшего преобразователя частоты серии ESMD от компании Lenze приведена на рисунке:

image

Для корректного конфигурирования аварийного реле 1 регулятора ТК4 необходимо установить логику его работы, а также пределы его срабатывания и отключения. Дискретный вход регулятора настраивается на функцию отключения ПИД–регулирования.

Параметр Назначение Значение Примечание
AL-1 Функция реле аварийного выхода 1 dUCC Когда текущее давление превышает на величину допустимого отклонения заданное значение, выход ALARM1 включается
ALl.t Логика срабатывания аварийного выхода 1 AL-A Стандартная настройка. Включается при появлении условия аварии, отключается при снятии условия аварии
AL1.H Верхнее значение отклонения давления 1.0 При превышении текущим давлением заданного на 1 бар включается реле аварии 1
AL1.HY Гистерезис отключения аварийного реле 1 1.5 При снижении текущего давления ниже заданного на 0,5 бара аварийное реле 1 отключается
A1.on Задержка включения реле 1 0.0 Устанавливается пользователем для исключения ложных срабатываний
A1.of Задержка отключения реле 1 0.0 Устанавливается пользователем для исключения ложных срабатываний
DI-1 Функция дискретного входа 1 STOP При срабатывании происходит остановка ПИД — регулирования

Данный регулятор может использоваться не только в системах водоснабжения, но и при регулировании других технологических параметров, например, расхода воды, температуры и влажности в помещении.

Торопов А.В., к.т.н.