» » » Реалізація режиму сну для системи керування водопостачанням на базі регулятора температури ТК4

Реалізація режиму сну для системи керування водопостачанням на базі регулятора температури ТК4

22.03.2016

Останнім часом дуже широкого поширення набули системи водопостачання з урахуванням перетворювачів частоти. Вони успішно витіснили з експлуатації системи регулювання продуктивності насосів із засувками, дозволили знизити енергоспоживання та дозволяють забезпечити високу точність підтримання тиску. Важливим аспектом ефективного зниження енергоспоживання є можливість реалізації так званого сплячого режиму, при якому перетворювач частоти вимикає насос, коли відбору води в системі немає, а тиск досяг заданого значення. Такий режим реалізований у більшості Lenze та серії P1000 компанії YASKAWA .

image

Ще однією великою перевагою сучасних перетворювачів частоти є наявність програмного регулятора технологічного процесу, що реалізує ПІД-керування. Як сигнал зворотного зв'язку використовується сигнал від датчика тиску, встановленого на виході системи водопостачання. Завдання по тиску встановлюється потенціометром, винесеним на передню панель шафи керування, або на виносній панелі самого перетворювача частоти.

Альтернативним рішенням при побудові систем водопостачання зі зміною частоти обертання насоса є реалізація ПІД-регулювання в зовнішньому технологічному контролері. При цьому перетворювач частоти виступає підсилювачем, що змінює швидкість обертання двигуна пропорційно вхідному слаботочному сигналу.

Розглянемо переваги та недоліки кожного з існуючих рішень.

До безперечних переваг системи водопостачання з розширеним функціоналом перетворювачів частоти, що забезпечують підтримку тиску, можна віднести простоту обслуговування та діагностики системи. У разі несправності датчика тиску або двигуна насоса повідомлення про несправність при правильній конфігурації відразу відобразиться на передній панелі перетворювача. Крім цього, в параметрах перетворювача частоти шляхом простого перегортання параметрів оперативно можна спостерігати за струмовим сигналом від датчика тиску, напругою мережі живлення, вихідною частотою, споживаною потужністю, що дозволить кваліфікованому персоналу оцінити правильність роботи насоса.

Ще однією перевагою такої системи керування є можливість реалізації алгоритму запуску кількох насосів від одного перетворювача частоти. Так, наприклад, у перетворювачі частоти серії CFW11 від компанії WEG реалізовано алгоритм запуску чотирьох додаткових насосів з можливістю чергування включення за часом. При цьому підключення комп'ютера до перетворювача здійснюється звичайним кабелем USB, програма конфігурування WLP скачується з сайту виробника безкоштовно. Нижче наведено приклад діалогового вікна для налаштування перетворювача частоти для послідовного включення чотирьох насосів.

image

Незважаючи на зазначені переваги перетворювачів частоти з розширеною функціональністю, при застосуванні в насосних установках помітним стають і їх суттєві недоліки. Так, наприклад, на відміну від регуляторів технологічних властивостей, у них відсутня процедура автоматичного визначення ПІД-компонентів. Налагоджувачу системи водопостачання доводиться вручну підбирати параметри регулятора і при такому налаштуванні якість підтримки тиску залишається далекою від ідеальної. Крім цього, час підбору параметрів регулятора, що забезпечує точну підтримку тиску при коливаннях витрати, не може бути визначено заздалегідь і може суттєво затягнути процедуру пусконалагодження.

Іншим недоліком у перетворювачах частоти для насосів є недостатня або надмірна інформативність пульта оператора або інших інтерфейсних засобів перетворювача. Наприклад, потенціометр з градуюванням дозволяє лише приблизно оцінити величину заданого значення тиску, причому за відсутності освітлення спостерігати положення потенціометра вкрай важко. Для індикації поточного значення тиску необхідно встановити зовнішній вольтметр чи амперметр, на який з аналогового виходу перетворювача частоти чи самого датчика видаватиметься сигнал про поточний тиск.

Якщо для індикації заданого та поточного тиску використовується виносний операторського пульт перетворювача частоти, то процедура зміни завдання на перетворювачі частоти ускладнена, з'являється ймовірність втручання сторонніх осіб в налаштування перетворювача, відображається зайва кількість параметрів та сигнальних попереджень, необхідних лише кваліфікованому персоналу.

У разі виникнення несправностей у шафі керування в післягарантійний період звичайному користувачеві відносно складно розібратися в налаштуваннях та конфігурації перетворювача частоти, що призводить до необхідності платного виклику фахівців та простою насосного обладнання.

Ще одним рішенням, яке також має широке застосування при побудові систем водопостачання, є застосування зовнішніх ПІД-регуляторів технологічних параметрів. Як приклад для аналізу їх переваг та недоліків розглянемо прилади серії ТК4 від компанії Autonics з функцією автоматичного налаштування.

image

Велика перевага цього приладу — наявність двох яскравих дисплеїв на лицьовій панелі для відображення поточного та заданого значення технологічного параметра. Прилад вбудовується в шафу керування системою водопостачання та має ступінь захисту IP65 з боку лицьової панелі, тобто придатний для встановлення у приміщеннях з підвищеною вологістю. Крім цього, на лицьовій панелі є світлодіоди, що сигналізують про включення ПІД-регулювання, перемикання режимів, надмірне падіння тиску.

Значення уставки за тиском встановлюється кнопками "вгору" і "вниз" і може бути закрито для редагування паролем.

Керування швидкістю обертання насоса здійснюється при цьому від найпростішого перетворювача частоти за допомогою аналогового виходу 4–20 мА регулятора ТК4. При цьому сам перетворювач частоти працює в режимі просто регулювання швидкості і вимагає мінімальної корекції налаштувань у порівнянні із заводськими.

image

Важливою особливістю регулятора ТК4 є наявність дискретного виходу для керування пуском та зупиненням перетворювача частоти, а також дискретного входу для відключення режиму ПІД-регулювання.

Також використання ТК4 дозволяє суттєво скоротити час налагоджувальних робіт за рахунок високоточного автоматичного визначення параметрів ПІД-регулятора. Наявність додаткових дискретних входів і виходів дозволяє реалізувати режим сну під час керування перетворювачем частоти. Наприклад, при припиненні відбору води на тривалий час, про що свідчить підвищення тиску в системі вище заданого, регулятор своїм аварійним реле вимкне ПІД — регулювання доти, доки не почнеться відбір води і тиск не впаде нижче заданого.

У більшості версій приладу ТК4 є другий дискретний вхід, що дозволяє перемикати уставки тиску, залежно від зовнішніх умов роботи, наприклад, від часу доби. При цьому необхідно використовувати додаткове добове реле часу, наприклад Perry IO7080. Наявність другого дискретного виходу дозволяє видавати сигнал при несправності датчика, падінні тиску в системі нижче за допустимий рівень, несправності перетворювача частоти.

Важливо відзначити, що регулятор можна порівняти за вартістю з виносними пультами перетворювачів частоти, а також елементами кріплення для установки пульта на стінку шафи керування. Таким чином, його використання не призводить до суттєвого збільшення вартості шафи керування насосом.

Схема підключення проводів для коректної роботи ТК4L-14CN і найпростішого перетворювача частоти серії ESMD від компанії Lenze:

image

Для коректного конфігурування аварійного реле 1 регулятора ТК4 необхідно встановити логіку його роботи, а також межі спрацьовування та відключення. Дискретний вхід регулятора налаштовується на функцію відключення ПІД-регулювання.

Параметр Призначення Значення Застосування
AL-1 Функція реле аварійного виходу 1 dUCC Коли поточний тиск перевищує величину припустимого відхилення від заданого значення, вихід ALARM1 вмикається
ALl.t Логіка спрацювання аварійного виходу 1 AL-A Стандартне налаштування. Вмикається з появою умови аварії, вимикається при знятті умови аварії
AL1.H Верхнє значення відхилення тиску 1.0 При перевищенні поточного тиску заданого на 1 бар вмикається реле аварії 1
AL1.HY Гістерезис відключення аварійних реле 1 1.5 При зниженні поточного тиску нижче заданого на 0,5 бар аварійне реле 1 вимикається
A1.on Затримка ввімкнення реле 1 0.0 Встановлюється користувачем для виключення помилкових спрацьовувань
A1.of Затримка вимикання реле 1 0.0 Встановлюється користувачем для виключення помилкових спрацьовувань
DI-1 Функція дискретного входу 1 STOP При спрацьовуванні відбувається зупинка ПІД-регулювання

Цей регулятор може використовуватися не тільки в системах водопостачання, але й при регулюванні інших технологічних параметрів, наприклад, витрати води, температури та вологості у приміщенні.

Торопов А.В., к.т.н.