Print

Inteligentní řízení čerpadel za pomoci frekvenčních měničů ABB

-- 06.12.2017

Permanentně rostoucí ceny energií nutí podniky přicházet se stále efektivnějšími způsoby úspor ve všech oblastech podnikání. Svou pozornost často zaměřují na nové technologie či alternativní zdroje energie. Ty jsou samozřejmě řešením efektivním, ale nikoli jediným. Možnost velkých úspor nabízejí také již existující řešení, konkrétně frekvenční měniče.

Moderní regulované pohony ve vodárnách a čistírnách odpadních vod

Vodárny a čistírny odpadních vod jsou jedním z velmi důležitých segmentů, kde se velkou měrou uplatňují produkty společnosti ABB, a to ve všech fázích cyklu vodního hospodářství.

Zvyšující se nároky na splnění environmentálních požadavků a také eskalace cen energií, rostoucí náklady na pořízení nových technologií a stoupající náklady na údržbu, to vše jsou důležité otázky, nad kterými je dobré se zamyslet. Více než 95 % aplikací ve vodárnách a čistírnách odpadních vod představují čerpadla, další aplikace jsou hlavně kompresory, odstředivky, míchadla a ventilátory. Tyto aplikace jsou poháněny elektrickými motory. Pokud instalujeme měnič frekvence mezi napájecí zdroj motoru a vlastní motor, mluvíme o regulovaném pohonu. Vývoj jde velmi rychle kupředu a některé zajímavé novinky z oblasti regulovaných pohonů budou představeny dále v článku. Pojďme si ukázat, jak díky novým technologiím a konstrukčním řešením můžeme přispět k výrazným úsporám.

V řadě aplikací vzniká potřeba regulovat otáčky, jež je odvozena od potřeby regulovat dopravované množství média; zde je to voda pro čerpadla či vzduch pro ventilátory. Vezmeme-li typický příklad časového využití čerpadel nebo ventilátorů, bývá běžná vysoká proměnlivost v závislosti na čase. Ze všech dosud užívaných metod regulace je právě metoda řízení otáček měniči frekvence nejhospodárnější, neboť má nejnižší spotřebu energie. Na obrázku 1 jsou porovnány možné způsoby regulace čerpadel. Na ose x je Q průtok, na ose y pak H dopravní výška, červeně je znázorněna křivka čerpadla a žlutě křivka systému. Sníží-li se průtok z Q1 na Q2, lze vysledovat, že nejméně výhodná je regulace škrcením ventily.  Na obrázku je pro jednotlivé typy regulací vyznačena potřebná energie (světle zelená) a energie spotřebovaná navíc kvůli danému způsobu regulace (žluto-oranžová).

 

Obrázek 2 porovnává uvedené typy regulací z hlediska požadovaného příkonu. Šedá plocha představuje úspory. V praxi bývá typické, že během projektování se přidávají rezervy jak na čerpadlo, tak na motor a další prvky. Ve finále je pohon předimenzovaný a skutečný odběr se pohybuje například stále jen na 80 %. Díky regulaci otáček motorů měniči frekvence a jejich nasazením na prozatím neregulovaný pohon se dá ušetřit spotřeba elektrické energie.

 

Vyčíslení potřebného příkonu pro výkon 100 kW na výstupu se zohledněním účinnosti celého systému, počínaje výrobou elektrické energie a přenosem elektrické energie, účinnostmi motoru, čerpadla a ventilů konče, je na obrázku 3. Při regulaci škrcením (throttling) je to 529 kW a pro měnič frekvence (VSD) je to pouze 260 kW, což jsou jistě čísla velmi zajímavá. 

Ekonomické vyhodnocení doby návratnosti nasazení regulovaného pohonu vychází velmi příznivě právě u typických aplikací pohonů čerpadel a ventilátorů, kde je proměnné zatížení; efektivnost je tím vyšší, čím větší je hloubka regulace. Naopak nízké úspory jsou tam, kde buďto běží zařízení trvale v blízkosti plného výkonu, anebo pracuje do konstantního protitlaku. K vyhodnocení úspor a výpočtu návratnosti investice je možné využít softwarové nástroje PUMPSAVE nebo FANSAVE, které jsou k dispozici na webových stránkách ABB.

Hlavními přednostmi měničů frekvence, kromě regulace otáček a z toho plynoucích úspor, jsou také rozběhy motorů bez 5- až 7násobku jmenovitého proudu při startu, zabudované ochranné funkce přímo v měničích frekvence a snížení mechanického opotřebení navazujících zařízení. Nezanedbatelné jsou však i jiné vlastnosti – zcela klidný rozběh, snadná, rychlá a přesná regulace, možnost optimalizace magnetického toku motoru. Díky měničům frekvence jakožto regulačnímu prvku navíc získáváme možnost vzdálené diagnostiky a ovládání technologie pomocí PC, internetu i Ethernetu. Implementace diagnostických prvků v oblasti elektrických regulovaných pohonů vede zejména u odloučených pracovišť (čističky odpadních vod, zavlažovací stanice) ke zvýšení produktivity, k optimalizaci výkonu a k redukci času na opravu. Velkou výhodou je také snadný přístup a archivace důležitých elektrických i neelektrických veličin.

Inteligentní řízení čerpadel

Čerpadla jsou významnou oblastí pro aplikaci regulovaných pohonů. Společnost ABB již přes 50 let postupně vyvíjí specializované programové vybavení měničů frekvence, což se děje ve spolupráci s předními světovými výrobci čerpadel. Všechny funkce, které jsou nejčastěji požadované pro zařízení s čerpadly, jsou zabudované přímo v měniči frekvence, čímž odpadá potřeba vybavovat systém externím řídicím PLC. Inteligentní řízení čerpadel přináší významné úspory elektrické energie, snižuje opotřebení mechanických dílů a působí také preventivně proti ucpávání čerpadel a potrubí, snižuje hluk, tlumí rázy, umožňuje přeskočit frekvence, na nichž dochází k rezonancím. Nejnovější řada měničů s tímto programovým vybavením má označení ACQ580. Patří sem např. funkce řízení hladiny, která se uplatňuje hlavně při plnění a vyprazdňování jímek odpadních vod. Software v měniči oproti běžným aplikacím sleduje navíc hladinu v jímce a náhodně mění její úroveň v rozsahu nastaveném uživatelem. Tím se zabraňuje usazování sedimentu na stěnách. Strmá akcelerační rampa při startu vytváří proplachovací efekt, jenž čistí potrubí. Díky IPC pracuje čerpadlo v optimálním pracovním bodě na účinnostní křivce, takže je minimalizována jeho energetická spotřeba. Funkce řízení hladiny je použitelná jak pro jedno čerpadlo, tak pro dvě až tři čerpadla pracující paralelně. Funkce nepřímého měření průtoku umožňuje výpočet průtoku bez použití průtokoměru. Software IPC počítá průtok buď z měření celkové dopravní výšky čerpadla s použitím dvou tlakových čidel, anebo z příkonu čerpadla. Kombinace obou způsobů je také možná. K výpočtu je třeba zadat charakteristiku čerpadla z křivek daných výrobcem, průměry potrubí na vstupu a výstupu čerpadla a tlakový rozdíl mezi čidly tlaku. Průtok je počítán na základě Bernoulliho rovnice a zákona podobnosti čerpadel. Tato funkce byla původně určena pro aplikace s jedním čerpadlem, avšak nyní ji lze s výhodou použít rovněž v systému, kde pracuje více čerpadel paralelně. Pokud jsou všechna tato čerpadla regulována měniči s IPC softwarem, lze porovnáváním nepřímo měřeného průtoku v různých bodech systému snadno zjistit nežádoucí úniky.

 Software IPC umožňuje různé způsoby řízení spolupráce více čerpadel, která jsou napojena do společného výtlačného systému s proměnným požadovaným průtokem. Každé čerpadlo má svůj frekvenční měnič, měniče jsou spojeny a pracují v režimu Master/Follower (obrázek 4). Při zvýšeném požadovaném odběru se spíná další a další čerpadlo. Počet takto spolupracujících čerpadel se může pohybovat od dvou do osmi.

Software IPC obsahuje také řízení, kdy je pouze jeden motor čerpadla regulován frekvenčním měničem a ostatní jsou spínány a odpínány stykači propojenými přímo se sítí, a to dle požadovaného průtoku. Systém řízení priority a spínání čerpadel optimalizuje provoz jednotlivých čerpadel z hlediska časového vzhledem k jejich opotřebování apod. Při nízkém průtočném množství přecházejí čerpadla do režimu „usnutí“. Software IPC umožňuje nastavit těsně před přechodem do tohoto režimu časově a procentně definované zvýšení tlaku nebo hladiny. Prodlužuje se tím doba usnutí, což má za následek šetření energií. Zároveň  se sníží počet zbytečných rozběhů a propláchne se i potrubí. Funkce Anti-jam odstraňuje usazované nečistoty v čerpadle a napomáhá tím preventivní údržbě. Pokud je tato funkce aktivována, čerpadlo se začne točit vyššími otáčkami a pak se zastaví nebo reverzuje v předem definovaných cyklech. Spouštěcím signálem pro tuto funkci je volitelně některá z následujících podmínek: proud naroste nad definovanou hodnotu, start měniče nebo definované pravidelné cykly během provozu, aktivace digitálního vstupu měniče např. servisním technikem. Všechny výše zmíněné funkce lze navíc kombinovat s adaptivním programováním měničů, čímž je možné se maximálně přiblížit potřebám aplikace.

Měnič ACQ580 pro vodní hospodářství je součástí portfolia vzájemně kompatibilních měničů společnosti ABB. Měnič lze použít s jakýmkoli motorem, včetně synchronního reluktančního motoru s třídou účinnosti IE4. Důležitým parametrem je i česká jazyková mutace, což je pro ABB měniče frekvence standardem.

Frekvenční měniče v digitálním světě

Vzhledem ke své konstrukci nemají měniče frekvence v oblasti digitalizace velké problémy a již nyní jsou na trhu měniče volitelně vybavené prvky pro standardizovanou komunikaci s nadřazenými řídicími systémy. Jednotka ABB Pohony nabízí zajímavé služby a novinky v oblasti měničů frekvence ABB, které tyto možnosti dále rozšiřují.

Drivebase je nástroj ABB, jenž umožňuje zákazníkům snadno si měnič frekvence registrovat. Pomocí mobilního telefonu a QR kódu lze rychle získat jak kontakty na servis, odkazy na manuály a návody, tak i možnost analýzy chybových hlášení. Nástroj rovněž zjistí, v jaké fázi životního cyklu je jeho měnič frekvence.

Vzdálené monitorování měničů frekvence Remote Condition Monitoring Service je servisní služba, která umožňuje on-line vzdáleně sledovat přesný stav měniče frekvence a jeho provoz. Aktuální data a reporty jsou na webu myabb.com. ABB experti vyhodnocují monitorovaná data a na jejich základě jsou schopni předpovědět poruchy a doporučit, jak jim zabránit. Hlášení o diagnostikovaných poruchách nebo varování či informace o překročení nastavených limitů jsou zasílány e-mailovou zprávou.

V rámci aktivity „ovládání věcí z vlastní kapsy“ vyvinulo ABB jedinečnou funkci nastavování měniče frekvence z mobilního telefonu prostřednictvím Bluetooth (obrázek 6). Pomocí Drivetune se lze s frekvenčním měničem snadno spojit a zadat potřebná data pro uvedení měniče do provozu, číst a řešit chyby či poruchy chodu, provádět základní parametrizaci i další činnosti, a to vše při zajištění kybernetické bezpečnosti. Výhodou je velký dosah. Díky mobilu je možno být až 70 m od místa instalace měniče (v případě překážek se tato vzdálenost úměrně zkracuje), tedy přímo u technologie, a nastavit konkrétní požadované parametry. Data lze navíc posílat na cloud, kam mohou mít přístup ABB servisní technici; ti jsou schopni po vzájemné konzultaci identifikovat potřebná nastavení nebo opatření.

Výrobky, řešení a služby jednotky ABB Pohony odrážejí nejen pozici této firmy, jež je světovou jedničkou na trhu s regulovanými pohony, ale dokládají také její trvalé zaměření na inovace v dané oblasti. Vedle dodávek komplexních řešení zajišťuje ABB pro své zákazníky také lokální technickou podporu a servis pro frekvenční měniče a elektromotory. V širokém portfoliu jednotky lze najít frekvenční měniče a elektromotory od nejnižších výkonů až po ty nejvyšší. 


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2018
2018-09-06 - 2018-09-07
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie pro potravinářský průmysl
2018-09-18 - 2018-09-18
Místo: Olomouc
Moderní technologie pro farmaceutický průmysl
2018-09-19 - 2018-09-19
Místo: Olomouc
PROMOTIC SCADA + eWON flexy workshop
2018-09-26 - 2018-09-26
Místo: Hotel Absolutum Boutique Hotel, Praha
MSV Tour 2018
2018-10-01 - 2018-10-04
Místo: Výstaviště Brno

Katalog

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2018 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI