Приводы и контроллеры ABB для повышения эффективности работы предприятий ЖКХ

Частотные преобразователи (ЧП), или приводы, применяются для регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей. Около 80% приводов обычно используется для управления скоростью центробежных механизмов, таких как насосы, вентиляторы или компрессоры.

Известно, что потребление электроэнергии является доминирующей частью затрат систем управления центробежными механизмами и составляет примерно 92%. Начальные инвестиции незначительны по сравнению с затратами на электроэнергию. В связи с этим такие технологические процессы представляют огромные возможности для использования приводов переменного тока. Характерным примером являются станции горячего и холодного водоснабжения и системы отопления зданий, а также канализационные насосные станции и системы очистки сточных вод. Насос­ные агрегаты этих станций, выбранные исходя из максимальной производительности, значительную часть времени работают с меньшей нагрузкой, что определяется изменением разбора в разные периоды времени. По некоторым данным, среднесуточная загрузка насосов ХВС составляет 50–55% от максимальной. Кроме того, между потребляемой энергией и скоростью двигателя существует кубическая зависимость. Таким образом, снизив скорость двигателя наполовину, можно достичь около 80% экономии электроэнергии.

Рис. 1. Низковольтные ЧП производства «АББ», представленные на российском рынке

В ЖКХ наиболее часто применяются следующие серии стандартных приводов переменного тока производства компании ABB:

• ACS310 — 0,37–22 кВт, IP20, скалярное управление;
• ACQ810 — 1,1–500 кВт, IP00/IP20, скалярное и векторное управление.

Оборудование, используемое в системах водоснабжения и водоотведения, должно отвечать всем требованиям технологического процесса и быть при этом надежным и долговечным. Специализированные приводы ACQ810 предназначены для управления одиночными насосами или многодвигательными насосными системами в различных технологических процессах, таких как забор воды, водоподготовка и водоочистка. Специализированное ПО для управления насосами ACS310 и ACQ810 позволяет партнерам компании максимально оптимизировать системы автоматизированного управления насосами. К возможностям встроенного ПО относятся:

• каскадное управление;
• многодвигательное управление;
• управление по уровню;
• авточередование;
• взаимозаменяемость;
• функция очистки крыльчатки насоса;
• функция расчета расхода;
• контроль наработки насосов;
• функция «сна»;
• функция плавного заполнения трубопровода;
• функции защиты насосов.

Рис. 2. Схема многодвигательного управления

Под каскадным управлением понимается возможность привода управлять производительностью гидравлической системы, подключая и отключая дополнительные насосы через встроенные релейные выходы привода.

Частотное регулирование позволяет снизить потребление энергии на 30–50% в сравнении с механическим управлением расходом жидкости, или дросселированием. Использование многодвигательного управления, то есть частотного управления для каждого насосного агрегата, позволяет добиться работы насосов в точках оптимального КПД. При этом экономия энергии может возрасти еще на 10–20% по сравнению с уже традиционным каскадным управлением. Производительность системы поддерживается изменением скорости и количества работающих насосов.

С точки зрения оптимизирования работы гидравлических систем интерес представляют также встроенные функции очистки крыльчатки насоса, плавного заполнения трубопровода, контроль «сухого» хода насосов и взаимозаменяемость.

Функция очистки крыльчатки насоса наиболее применима в канализационных насосных станциях, где перекачиваемая жидкость может содержать взвесь, которая оседает на крыльчатке насоса. ЧП проверяет работоспособность двигателя по его КПД. Если КПД привода повышается, то привод расценивает это как наличие отложений на крыльчатке насоса и включает алгоритм очистки — чередование прямого и реверсивного хода двигателя. Если функция запускается слишком часто, привод генерирует предупреждение.

Функция контроля «сухого» хода проверяет наличие жидкости во всасывающей линии насосного агрегата, обеспечивая, таким образом, защиту насоса. Функция плавного заполнения трубопроводов обеспечивает плавный пуск насоса и постепенное наполнение трубопровода. Это помогает избежать скачков давления, например в системах мелиорации, где трубопроводы мгновенно опустошаются и контроль их наполнения необходим. Как следствие, увеличивается продолжительность жизни трубопроводов и насосных систем.

Особое внимание следует уделить функции расчета расхода — запатентованной разработке компании ABB. Функция расчета расхода позволяет ЧП выполнять роль расходомера и с достаточной точностью определять расход жидкости в трубопроводе. Таким образом, отпадает необходимость устанавливать дорогостоящие расходомеры в применениях, где не требуется наличие приборов учета. Погрешность расчета составляет 2–30% в зависимости от вязкости жидкости и наличия датчиков давления.

Взаимозаменяемость повышает надежность многодвигательной системы с несколькими параллельными насосами. В случае выхода из строя или ремонта одного или более насосов оставшиеся продолжат работу, в результате чего существенно снижаются затраты на обслуживание.

При всех достоинствах применения ЧП, как отдельных устройств регулирования, связка «ПЛК–ЧП» позволяет получить дополнительные преимущества. Во-первых, это более точная оптимизация работы насосов не только в зависимости от давления на выходном коллекторе, но и от расхода воды на входе, уровня в приемном резервуаре, времени суток, времен года и прочих параметров при помощи алгоритма прогнозирования поведения гидравлических систем на основе контроля за изменениями входных параметров насосных станций. За счет этого достигается более высокий уровень экономии электроэнергии, чем в случае применения только ЧП. Во-вторых, возможность задания суточных уставок и режимов (изменение задания давления в системе водоснабжения, режимы откачки на канализационных насосных станциях). В-третьих, возможность дежурных включений оборудования в автоматическом режиме: промывка трубопроводов, резервуаров, переключение между рабочими и резервными насосами для равномерной наработки. В-четвертых, возможность автоматического управления смежным оборудованием: электрозадвижками, клапанами, фильтрами, дробилками и другими.

За счет этих возможностей снижается необходимость постоянного контроля со стороны дежурного персонала, а также повышается точность регулирования параметров станций.

Для реализации систем «ПЛК–ЧП» можно с успехом применить малые контроллеры, такие как ПЛК AC500-eCo.

Рис. 3. ПЛК АС500-еСо

AC500-eCo: экономически эффективное решение в семействе ПЛК AC500

В современных приложениях автоматизации ПЛК, относящиеся к контроллерам малых классов, в большинстве случаев являются оптимальным решением, например для локальных задач автоматизации, таких как насос­ные и канализационные станции, индивидуальные теплопункты, миникотельные, вентиляционные установки и т. д. AC500-eCo является экономически эффективным решением для небольших проектов. Он был разработан для увеличения гибкости и масштабируемости платформы ПЛК AC500. AC500-eCo посредством встроенного последовательного интерфейса обеспечивает возможность работы в сетях Modbus в режимах Master/Slave, а также в сетях фирменной шины CS31. Кроме того, имеются версии ПЛК с интегрированным интерфейсом Ethernet с поддержкой протоколов Modbus TCP, UDP и программирования. В дополнение имеется возможность установки второго последовательного интерфейса, адаптера SD-карт, а также модуля часов реального времени.

ПЛК AC500-eCo имеют интегрированные дискретные и аналоговые входы и выходы. Кроме того, имеется возможность установки модулей расширения В/В подсистемы ввода/вывода S500/S500-eCo, устанавливаемых на DIN-рейку (локально до 10 модулей ввода/вывода, удаленно — до 31 станции ввода/вывода по 10 модулей в каждой). Есть версии ЦПУ со встроенными релейными выходами, а также с питанием 100–240 В AC (таблица).

Набор модулей ввода/вывода S500-eCo значительно расширяет существующую на данный момент линейку модулей, предлагая более гибкие и масштабируемые решения. Он включает 14 моделей новых модулей ввода/вывода «узкого» форм-фактора, которые свободно интегрируются с существующей линейкой S500.

AC500-eCo — это мощная, компактная и экономически эффективная система управления, подходящая для приложений в большинстве отраслей промышленности, таких как машиностроительная, обрабатывающая, строительная, текстильная, пищевая, стекольная, сельскохозяйственная, ЖКХ, водоканалы, управление зданиями, транспортная отрасль, традиционная и альтернативная энергетика, системы экологического контроля и проч.

В качестве примера можно привести применение частотного регулятора ACS800-07 мощностью 630 кВт и контроллера AC500-eCo, обеспечивающих регулирование производительности насосов на насосной станции II подъема Кизильского водозабора г. Сибай Республики Башкортостан. Внедрение оборудования позволит экономить до 150 кВт электроэнергии в час, срок окупаемости — два года. Аналогичные работы выполнены на объектах водоснабжения городов Нефтекамск, Ишимбай, Кумертау.