Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Inteligentní řízení čerpadel

číslo 12/2006

Inteligentní řízení čerpadel

Ing. Naděžda Pavelková,
ABB, s. r. o.

ABB je jedním z předních světových výrobců regulovaných pohonů a čerpadla jsou významnou oblastí jejich použití. Firma ABB každoročně investuje více než 10 % obratu do výzkumu a vývoje. Ve spolupráci s předními světovými výrobci čerpadel pro ně již přes 40 let postupně vyvíjí specializované programové vybavení měničů frekvence. V tomto směru byl letošní rok průlomový, neboť byl na trh uveden software nazvaný IPC (Intelligent Pump Control, inteligentní řízení čerpadel). Díky němu byla firma ABB letos nominována na cenu Dodavatel roku v každoročně vyhlašované soutěži v oblasti průmyslu čerpadel Pump Industry Awards 2006 (obr. 1).

Obr. 1.

IPC obsahuje všechny funkce nejčastěji požadované uživateli čerpadel

IPC poskytuje těchto šest funkcí pro řízení čerpadel (první dvě jsou navíc patentovaná řešení):

  • řízení hladiny,
  • nepřímé měření průtoku,
  • řízení více čerpadel,
  • řízení priority čerpadel,
  • zvýšení tlaku nebo hladiny před režimem spánku,
  • Anti-jam (prevence ucpávání).

IPC je volitelné programové vybavení pro měniče frekvence typu ACS 800 v širokém výkonovém rozsahu od 0,55 do 5 600 kW. Všechny funkce, které jsou nejčastěji požadovány pro zařízení s čerpadly, jsou zabudovány přímo v měniči frekvence, tudíž není třeba systém vybavovat externím řídicím PLC (Programmable Logic Controller, Programovatelný automat). Obr. 2. Inteligentní řízení čerpadel významně spoří elektrickou energii, snižuje opotřebení mechanických dílů a působí preventivně proti ucpávání čerpadel a potrubí.

Řízení hladiny

Funkce řízení hladiny se uplatňuje hlavně při plnění a vyprazdňování jímek odpadních vod (obr. 2).

Software v měniči oproti běžným aplikacím navíc sleduje 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, který čistí potrubí. Díky IPC čerpadlo navíc pracuje 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 či tři čerpadla pracující paralelně (obr. 3).

Nepřímé měření průtoku

Funkce nepřímého měření průtoku umožňuje výpočet průtoku bez použití průtokoměru. Software IPC počítá průtok buď z výsledků měření celkové dopravní výšky čerpadla (QH) s použitím dvou čidel tlaku (obr. 4) a nebo z příkonu čerpadla (QP). Možná je i kombinace obou způsobů.

Obr. 3.

Obr. 1. Vyhlášení výsledků Pump Industry Awards 2006 (zástupce ABB Jukka Tolvanen první zleva)
Obr. 2. Řízení hladiny v jímce
Obr. 3. Řízení hladiny pro tři paralelně spolupracující čerpadla, LT – snímač hladiny

K provedení 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 zákonu podobnosti čerpadel. Tato funkce byla původně určena pro aplikace s jedním čerpadlem, lze ji však výhodně použít i v systému, kde pracuje více čerpadel paralelně. Jsou-li všechna tato čerpadla regulována měniči ABB se softwarem IPC, lze porovnáváním nepřímo měřeného průtoku v různých bodech systému snadno zjistit nežádoucí úniky.

Řízení více čerpadel

Software IPC umožňuje různé způsoby řízení spolupráce více čerpadel napojených do společného výtlačného systému s proměnným požadovaným průtokem (obr. 5). Každé čerpadlo má svůj měnič frekvence. Měniče jsou spojeny optickou linkou a pracují v režimu master-follower. Při zvýšeném požadovaném odběru se spínají další čerpadla. Obr. 4. Lze nastavit reakci, že dosáhne-li měnič master 100 % otáček, přechází master automaticky na další spínané čerpadlo. Měniče v režimu follower běží buď s nastavenými konstantními otáčkami v optimálním pracovním bodě čerpadla, nebo se stejnými otáčkami jako master. Takto spolupracujících čerpadel může být až osm. Měniče frekvence mohou být zapojeny do kruhu nebo do hvězdy. Při zapojení do kruhu lze definovat reakci při detekci ztráty komunikace po optické lince. Při zapojení do hvězdy s použitím rozbočovací jednotky NDBU-95 je zajištěna 100% redundance provozu takto zapojených čerpadel. Software IPC obsahuje také tradiční řízení PFC (Pump & Fan Control, řízení ventilátorů a čerpadel), kdy pouze jeden motor čerpadla je regulován měničem frekvence a ostatní v počtu dva až pět jsou spínány stykači k síti podle požadovaného průtoku.

Řízení priority čerpadel

Systém řízení priority čerpadel nejen optimalizuje provoz jednotlivých čerpadel z hlediska časového vzhledem k jejich opotřebování apod., ale umožňuje také naprogramovat režim, kdy čerpadla s větším výkonem budou v činnosti při větším a menší čerpadla při menším požadovaném průtoku. Opět se tím zaručuje provoz čerpadel v optimálním režimu z hlediska účinnosti.

Obr. 5.

Zvýšení tlaku nebo hladiny před režimem spánku

Při malém požadovaném průtočném množství přecházejí čerpadla do tzv. režimu spánku. Software IPC umožňuje nastavit těsně před přechodem do tohoto režimu časově a procentuálně definované zvýšení tlaku nebo hladiny. Prodlužuje se tím doba spánku, díky čemuž se šetří energie. Zároveň se sníží počet zbytečných rozběhů a propláchne se i potrubí.

Funkce Anti-jam

Funkce Anti-jam odstraňuje usazené nečistoty v čerpadle, a usnadňuje tím preventivní údržbu. Jestliže je tato funkce aktivována, čerpadlo se začne točit vyššími otáčkami a pak se zastaví nebo reverzuje v předem stanovených cyklech (obr. 6).

Spouštěcím signálem uvedené funkce je volitelně některá z těchto podmínek:

  • růst proudu nad stanovenou hodnotu,
  • start měniče nebo určené pravidelné cykly během provozu,
  • aktivace digitálního vstupu měniče např. servisním technikem.
Obr. 6.

Obr. 4. Nepřímé měření průtoku se dvěma čidly tlaku PT
Obr. 5. Spolupráce více čerpadel
Obr. 6. Cyklus při režimu Anti-jam čas

Všechny uvedené funkce lze navíc kombinovat s adaptivním programováním měničů ACS 800, a je tedy možné se maximálně přiblížit potřebám aplikace.

Závěr

Nejvýznamnějším přínosem regulace čerpadel s měniči frekvence jsou úspory elektrické energie. Měniče frekvence obecně ušetří 20 až 50 % energie v porovnání s klasickými způsoby regulace. Software IPC díky již zmíněným funkcím ušetří dalších zhruba 5 až 20 % elektrické energie.