Применение преобразователей частоты Sinvel SID300 в системах водоснабжения

Основной задачей для комфортного водоснабжения является поддержание постоянства напора воды независимо от расхода. А расход почти всегда является переменной величиной – открыли ещё один кран в доме и расход увеличился. В частных домах, где расход воды относительно мал, для этих целей используются экспанзоматы. Но если речь идёт о достаточно большом расходе (многоквартирные дома, промышленность и т.д.) обеспечить постоянство напора можно только путём регулирования производительности насоса. Используемые в водоснабжении насосы отличаются по принципу работы и по конструкции, но подавляющее большинство работают в связке с асинхронным электродвигателем. Для регулирования скорости вращения асинхронного электродвигателя насосов применяются преобразователи частоты. Рассмотрим регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя насоса для поддержание заданного давления в трубопроводе с помощью преобразователя частоты (ПЧ) Sinvel SID300.

В классическом  варианте насос работает с постоянной производительностью (как правило на максимальной скорости), а для регулирования давления используются затворы или задвижки. Это позволяет регулировать напор только в одну сторону — на уменьшение подачи при снижении расхода. При этом давление в системе возрастает и для снижения расхода необходимо будет все больше закрывать задвижку или остановить насос. При увеличении расхода всё происходит в обратном порядке – насос запускается. При такой схеме работы растет нагрузка на насос, снижается ресурс электродвигателя из-за частых пусков и остановок, а также происходит повышенный износ запорной арматуры. При этом обеспечить комфортное пользование водой при таком способе регулирования практически невозможно – напор всегда будет больше или меньше желаемого. 

Поэтому в современных системах водоснабжения поддержание необходимого давления производят путём регулирования оборотов насоса, для чего используют преобразователь частоты. Система в этом случае будет состоять из 3 основных элементов: электродвигателя с насосом, преобразователя частоты и датчика давления.

Именно преобразователь частоты обеспечивает регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя насоса для поддержание заданного давления в трубопроводе.  

Преобразователь частоты Sinvel SID300 имеет встроенный ПИД-регулятор, который определяет, как система будет реагировать на отклонения от заданного значения давления, а также как быстро система будет адаптироваться к изменениям в давлении и учитывать прошлые и будущие значения.

В качестве источника обратной связи для ПИД-регулятора выступает сигнал от датчика давления.

От типа датчика давления зависит схема подключения и настройки преобразователя, поэтому необходимо учитывать следующие параметры: тип сигнала, количество проводов подключения, и напряжение питания.

Разберём пример настройки ПЧ Sinvel SID300 и необходимые подключения для работы с датчиком давления, с напряжением питания 8-28 В и диапазоном измерения 0-10 бар, на выход которого поступает токовый сигнал 4…20 mA.

Преобразователи частоты SID300 работают с различными типами сигнала: 0…10В, 0…20мА, 4…20мА и имеет два аналоговых входа AI1 и AI2. AI1 поддерживает сигнал 0…10В, AI2 поддерживает сигналы 0…10В, 0…20мА и 4…20мА.

Мы будем использовать AI2. Для работы с токовым сигналом 0…20мА и 4…20мА необходимо установить перемычку на переключателе J8 на плате управления ПЧ в положение «I» (два нижних пина).

При этом «+» датчика подключается к клемме «+24В», а «-» к входу «AI2». Между клеммами COM и GND для корректной работы необходимо установить перемычку.

Сигнал «Пуск» будет подаваться по дискретному входу DI1, клемма Х1.

Теперь рассмотрим этапы настройки параметров SID300 для работы системы электродвигателя с насосом, преобразователя частоты и датчика давления для поддержания давления в трубопроводе на значении 5 бар.  

ПЧ SID300 имеет функциональную возможность применить макрос настройки параметров для использования в системах водоснабжения с поддержанием давления, что значительно упрощает настройку.  Для этого достаточно выбрать в группе F16 «Функциональная группа общих настроек», в параметре F16.00 значение 1 и преобразователь сам произведёт настройку почти всех необходимых параметров для работы с поддержанием давления и использованием ПИД-регулятора, а также аналогового входа AI2.

Пользователю лишь остаётся проверить настройки на соответствие требованиям и внести корректировки, если это необходимо, а также произвести настройку параметров, соответствующих номинальным значениям электродвигателя насоса в группе F01.

Или пользователь может сам произвести полную настройку параметров ПЧ с «0». Для этого необходимо для начала произвести сброс на заводские установки. В группе F12 «Группа функциональных параметров и панели» установить значения 2 в параметре F12.14.  Настройку можно условно разделить на несколько этапов: базовое параметрирование и настройка ПИД-регулятора.

1 этап — это ввод основных параметров ПЧ SID300, так называемое «Базовое параметрирование».

В группе параметров F00 «Группа основных параметров», настраиваем Закон управления, каналы Задания и команд и выбираем тип перегрузки для работы с насосом:

F0-01 = 0 — скалярный закон регулирования (U/f)
F0-02 = 1 — команды управления через клеммы
F0-05 = 10 — задание частоты от ПИД регулятора для канала В
F0-06 = 1 — выбор канала Задания (канал В)

F0-14=5 сек (Время разгона установить в зависимости от процесса)

F0-15=5 сек (Время торможения установить в зависимости от процесса)

F0-19=10 Гц (установить при необходимости нижний предел частоты в зависимости от процесса)

F0-21=1 (запрет реверса)

F0-30=1 (тип перегрузки Р для работы насоса)

В группе параметров F01 «Группа параметров электродвигателя 1» производим настройку параметров, соответствующих номинальным значениям электродвигателя насоса.

Затем в группе F02 «Функциональная группа входных терминалов» настроим дискретные и аналоговые входа:

F02-00= 1 команда «Пуск»

F02-01=23 (при необходимости можно использовать функцию входа «Внешняя ошибка» для сигнала от реле сухого хода)
F02-31= 0 (выбор функции AI1 и AI2 как аналогового входа)

Проверяем диапазоны уставок аналогового входа AI2

F02-32=10 (1 будем использовать кривую 1 для аналогового входа AI2)

F02-33=0 В (мин. напряжение входа кривая 1)

F02-34=0,0% (мин. уставка входа кривая 1)

F02-35=10 (макс. напряжение входа кривая 1)

F02-35=100% (макс. уставка входа кривая 1)

F02-63=1 (выбор типа аналогово сигнала для AI2 в соответствии с датчиком давления 4-20mA)

2 этап – это непосредственно настройка ПИД-регулятора, за работу которого отвечает группа параметров F09.

В качестве задания ПИД-регулятора будем использовать цифровую уставку.

F09-00 = 0 — цифровая уставка задания ПИД регулятора, задаваться которая будет через F09-01. Для настройки регулятора для поддержания давлении в 5 бар устанавливаем:

F09-01 = 5 — уставка задания от диапазона датчика.

Источником обратной связи ПИД-регулятора будет сигнал с аналогового входа AI2

F09-02=2

Предел обратной связи ПИД-регулятора будет равен F09-03=10

Для работы с поддержанием давления выбираем положительную обратную связь ПИД- регулятора F09-04=0, т.е. когда сигнал обратной связи превышает установленное значение, выходная частота преобразователя должна уменьшаться для обеспечения баланса. В случае увеличения давления обратная связь по давлению будет увеличиваться.

Параметры F09-05, F09-06, F09-07 отвечают за Пропорциональную-Интегральную-Дифференциальную часть регулятора и в случае неудовлетворительной работы пользователь может вручную скорректировать их значения.

ПЧ SID300 позволяет использовать так называемый «Спящий режим».

Например, расход воды минимальный или вообще отсутствует, выходное значение и значение обратной связи не изменяются, а контролируемая величина находится в пределах допустимого диапазона в некоторых случаях или в определенный момент может быть применен «Спящий режим», что может улучшить общую энергоэффективность.

Для обеспечения стабильной работы можно использовать «Спящий режим с работой на минимальном пороге частоты», чтобы не допускать работу насоса на слишком низкой частоте опасной перегревом.

Настроим такой «Спящий режим»:

F09-27=2 (Спящий режим с работой на минимальном пороге частоты») и установим

минимальную выходную частоту в F00-19=20 Гц.

F09-44=0 режим сна по заданной частоте, которую зададим в F09-45=25 Гц и время для перехода в режим сна F09-29=60 сек.

Для «пробуждения» ПЧ выберем в F09-39=1 пробуждение в соответствии с параметром F09.30=2 и время в F09.31=0,5 сек.

Для контроля за процессом на панели оператора используется следующая индикация:

- светодиоды А и Hz горят = обратная связь ПИД регулятора от датчика

- светодиоды А и Hz мерцают с частотой 1Гц = уставка ПИД регулятора (в нашем случае 5.00) для поддержания давления на уровне 5 бар.

Переключение между режимами индикации осуществляется с помощью кнопки  панели управления.

Преобразователь частоты Sinvel SID300 обладает хорошим и удобным функционалом для использование его в системах в системах водоснабжения, где необходимо поддержания давления. Его можно использовать для модернизации классических схем регулирования, где ещё используются затворы или задвижки, что должно улучшить общую надежность и энергоэффективность оборудования.

Пользователь может более гибко настроить работу преобразователя под необходимые требования. Например, использовать разные способы управления преобразователем от панели оператора, дискретных входов или даже по протоколу Modbus-RTU. Также можно реализовать вывод аварийной сигнализации, отслеживать обрыв датчика давления, настроить предупреждение о работе в зоне высокого давления и т.д. А за счёт возможности использовать встроенный макрос применения значительно облегчается ввод в эксплуатацию и настройка преобразователя.

Подробная информация на сайте https://sinvel.ru/chastotnye-preobrazovateli-sid300