In vielen Pumpenanwendungen sind heute mehrere Pumpen an der Aufrechterhaltung eines einzigen Prozesswerts wie Druck oder Durchfluss beteiligt. Die Vorteile der Verwendung mehrerer Pumpen anstelle einer großen Pumpe sind Größe, Kosten, Beschaffungszeit, Systemeffizienz und inhärente Systemredundanz. Mehrere Motoren bedeuten mehr Steuergeräte, einschließlich programmierbarer Steuerungen, was einen Teil der Kosteneinsparungen ausgleicht. Die integrierten Anwendungssteuerungen in Frequenzumrichtern (VFDs) machen eine programmierbare Steuerung überflüssig, wodurch zusätzliche Engineering-Stunden und Inbetriebnahmekosten eingespart werden.
Hier finden Sie Antworten auf häufig gestellte Fragen, die Benutzer möglicherweise haben, wie VFD-Steuerungen beim intelligenten Staging/Destaging mehrerer Pumpen helfen, um Prozessvariablen wie Druck oder Durchfluss zu steuern.
In einer Pumpanwendung können mehrere Pumpen im gleichen Pumpnetzwerk vorhanden sein, die basierend auf den Änderungen im Prozess zum Laufen aufgerufen werden. Der VFD steuert den Motor der ersten Pumpe und variiert die Motordrehzahl, um die Pumpenleistung zu steuern.
Wenn der Prozessbedarf den vom Proportional-Integral-Derivative (PID)-Regler VFD gemessenen Grenzwert überschreitet, startet die Antriebssteuerung automatisch die Hilfspumpen. Diese Pumpen verwenden entweder einen anderen VFD oder die Motoren werden über die Leitung gestartet. Wenn sie gestartet werden, laufen sie auf Hochtouren, um den erhöhten Bedarf auszugleichen. Daher kann sich die Drehzahl der VFD-Pumpe je nach PID-Regler des VFD automatisch verringern. Die Hilfsmotoren werden gestoppt, wenn der Prozessbedarf einen bestimmten Wert unterschreitet. Das Hinzufügen oder Entfernen dieser Hilfspumpen durch den Master-VFD im Pumpennetzwerk basiert auf dem VFD-PID-Regelalgorithmus, der als intelligentes Staging und Destaging der VFDs im Pumpennetzwerk bezeichnet wird.
Wenn der Prozessbedarf entweder aufgrund einer Änderung des PID-Feedbacks oder des Sollwerts ansteigt, ändert sich der PID-Ausgang, was den VFD-Algorithmus veranlasst, Pumpen im Pumpennetzwerk zu- oder abzuschalten. Beispielsweise sinkt der Druck in der Pumpenleitung, wenn viele Häuser in der Nachbarschaft in den Morgenstunden Wasser verbrauchen. Zu diesem Zeitpunkt versucht der VFD PID, den Leitungsdruck aufrechtzuerhalten, indem weitere Pumpen im System hinzugefügt/eingeschaltet werden. Wenn die Leute in der Nachbarschaft mit der Morgenarbeit fertig sind, sinkt der Bedarf und der Leitungsdruck beginnt über den Sollwert für die Leitung hinaus zu steigen. Zu diesem Zeitpunkt schaltet/stoppt der PID-Algorithmus des VFD die zuvor hinzugefügten/gestarteten Pumpen. Aus diesem Grund muss ein einzelner VFD die Pumpen im Pumpennetz stufen/abschalten.
Beim Einzel-VFD-Zuschalt-/Abschaltsteuerungsschema laufen die Pumpen, die nicht am VFD-Ausgang angeschlossen sind, mit einer festen Drehzahl, wenn sie über die Leitung gestartet und über den Relaisausgang des VFD ein- und ausgeschaltet werden. Die einzige Pumpe, die die Geschwindigkeit variiert, ist diejenige, die an den Ausgang des VFD angeschlossen ist. Das heißt, der VFD-PID-Regler steuert die Drehzahl der Einzelpumpe und jede andere Pumpe im Einzel-VFD-Pumpensystem läuft mit voller Drehzahl.
In der Mehrpumpen-Zuschalt- und -Abschaltkonfiguration hingegen können alle Pumpen mit variabler Drehzahl über den PID-Regler des VFD laufen. Es gibt einen Master-VFD mit dem PID-Regler und alle anderen VFDs folgen dem Ausgang des Master-VFD-PID.
Das automatische Hinzufügen oder Abschalten von Pumpen basierend auf dem PID-Ausgang, um den Prozessbedarf zu decken, bietet Pumpensystemen mit mehreren Pumpen einen gewissen Grad an Automatisierung. Die VFD-Steuerungen erkennen die Verriegelungen und messen die verfügbaren Pumpen im Pumpennetz für den Betrieb. Die Steuerung der VFD-Anwendungsebene schaltet die Pumpen basierend auf dem reduzierten Prozessbedarf ab oder wechselt die Pumpen für die Betriebskonfiguration basierend auf der kumulierten Laufzeit.
Der gleiche Automatisierungsgrad kann durch den Einsatz von übergreifenden Startern und die Steuerung des Prozesses und des Pumpenwechsels über eine SPS erreicht werden. Das Erreichen dieses Grades an Kontrolle und Automatisierung allein durch die Verwendung des VFD verkürzt die Installations- und Inbetriebnahmezeit für das Pumpsystem und verbessert die Gesamtkapitalrendite (ROI).
Wenn der Prozess mehrere Pumpen im Pumpennetzwerk umfasst, benötigt das System eine Möglichkeit, die Pumpen im Netzwerk automatisch zu starten und zu stoppen. Es gibt technische und kaufmännische Vorteile, die Zu-/Abschaltung der Pumpen auf der Ebene der VFD-Steuerungen zu implementieren. Da es mehrere Geräte gibt, würden die jährlichen Wartungsverträge mit SPS mehr kosten als nur die VFDs. Eingebettete Steuerungen in VFDs bieten einfaches Engineering mit einer einzigen Plattform und schnellere Fehlerbehebung.
IoT und Digitalisierung der industriellen Steuergeräte bieten ein weiteres Maß an Kundenerfahrung für diejenigen, die keine lokalen Human-Machine-Interface (HMI)-Server und Leitstände haben möchten. IoT-fähige Produkte sind eine Option für Benutzer, die ihren Betrieb von überall auf der Welt aus steuern und überwachen möchten. VFDs mit integriertem Gateway für die Internetverbindung reduzieren den Bedarf an zusätzlicher Hardware zum Anschluss der Geräte. Daher helfen IoT-fähige VFDs in einem Mehrpumpensystem, das für eine Staging- und Destaging-Anwendung konfiguriert ist, den Benutzern dabei, den Systemzustand zu überwachen, den Sollwert nach Bedarf zu ändern oder sogar den Zeitplan für das Starten und Stoppen des Systems zu ändern. Es kann den Benutzern sogar helfen, zu wissen, wann der Antrieb verfügbar ist, nachdem ein Techniker die Pumpe(n) gewartet hat.
Ranbir (Ron) Ghotra ist leitender Anwendungs- und Systemingenieur bei Eaton. Weitere Informationen finden Sie unter www.eaton.com.