Автоматизированная система управления группой механизмов с использованием преобразователей частоты

ОАО «Российская электротехническая компания»,  Екатеринбург

Вопросы энергосбережения становятся все более актуальными для всех предприятий, особенно со значительным энергопотреблением. Учитывая это, ОАО «Российская электротехническая компания» (РЭТК) предлагает потребителям комплексные решения проблем по модернизации оборудования, позволяющие наиболее эффективно использовать вложенные средства.

Часто перед предприятием стоит задача модернизации не одного, отдельного, электропривода, а электроприводов группы механизмов (ГМ), связанных общим технологическим процессом. Очевидно, что наибольший эффект принесет модернизация всего комплекса электроприводов за счет правильного использования технологических особенностей и взаимосвязей.

Как известно, гораздо более половины промышленных электроприводов в нашей стране составляют асинхронные нерегулируемые привода. Предлагаемое РЭТК решение – комплексная модернизация с внедрением регулируемого асинхронного привода.

Основой системы, условно называемой АСУ-ГМ, и предназначенной для управления технологическими механизмами (группой насосов, вентиляторов, конвейеров и других, связанных общим технологическим циклом или работающих на общую нагрузку) является экономичный, чрезвычайно надежный и простой в обслуживании и наладке транзисторный преобразователь частоты (ПЧ) с микропроцессорным управлением. Применение преобразователя частоты придает традиционному асинхронному электроприводу технологических механизмов новое свойство - возможность плавного и экономичного регулирования скорости вращения. В условиях, когда большинство технологических механизмов работают со средней загрузкой по производительности в 30-70%, обеспечивая запас на случай пиковой нагрузки или развития сети, приходится мириться либо с неэкономичным способом регулирования производительности с помощью задвижки, направляющего аппарата и т.п., либо с повышенным уровнем основного технологического параметра в системе, приводящим к повышенному расходу рабочей среды и увеличивающим риск аварии. Регулирование производительности с помощью изменения скорости вращения двигателя позволяет устранить эти проблемы. Например, применение ПЧ для привода водяных насосов водоснабжения позволяет сэкономить до 50% электроэнергии и 30% воды и сточных вод.

Однако использование преимуществ ПЧ в полной мере возможно только при комплексной автоматизации технологического комплекса с применением системы микропроцессорного управления всеми технологическими агрегатами. Это позволяет:

расширить диапазон плавного регулирования производительности до уровня суммарной производительности всех технологических механизмов;

осуществить плавный пуск всех технологических механизмов без динамических нагрузок и гидравлических ударов;

• обеспечить автоматическое повторное включение в случае исчезновения напряжения сети;

проводить несколько автоматических повторных включений ПЧ в случае возникновения случайных сбоев в его работе вследствие низкого качества электроснабжения;

• обеспечить автоматический переход на резервный технологический агрегат  в случае неисправности механизмов или двигателя рабочего (в данный момент) агрегата;

• реализовать с заданной периодичностью автоматический переход с “рабочего” на “резервный” агрегат и обратно;

обеспечить несколько уровней поддерживаемого в сети основного технологического параметра в течение суток по заданной программе, что позволяет дополнительно экономить рабочую среду и электроэнергию;

• предоставить развитый информационный сервис:

1) цифровую индикацию основного технологического параметра, скорости агрегата и загрузки двигателя;

2) фиксацию случаев АПВ по напряжению сети и сбоям в системе;

предоставить возможность связи по последовательному каналу с системой верхнего уровня, что позволит:

1) управлять агрегатами дистанционно с общего диспетчерского поста,

2) получать в систему верхнего уровня информацию о состоянии агрегатов, технологических и электрических параметрах системы,

3) получать в систему верхнего уровня информацию о произошедших авариях, их видах.

Основой АСУ-ГМ, как уже было указано, является преобразователь частоты (ПЧ), который преобразует трехфазное напряжение промышленной сети с частотой 50 Гц в трехфазное напряжение с частотой, изменяемой в пределах от 0 до 200Гц и напряжением, соответствующим этой частоте (чем ниже частота, тем ниже напряжение, но свыше 50 Гц напряжение равно номинальному).

Подавляющее большинство продавцов частотных приводов в России - дилеров западных фирм, предлагают наиболее простой и, соответственно, наиболее дешевый на  первый взгляд вариант: просто двухзвенный ПЧ, включающий выпрямитель, фильтр и автономный инвертор.

Однако на практике в подавляющем большинстве случаев требуется не просто ПЧ, а комплектный преобразователь частоты - КПЧ.

В состав КПЧ входят следующие элементы, которые выбираются для каждого заказчика в зависимости от конкретных условий:

• главный выключатель;

• предохранители;

• вводной контактор;

• сетевые реакторы;

собственно преобразователь частоты;

• фильтровые реакторы или синусоидальный фильтр (поставляются при необходимости);

• блок инверторного торможения.

Собственно преобразователь частоты состоит из сетевого выпрямителя, звена постоянного тока – емкостного фильтра- и инвертора на специализированных. 

Управление выпрямителем и мощными биполярными транзисторами с изолированным затвором инвертора осуществляется микропроцессорной системой. Система обладает очень высокой надежностью и удобством в эксплуатации, а алгоритмы управления проработаны настолько глубоко, что позволяют системе самостоятельно производить наладку преобразователя под конкретный двигатель.

Система управления уже в базовом варианте содержит встроенный технологический регулятор, а применение дополнительных технологических плат позволяет удовлетворить практически любой сложности требования к электроприводу.

Помимо ПЧ, на реальной технологической установке потребуется и шкаф автоматического управления, ШАУ, который обеспечит взаимосвязь между двигателями и ПЧ, позволит подключать к ПЧ разные двигатели или подключать двигатели в необходимых случаях непосредственно к сети. Кроме того, в ШАУ устанавливается автоматика управления всей группой механизмов.

Работы по внедрению АСУ-ГМ можно разделить на несколько этапов - модулей:

1)  поставка, ввод в работу КПЧ;

2)  поставка, ввод в работу ШАУ;

3)  организация связи с центральным диспетчерским пунктом;

4)  организация верхнего уровня автоматизации.

Модульный принцип организации работы очень удобен заказчику – он  позволяет постепенно внедрить на своих объектах полностью автоматизированную систему управления технологическими механизмами без каких-либо переделок уже поставленного оборудования.

Упрощенная функциональная схема АСУ-ГМ представлена на рис. 1.

В комплект поставки АСУ- ГМ могут входить: комплектный преобразователь частоты - КПЧ; шкаф автоматизации и управления - ШАУ; датчики технологических параметров (давление, разряжение, расход, уровень  и т. д.); трансформаторы (для высоковольтного привода); комплект ЗИП; эксплуатационная документация; двигатели; насосы (вентиляторы, компрессоры и т. д.); другое оборудование. Жирным шрифтом выделен базовый комплект.

Комплект поставки уточняется в процессе выполнения проектных работ для каждого конкретного заказчика.

Все элементы могут поставляться отдельно друг от друга.

Одним из примеров внедрения компанией системы АСУ-ГМ служит насосная станция «Сугомак» в г. Кыштыме Челябинской обл. Основные результаты изложены в статье настоящего номера журнала.  

Упрощенная функциональная схема АСУ-ГМ.png   

Рис. 1 Упрощенная функциональная схема АСУ-ГМ.

КПЧ – шкаф преобразователя частоты; ШАУ – шкаф автоматического управления; QF1, QF2 – вводные автоматы; ПЧ – блок преобразователя частоты; L1 – сетевой реактор; L2, C1 – выходной фильтр; КМ – выходной контактор; К1, К3 – контакторы прямого включения двигателей; К2, К4 – контакторы для подключения двигателей через ПЧ; М1, М2 – двигатели ГМ; ДТП – датчик технологического параметра.

Водоочистительная станция «Сугомак» (г. Кыштым, Челябинская обл.) обеспечивает питьевой водой весь город. На станции имеются насосы первого подъёма, закачивающие воду из озера Сугомак, на берегу которого расположена станция, через фильтры в промежуточные баки. Далее насосы второго подъёма обеспечивают подачу воды из промежуточных баков в различные районы города. Насосы второго подъёма подключены к общему коллектору. Гидравлическая схема узла второго подъёма показана на рис. 1. Вода из общего коллектора подается по трем трубопроводам, на схеме они обозначены как линии I, II  и III.

Такая схема не обеспечивала возможность регулирования напора насосов средствами их электропривода. Кроме того, физический износ пусковой аппаратуры приближался к пределу.



Возврат к списку