RO126586A2 - Modul electronic pentru automatizarea grupurilor de pompare - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un modul electronic pentru automatizarea grupurilor de pompare ce realizează comanda, controlul şi monitorizarea echipamentelor dintr-o staţie de pompare, reglând parametrii de lucru din staţie sau de la distanţă, în timp real, în funcţie de nevoia de consum a utilizatorilor. Modulul electronic de automatizare, conform invenţiei, este alcătuit din trei submodule: un submodul principal, ce cuprinde un microcontroler cu rol de gestionare a logicii de funcţionare, un al doilea submodul, pentru măsurarea parametrilor electrici ai pompelor dintr-o staţie de pompare, şi un al treilea submodul, pentru achiziţia datelor şi transmiterea la distanţă, prin cablu sau radio, şi este caracterizat prin aceea că foloseşte, pentru comanda unui convertizor de frecvenţă cuplat la pompa principală, comunicaţia digitală serială sau analogică, cu semnal unificat de 0...10 V, prin care comandă modulaţia convertorului de frecvenţă în domeniul 0...50 Hz, comunicaţia digitală serială fiind realizată cu ajutorul unui convertor U42, prin intermediul unui protocol MODBus, iar în ceea ce priveşte comunicaţia analogică, ieşirea analogică de comandă generează o tensiune de 0...1 V, cu ajutorul unui convertor digital-analogic existent în microcontroler, iar un amplificator operaţional U35A o amplifică la o valoare de 0...10 V şi o transmite la un conector J38, care face legătura cu placa electronică a convertizorului.

Description

MODUL ELECTRONIC PENTRU AUTOMATIZAREA GRUPURILOR DE POMPARE

Invenția se referă la un dispozitiv denumit Modul electronic pentru automatizarea grupurilor de pompare realizând comanda, controlul și monitorizarea echipamentelor din stațiile de pompare, reglând parametrii de lucru din stație sau de la distanță, în timp real, în funcție de nevoia de consum a utilizatorilor. Modulul de automatizare conform invenției, este o soluție constructivă nouă, care folosește pentru comanda convertizorului de frecvențe comunicația serială sau cea analogică cu semnal unificat 0-10V, prin care comandă modulația de frecvență în domeniul 0-50Hz, aducând funcțiuni îmbunătățite grupurilor de pompare în cascadă, prin reglarea parametrilor de lucru în limite largi, în funcție de consum, reducând semnificativ consumul de energie electrică.

Parametrii de funcționare ai grupurilor de pompare sunt reglați în funcție de cerințele de consum din stațiile de pompare și constituie date de intrare pentru automatul programabil și softul de control, comanda și monitorizare. In alimentările cu apă domeniul de presiuni este de câțiva bari, dar debitele variază în limite mult mai largi, de la câțiva metri cubi, la sute de m³. Deoarece este foarte importantă reglarea acestor parametrii, aducând pompele în domeniul optim de funcționare, cât și monitorizarea permanentă a parametrilor hidraulici și energetici din instalație modulul electronic, conform invenției, realizează economie de energie și mărește durata de viață a echipamentelor.

Funcțiunile realizate de modulului electronic de automatizare sunt următoarele: monitorizarea parametrilor hidraulici (presiune, debit) din refulare și comanda pompelor astfel încât să se atingă parametrul prescris, monitorizarea presiunii din aspirație pentru a evita scăderea acesteia sub valorile de cavitație ale pompelor, comanda convertizorului de frecvență cuplat pe pompa principală și comanda directă a pompelor auxiliare; comanda se face astfel încât să existe timpi egali de funcționare ai pompelor pentru o uzură uniformă; citirea parametrilor electrici ai motoarelor și afișarea acestora pe display sau transmiterea la distanță printr-un modem.

In cazul folosirii unui convertizor de frecvență pentru modularea pompelor, modulul de comandă are rolul de mașter iar convertizorul este slave si element de execuție. Majoritatea controlerelor specializate comunică serial cu electronica convertizorului prin intermediul unui protocol standardizat sau proprietar. De exemplu controlerul PFU2000 produs de Grundfos comunica cu convertizorul prin protocolul GENIBus. Dezavantajul acestui protocol este acela că se aplica la o gama restrânsă de convertizoare (Danfoss, Siemens), aceste convertizoare având un cost ridicat. Comunicația serială prescrie direct frecvența de ieșire a convertizorului și citește codurile de eroare, dar protocolul de comunicație este diferit de la producător la producător, iar de multe ori ieșirea serială a convertizorului, este opțională, ceea ce implică un cost suplimentar.

O caracteristică comună a tuturor convertizoarelor este că acestea sunt dotate cu o intrare analogică de semnal unificat 0-10V. Invenția se centrează pe această caracteristică.

Modulul electronic de comanda a pompelor, conform invenției, a însumat ambele metode de comandă a convertizorului de frecvență și anume ieșirea de comandă serială tip RS485 care comunică pe baza protocolului MODBus, protocol foarte des utilizat de mulți producători și ieșirea analogică care generează tensiune de semnal unificat 0-1OV . Prin acest din urmă tip de comandă se poate prescrie suficient de precis frecvența de ieșire a convertizorului. Astfel prin definirea în setările convertizorului a frecvenței minime corespunzătoare lui OV și a frecvenței maxime corespunzătoare lui IOV, se poate explora toata gama de frecvențe generate de convertizor.

Avantajele aduse de modulul electronic de comandă a pompelor, conform invenției, constau în aceea că se lărgește gama convertizoarelor utilizate, mai ieftine, fără macrouri specializate pe diverse aplicații, rezultând o soluție de automatizare mult mai ieftină, dar care realizează aceleași funcțiuni cu ale celor menționate mai sus.

Alte avantaje ale utilizării modului electronic, conform invenției, constau in:

- reducerea consumurilor energetice, obținute ca urmare a reglării turației pompelor, dar și ca urmare a controlului funcționării cât mai mult în punctul lor optim )

: π p? NTRU INVENȚII Și MARC!

ț 2 -1țr-7009”— ^-2 0 0 9 - 0 0 8 1 8“’

2 -10- 2009

- creșterea fiabilității prin pomiri/opriri în cascadă, iară șocuri mecanice sau electrice, protejarea pompelor la funcționarea iară apă, protecția motoarelor la scurtcircuit, suprasarcină, protejarea rețelei de conducte la suprasarcină.

Modulul electronic, conform invenției, are o construcție formată din 3 submodule: modulul principal care cuprinde microcontrolerul care gestionează toată logica de funcționare a aparatului, modulul pentru măsurarea parametrilor electrici ai pompelor (curent, tensiune, factor de putere), modulul pentru achiziția datelor si transmiterea la distanță prin cablu sau prin radio.

Modulul electronic conține toată logica de citire a parametrilor, calculul buclei de reglaj, afișarea parametrilor, modularea pompei cu convertizor și comanda pompelor auxiliare prin pornirea pe contactor (comanda pornit oprit).

în figura 1 este prezentată schema electronică a a pârtii de noutate din modul, adică partea de comunicație cu convertizorul de frecvență. Comunicația digitală serială se face cu convertorul Ό42 cu ieșirile A și B de tip diferențial RS485, aceasta ieșire serială comunică în protocolul MODBus atât cu convertizorul de frecvență cât și cu modulele de măsurare a parametrilor pompelor. Pe acest bus se prescrie frecvența de ieșire a convertizorului și se citesc parametri interni măsurați de acesta: curent, tensiune, putere motor, coduri de eroare. La pinii 1 si 4 convertorul comunică cu modulul UART al microcontrolerului, pinii Tx si Rx. Viteza de comunicație și adresele parametrilor din convertizor se setează prin meniul modulului.

Comunicarea analogică cu tensiune 0-10V, comandă modulația convertizorului, este unisens, de la modulul electronic la convertizorul de frecvență. In acest fel se face doar prescrierea frecvenței de ieșire a convertizorului care este suficientă. Citirea parametrilor din convertizor este doar informativă, nefiind folosită în logica de comanda a modulului. In aceasta situație, starea de avarie globală a convertizorului se face prin citirea stării contactelor releului de avarie FAULT CV cu ajutorul intrării PCO a controlerului. Ieșirea analogică de comandă generează o tensiune între 0IV cu ajutorul unui convertor digital analog existent în microcontroler. Valoarea frecvenței necesare pentru convertizor este calculată de microcontroler pe baza valorilor buclei PID, rezultând o valoare numerică. Convertorul digital analog transpune aceasta valoare într-o valoare de tensiune în intervalul 0-1V. Această tensiune este disponibilă la pinul 9 al controlerului, ieșirea DAC. In continuare tensiunea este amplificată de un amplificator operațional Ό35Α care are un factor de amplificare 10. La ieșirea 1 a acestui circuit se obține tensiunea necesară în domeniul 0-1OV care este disponibilă la pinul 3 al conectorului J38.

Conectorul J38 face legătura cu placa electronică a convertizorului. Aici sunt disponibile pe lângă cele două canale de comandă a frecvenței, analog și digital, încă două comenzi digitale de tip ON-OFF. Este vorba de ieșirile EN și ST. Ieșirea EN (run enable) activează ieșirea convertizorului. Această comandă oprește instantaneu convertizorul decuplând ieșirea de forță de motor. Ieșirea ST activează comanda START a convertizorului.

Claims (2)

1. Revendicări

   1. Modulul electronic de automatizare, conform invenției, este o soluție constructivă nouă pentru comanda convertizorului de frecvență, din automatizarea grupurilor de pompare ale stațiilor de pompare, care utilizează atât comunicația serială cu electronica convertizorului, cât și comunicație analogică cu semnal unificat 0-10V, prin care comandă modulația convertizorului în domeniul 0-50Hz, aducând funcțiuni îmbunătățite grupurilor de pompare în cascadă.

   Modulul electronic de comandă a pompelor, conform invenției, a însumat/implementat ambele metode de comandă a convertizorului de frecvență și anume ieșirea de comanda serială tip RS485 care comunică pe baza protocolului MODBus, protocol foarte des utilizat de mulți producători, și ieșirea analogică care generează tensiune de semnal unificat 0-10V . Prin acest tip de comandă se poate prescrie suficient de precis frecvența de ieșire a convertizorului. Astfel, prin definirea în setările convertizorului a frecvenței minime corespunzătoare lui OV și a frecvenței maxime corespunzătoare lui IOV, se poate explora toata gama de frecvențe generate de convertizor.
2. 2. Modulul electronic conține toată logica de citire a parametrilor, calculul buclei de reglaj, afișarea parametrilor, modularea pompei cu convertizor și comanda pompelor auxiliare prin pornirea pe contactor (comanda pornit oprit). Modulul electronic de comandă a pompelor extinde astfel mult domeniul de utilizare a convertizoarelor, extinde gama de convertizoare utilizate, reducând semnificativ costul automatizării .