Каскадное управление насосами с преобразователем частоты

Каскадное управление – это способ управления, при котором объединяются два контура обратной связи с выходом первичного контроллера, регулирующего определенное значение вторичного контроллера. Ниже приведена блок-схема, которая отображает принцип такого регулирования.

Что такое каскадное управление?

Каскадное управление является типом контура обратной связи. В данном случае выход первого контроллера обеспечивает вход другого. При использовании такой системы значительно проще ликвидировать сбои: когда наблюдается проблема с одной из частей процесса, необходимо вносить исправления исключительно в данный раздел. Не нужно корректировать все аспекты производства.

Каскадная модель управления позволяет значительно увеличить производительность благодаря снижению влияния помех. Если применять переменную раннего предупреждения, каскадное управление насосами предупредит или сведет к минимуму негативное влияние различных сбоев в работе установок на технологические процессы, предупредит нарушение работоспособности технической системы.

Примечательно, что в системе каскадного регулирования применяется не один первичный чувствительный элемент. Следовательно, регулятор получает больше одного входного сигнала. Из этого можно сделать вывод, что каскадное управление является многоконтурной системой регулирования.

Схема управления каскадами

Одна из схем имеет название «постоянный мастер». В данном случае преобразователь частоты (ПЧ) контролирует производительность 1-го насоса. Другие активируются и деактивируются по сигналам, поступающим с релейных выходов.

Рассматриваемая схема дает возможность добиться плавной регулировки настроек с учетом указанного алгоритма. Если подсоединить вспомогательные устройства, данная схема будет равнозначна релейной.

Если требуется точно регулировать характеристики в большом интервале, используются схемы с несколькими ПЧ. Важно, чтобы привод каждого агрегата оснащался ПЧ с функцией «ведущий-ведомый».

Один ПЧ принимает сигнал с датчиков, затем создает и отсылает регулирующие сигналы на ПЧ ведомых агрегатов. Плюс каскадного управления преобразователем частоты для насосов – то, что удается контролировать производительность параллельно функционирующих насосов, обеспечивать мягкий пуск, отключать устройства в различном порядке.

До возникновения ПЧ использовалось релейное управление. Подобные схемы обеспечивают активацию и деактивацию запасного насоса, когда получают сигнал от датчиков уровня, давления или расхода.

Регулирование выполняется поэтапно, а это не всегда подходит для производственных условий. По этой причине данную схему используют нечасто.

Пример системы каскадного управления

Выше приведен пример, на котором показан теплообменник с одноконтурной системой регулирования. Здесь контур регулирования станет ведущим во время выстраивания каскадной системы управления. Ведомый контур появится позднее. Основная задача данного процесса – это повышение температуры воды, которая будет проходить сквозь теплообменник и обтекать трубы, где пропускается пар. Корпус теплообменника отличается внушительной величиной, и в нем находится значительное количество воды. Значительный объем воды дает возможность сохранять много теплоты. Из этого следует, что в случае перемены температурного показателя воды на входе в теплообменник данные изменения со значительным запозданием проявятся на выходе, что связано с его большой емкостью.

Еще одна особенность данного процесса – то, что трубы сопротивляются передаче теплоты от пара внутри труб к воде, которая находится снаружи. Из-за этого станет наблюдаться запаздывание между изменениями в паровом потоке и колебаниями температурного показателя воды.

Первичный элемент в данном контуре регулирования следит за температурным показателем воды на выходе. Если он поменяется, то преобразователь посылает соответствующий сигнал регулятору. Он измеряет сигнал, сравнивает с установкой, затем вычисляет разность и вырабатывает выходной сигнал. Именно он отвечает за управление регулирующего клапана на паровой линии. Паровой клапан снизит или повысит поток пара, чтобы вернуть температуру воды к исходному показателю.

Чтобы решить данную проблему, можно дополнить систему вторым контуром.

В данном случае любое изменение расхода пара станет незамедлительно считываться дополнительным контуром. Нужная корректировка осуществляется моментально.

Плюсы и минусы схем каскадного управления насосами

Все варианты обладают как сильными, так и слабыми сторонами. Каскадное управление с «постоянным мастером» дает возможность с высокой точностью контролировать рабочие показатели насоса и предотвращать гидроудары, особенно если сравнивать с релейной схемой. Другое его достоинство – это то, что можно не использовать электромеханические реле в управляющих областях схемы. Как известно, данная автоматика нуждается в постоянном обслуживании, а также в замене в случае износа контактов. Этот вариант управления обеспечивает одинаковый износ для каждого насоса. Минус – это небольшой диапазон плавного управления при функционировании запасных приспособлений. Нужно использовать устройства с двигателями одной мощности. При этом можно подсоединить только определенное число агрегатов.

Схема с 1 ведущим и несколькими ведомыми ПЧ также имеет свои плюсы – например, большой диапазон управления производительностью, точность поддержания заданных настроек. Минус такой схемы управления – это ее сложность и высокая цена оборудования.

Тот или иной вариант каскадного управления насосами подбирается с учетом потребностей конкретного участка и экономических соображений.