Category Archives: Автоматизация на базе ПЛК

Подключение ОВЕН ПЛК к Lectus OPC через GSM-модем (часть 2)

Проект LectusOPC

Для работы LectusOPC используя модемное соединение, необходимо:

1) Подключить второй модем к компьютеру с установленным Lectus OPC, через специальный кабель или используя преобразователь интерфейса (например: ОВЕН АС3-М, АС4).

2) Запустить LectusOPC, удалить ранее созданные узлы, после чего сохранить проект под новым именем — тем самым создать новый проект.

3) Добавить к текущим данным новый Modbus-узел (Рис.1).

Рис.1

 

4) В появившемся окне задать параметры modbus-узла (Рис.2). Lectus будет опрашивать прибор по адресу 1 с периодом 3 минуты. Подробное описание параметров смотрите в справке LectusOPC.

 

Рис.2

5) Не закрывая окно «Добавить узел», нажать на кнопку «Настройка..», где указать COM-порт, к которому присоединён модем, а так же телефонный номер SIM-карты, установленной в другой модем (модем, подключенный к ПЛК). (Рис.3).

 

Рис.3

6) После добавления узла, необходимо задать настройки используемого COM-порта. Для этого в меню «Настройка» главного окна программы выбрать «COM порт» или нажать соответствующую пиктограмму на панели, появиться окно настройки. Для заводских настроек модема ПМ01, настройки порта представлены на Рис.4.

 

Рис.4

7) Добавить переменные в Modbus-узел, для этого нажать правой кнопкой мыши на узел и выбрать пункт меню «Добавить переменную» (Рис.5).

 

Рис.5

8) В появившемся окне задать параметры переменной (Рис.6). Описание параметров смотрите в справке LectusOPC. В данном примере значение переменной контроллера v1 будет считываться в opc-переменную var1, а значение opc-переменной var2 будет записываться в v2 ПЛК.

 

Рис.6

9) Настроить дополнительные параметры опроса. Вкладка «Настройка» главного окна программы «Параметры» (Рис.7).

 

Рис.7

10) После создания узла и добавления в него переменных сохраните проект и запустите LectusOPC, нажав на кнопку «Запустить опрос». Перейдите на вкладку «Лог», где можно отследить звонок и обмен посылками Modbus (Рис.8).

 

Рис.8

Описание лога: После запуска клиента Lectus звонит на удаленный модем, удачелнный модем поднимает трубку, после чего устанавливается связь, о чем свидетельствует — «Сonnect 9600». Затем Lectus посылает запрос по 03 modbus-функции (чтение регистров) для переменной v1 и получает ответ от ПЛК. Через полминуты Lectus отключается (параметр «Время простоя до разъединения» см. Рис 3.7).

11)Вернитесь на вкладку «Состояние», там появился узел, где будут отображены значения переданных переменных из модуля (Рис.9).

 

Рис.9

12) Записать значение в ПЛК. Выделить переменную var2 и нажать на пиктограмму кнопки Записи или через контекстное меню. Качество переменной var2 – неопределенно, потому что данная переменная работает только на запись в ПЛК. После нажатия появиться окно «Записать значение», где введите новое значение переменной (Рис.10).

 

Рис.10

13) Теперь перейдите на вкладку «Лог», там вы увидите результат произведенных вами действий. Lectus OPC после инициализации Записи (в данном случае в самом OPC) организует внеочередной обмен данными (не соответствующий периоду опроса переменной или узла), в рамках которого и записывает заданное значение (Modbus-функция 10, значение – 05) (Рис.11).

 

Рис.22

На этом организация передачи текущих данных из ОВЕН ПЛК в Lectus OPC через модемное соединение закончена. Теперь они доступны для любого OPC-клиента (например, SCADA системы).

Подключение ОВЕН ПЛК к Lectus OPC через GSM-модем (часть 1)

Данный пример реализован на ОВЕН ПЛК100R-L. CSD-соединение обеспечивают gsm-модемы ОВЕН ПМ01. Протокол обмена данными Modbus ASCII ПЛК – Slave, ПК с Lectus OPC – Master.

Для организации обмена данными необходимо создать проекты ОВЕН ПЛК и Lectus OPC настроенные на работу через CSD-соединение.

Проект ПЛК

Для работы ПЛК через CSD-соединение, необходимо:

1) Создать новый проект в CoDeSyS, указав соответствующий target.

2) На вкладке «Ресурсы» («Resources»), выбрать «Конфигурация ПЛК» («PLC_Configuration»), и добавьте модуль Modbus(slave) к базовой конфигурации (Рис.1.1).

рис.1.1

3) Задать адрес ПЛК в параметрах модуля (Рис.1.2).

Рис.1.2

4) В качестве интерфейса модуля добавить интерфейс «Modem» (Рис.1.3).

Рис.1.3

5) Настроить подмодуль «Modem» на работу в режиме «Ожидания вызова» (Рис.1.4).

Рис.1.4

6) Выбрать интерфейс подключения gsm-модема (Рис.1.5).

Рис.1.5

7) Задать параметры интерфейса в соответствии с настройками модема. В данном примере модем имеет заводские сетевые настройки (Рис.1.6).

Рис.1.6

8) Добавить переменные в проект (Рис.1.7).

Рис.1.7

9) Задать имена переменным, для последующего обращения к ним из программы ПЛК (Рис.1.8).

Рис.1.8

10) Создать программу ПЛК, например (Рис.1.9).

Рис.1.9

На этом создание проекта CoDeSys завершено, сохраните проект и загрузите его в ПЛК.

Подключите модем к ПЛК по выбранному интерфейсу.

 

Организация связи Lectus OPC с прибором ОВЕН через модемное соединение (часть 2).

Настройка модема, подключаемого к прибору.

Для настройки модема на работу с прибором, не поддерживающим AT-команды, нужно:

1) Подключить модем к компьютеру через специальный кабель или используя преобразователь интерфейса (например: ОВЕН АС3-М, АС4).1

2) Соединиться с ним с помощью программы «HyperTerminal»

Для WindowsXP: ПУСК-Программы-Стандартные-Связь.

3) Создать новое подключение, выбрать COM-порт, к которому непосредственно подключен модем.

4) Настроить порт. Для заводских настроек модема, настройки порта представлены на Рис.2.1.

Рис.2.1

5) В открывшемся окне «HyperTerminal» введите последовательно, получая подтверждения (OK), следующие AT-команды (В заводских настройках

модема отключено эхо, поэтому в «HyperTerminal», работающим с портом напрямую, вы не увидите вводимые команды.):

Команда Описание
AT Признак внимания
ATS0=1 Включить автоподъем трубки
AT&W Записать изменения

6) Если вы ввели все команды правильно с первого раза, то окно Вашего «HyperTerminal» выглядит, как на Рис.2.2.

Рис.2.2

На этом настройка модема, подключаемого к прибору – окончена. Закройте «HyperTerminal» и подключите модем к прибору.

 

Организация связи Lectus OPC с прибором ОВЕН через модемное соединение (часть 1).

Для решения поставленной задачи, необходимо:

  • сконфигурировать модуль;
  • настроить на «автоподъем трубки» модем, подключаемый к модулю;
  • создать проекты Lectus OPC.

Конфигурация модуля

Для настройки Модуля, необходимо:

1) Подключить Модуль к компьютеру и запустить конфигуратор М110.

2) Соединиться с модулем, задав параметры подключения прибора и выбрав соответствующий порт. Если подключение прибора производиться впервые, то нажать кнопку «Заводские сетевые настройки» (Рис.1.1).

Рис.1.1

3) В случае успешного подключения, появиться соответствующее окно (Рис.1.2).

Рис.1.2

4) Изменить сетевые настройки прибора, учитывая настройки модема. Задать протокол обмена — Modbus-ASCII (Рис.1.3).

Рис.1.3

5) Настроить параметры модуля (Рис.1.4).

Рис.1.4

6) Записать изменения в прибор (Рис.1.5)

Рис.1.5

7) Появится окно, в котором необходимо подтвердить изменения настроек конфигуратора (Рис.1.6).

Рис.1.6

На этом создание конфигурации завершено, сохраните её на компьютер.

 

Периодический опрос нескольких удаленных объектов Диспетчерским пунктом и отработкой аварии

Описание:

Существует несколько удаленных объектов диспетчеризации и диспетчерский пункт (ДП). ДП с заданным периодом времени, поочередно, опрашивает все объекты, по беспроводному каналу. По причине последовательного беспроводного опроса большого количества удаленных объектов с большим количеством параметров, возникает следующая ситуация:

При возникновении аварийной ситуации на объекте диспетчер узнает об этом спустя время, т.е  только в момент следующего обращения к данному объекту.

Особенность:

  • Инициатором связи в данном примере, помимо ДП, может выступать Объект, поэтому, наличие на нём ОВЕН ПЛК обязательно!
  • К объекту подключен один модем (настроенный на Автоподъем)

Связь:

Беспроводное CSD соединение по средствам GSM-связи.

Протокол передачи данных — Modbus ASCII

Объект:

Представляет собой ПЛК100R-L, к которому по интерфейсу RS-485 подключен GSM-модем ОВЕН ПМ01.

ДП:

Представляет собой Персональный компьютер. Для организации связи через CSD-соединение на ПК установлен Modbus OPC/DDE сервер «Lectus».

Данный OPC поддерживает работу с модемом, и позволяет работать, как в режиме Master, так и в режиме Slave.

Для передачи данных, в рамках поставленной задачи, к двум COM-портам ПК подключены два GSM-модема ОВЕН ПМ01: основной для опроса объектов и резервный для отработки от них аварийных сообщений.

Принцип организации связи:

Нормальный режим Отработка аварии
ПК (ДП) – MasterПЛК(объект) – Slave ПК (ДП) – SlaveПЛК (объект) – Master

Через основной модем OPC сервер опрашивает удаленные ПЛК с заданным периодом. После срабатывания аварии (в данном примере – замыкание  входа1) ПЛК, через тот  же самый модем, начинает дозваниваться на аварийный модем ДП ( О том, как сконфигурировать ПЛК и Модем для одновременной работы в режиме «ожидания вызова» и «дозвона», будет рассказано ниже). После дозвона на ДП, ПЛК обменивается необходимыми данными с Lectus, заданное в параметрах модуля «Modem» ПЛК время.

Для организации подобного обмена нужно:

1)     Настроить Modbus OPC/DDE сервер «Lectus»

2)     Сконфигурировать ПЛК

Настройка Modbus OPC/DDE сервер

  1. Перед настройкой OPC, необходимо подключить 2 модема к разным COM-портам компьютера. В данном примере это COM4 для основного и COM1 для аварийного модема.
  2. После подключения порты в OPC необходимо настроить в соответствии с настройками модема (Настройка/COM порт). Для заводских настроек модема ОВЕН ПМ01:

  1. Создать и настроить 2 Modbus узла: Первый как Master, его подключение настраивается в главном окне создания узла, второй как Slave.

Master

Slave


Подключение Slave настраивается в окне открывающимся по нажатию кнопки «Параметры».

В настройках подключения для Master, кроме используемого для этого соединения порта (к которому подключен соответствующий модем) необходимо указать телефонный номер сим-карты, вставленной в модем на опрашиваемом данным узлом объекте. В параметре начальная фаза для разных объектов, желательно указать разную фазу.

  1. Добавить в узлы необходимые переменные и если необходимо подузлы.

Для внеочередного опроса переменных и подузлов текущего узла по команде, а не только по периоду, необходимо в узел добавить переменную POLL. (См. справку Modbus OPC/DDE сервера).

Конфигурирование ПЛК

Особенность конфигурирования ПЛК состоит в следующем:

Порт, к которому подключен модем, опрашивается в ПЛК и в режиме Master и в режиме Slave. Только в случае Slave ПЛК работает с ним, как с обычным портом, а в режиме Master полноценно через встроенный модуль интерфейса Modem.

В случае опроса ПЛК, модем, при входящем звонке, снимает трубку сам и данные через него поступают в порт ПЛК, как по сквозному проводному интерфейсу.

В случае же аварии, ПЛК сам посылает команду дозвона на аварийный модем сервера.

Такое решение обусловлено невозможностью привязки двух модулей Modem к одному порту.

Последовательность действий:

  1. Настроить модем на режим автоподъем трубки.

а) Для прошивок ПЛК выше 2.11.0 это можно сделать, предварительно подключив модем к ПК через Hiper Terminal Windows.

Введя команды:

ATS0=1 Включить автоподъем трубки при входящем звонке
AT&W Записать изменения в модем

б) Для прошивок ПЛК 2.10.5-2.11.0 это делается ТОЛЬКО путем добавления в ПЛК файла строки инициализации extconf.cfg с командой ATS0=1 (есть в архиве с проектом).

  1. Подключить модем к ПЛК
  2. Создать соответствующую конфигурацию ПЛК

 

Гармонические искажения сети частотных преобразователей

Теоретически, питание переменным током представляет собой синусоидальную волну с частотой 50 или 60 Гц. Всё электрооборудование разрабатывается для обеспечения оптимальных характеристик при данном питании.

Гармоники – это частотные составляющие сигналов напряжения и силы тока. Их частота отличается в целое кратное от основной частоты, и их наличие искажает синусоидальную волну.

Силовая электроника, используемая в выпрямителях, частотно-регулируемых приводах, источниках бесперебойного питания, выключателях освещения с регуляторами освещённости, телевизионных системах и в главных ЭВМ другого оборудования, создаёт несинусоидальный ток.

Этот несинусоидальный ток взаимодействует с питанием от сети переменного тока и искажает напряжение в большей или меньшей степени в зависимости от величины питающего напряжения. В целом, чем больше уровень потребляемой мощности коммутационного оборудования на месте эксплуатации, тем больше степень гармонических искажений.

Чрезмерные гармонические искажения в сети питания переменного тока подразумевают, что источник питания обеспечивает ток не только с частотами 50 или 60 Гц, но также гармоники с более высокой частотой. Эти частотные составляющие не могут использоваться электрооборудованием, а неблагоприятные воздействия могут быть достаточно серьёзными и включают в себя:

  • Ограничения питания и использования электрической сети
  • Увеличение потерь
  • Увеличение степени нагрева трансформаторов, электродвигателей и кабелей
  • Уменьшение срока службы оборудования
  • Непреднамеренные остановки с высокими издержками производственного процесса
  • Нарушение нормальной работы системы управления
  • Пульсация и уменьшение двигательного момента
  • Акустический шум

Проще говоря, гармонические искажения снижают надежность, воздействуют на качество изделий и увеличивают эксплуатационные расходы

Существует различное оборудование для уменьшения гармонических искажений, и все подобные устройства имеют свои преимущества и недостатки. Не существует единого решения для всех областей применения и условий эксплуатации электрической сети.

Чтобы добиться оптимального решения по подавлению гармоник, необходимо учитывать несколько параметров. Ключевые параметры можно разделить на четыре группы:

  • Условия эксплуатации электрической сети, включая нагрузки
  • Область применения
  • Соответствие стандартам
  • Стоимость

Самым важным фактором при определении возможности появления гармонических искажений в электрической сети является импеданс системы. Импеданс системы больше всего зависит от мощности трансформатора относительно полной установленной мощности нагрузок. Чем больше трансформатор относительно несинусоидальной мощности, тем меньше гармонических искажений.

Электрическая сеть является взаимосвязанной системой источников электропитания и потребителей электроэнергии, соединённых между собой посредством трансформаторов. Все нагрузки, передающие несинусоидальный ток, способствуют появлению гармонических искажений в электрической сети – не только при низком, но и при высоком напряжении.

При измерении напряжения в сетевой розетке может определяться некоторая степень гармонических искажений. Это относится к гармоническим предыскажениям. Так как не все потребители используют трёхфазный ток, нагрузка на каждой фазе может разной. Это приводит к возникновению различных напряжений на каждой фазе, что вызывает нарушение баланса фаз. Различные решения по уменьшению гармонических искажений имеют различную степень защищённости от предыскажений и дисбаланса, и это необходимо учитывать при выборе наиболее подходящего решения, устраняющего гармонические помехи.

Гармонические искажения усиливаются по мере увеличения мощности, потребляемой нелинейной нагрузкой, поэтому необходимо учитывать количество установленных приводов, их индивидуальные характеристики и диаграммы нагрузок.

Искажение привода определяется общим гармоническим искажением синусоидальности тока (THDi), которое является отношением суммы гармоник к основной частоте.

Нагрузка на каждый привод важна в связи с тем, что искажение THDi увеличивается при неполной нагрузке, при этом приводы слишком большого размера усиливают гармонические искажения в электрической сети.

Помимо этого, необходимо учитывать физические ограничения и ограничения, накладываемые окружающей средой, т.к. различные решения имеют различные характеристики, которые делают их более или менее подходящими для определённых условий.

Необходимо учитывать, к примеру, пространство, охлаждающий воздух (загрязненный), вибрацию, температуру окружающей среды, высоту над уровнем моря, влажность и т.п.

Для обеспечения определённого качества электрической сети большинство энергетических компаний требуют от своих потребителей соблюдения определённых стандартов и рекомендаций.

В различных странах и отраслях промышленности применяются различные стандарты, однако все они имеют одну основную задачу – ограничить искажения напряжения в электрических сетях.

Стандарты зависят от условий эксплуатации электрической сети, и поэтому невозможно гарантировать соблюдение стандартов без знания технических характеристик электрической сети.

Сами стандарты не содержат требований по использованию определённых решений для подавления гармоник, и поэтому важно понимать стандарты и рекомендации для того, чтобы избегать ненужных расходов на оборудование для подавления гармоник. Наконец, необходимо оценить первоначальные затраты и эксплуатационные расходы для того, чтобы обеспечить принятие наиболее экономически эффективного решения.

Первоначальные затраты на различное оборудование по подавлению гармоник применительно к приводам различаются в зависимости от диапазона мощностей. Решение по подавлению гармоник, наиболее эффективное для одного диапазона мощностей, необязательно будет самым экономически эффективным для всего диапазона мощностей.

Эксплуатационные расходы определяются эффективностью решений в области диаграммы нагрузок, а также затратами на техническое обслуживание в течение срока службы этих решений. По сравнению с активными решениями, пассивные решения часто не требуют проведения регулярного технического обслуживания. С другой стороны, активные решения, как правило, поддерживают коэффициент мощности на уровне единицы на протяжении всего диапазона нагрузок, что приводит к лучшей энергоэффективности при неполной нагрузке.

Также необходимо учитывать планы по развитию производства или системы в связи с тем, что одно решение может быть оптимальным для статической системы, в то время как другое решение будет более гибким при расширении системы.

 

Рекуператоры и преобразователи с активным выпрямителем (Active Front End)

Одна из самых заманчивых идей в области сбережения энергии – это возможность использовать энергию, генерируемую в процессе работы двигателя (в режиме генератора) или частотного преобразователя. Энергия вырабатывается потому, что трехфазный индукционный двигатель работает быстрее, чем питающая его сеть; как правило, это происходит при замедлении движения.

В большинстве случаев эта энергия направляется пользователем на тормозные резисторы и превращается в тепло.Возможно, однако, что более выгодно перенаправлять эту энергию обратно в сеть или подводить ее к другим устройствам.

На практике используются два наиболее распространенных решения:

  • распределение нагрузки.
  • объединение по звену постоянного тока.

Для многих преобразователей возможно подключение линии постоянного тока к промежуточным цепям или другим устройствам, что позволяет подводить регенеративную энергию непосредственно к другим устройствам. Однако необходимо принимать во внимание несколько важных органичений. Необходимо убедиться в том, что короткое замыкание на одном из устройств не повредит остальные. Следует также обращать внимание на то, что произойдет в случае одновременного выброса регенеративной энергии всеми соединенными устройствами.

Рекуперация

В модуле частотного преобразователя, ответственного за рекуперацию энергии, используется управляемый выпрямитель, подающий энергию регенерации обратно в сеть. Данный метод применяется преимущественно при работе преобразователя с двигателем. Зачастую энергия, получаемая при рекуперации, меньше потерь, происходящих за счет работы управляемого выпрямителя. Именно в связи с этим регенеративные преобразователи экономичны только при высоких мощностях, причем следует учитывать цикл нагрузки и множество ограничений, например, таких, как частое разъединение.

Перед вложением средств в покупку и установку рекуперационных систем или объединение модулей по звену постоянного тока операторам системы следует провести тщательную проверку ее работы и соответствующие вычисления.

Количество генерируемой энергии зачастую переоценивается. Для правильной оценки экономичности следует точно определить часть рабочего цикла, в которой система работает в регенеративном режиме, а также среднюю энергию торможения системы. В большинстве случаев, как с экономической, так и с экологической точек зрения рекомендуется использование тормозных резисторов, а не энергии, генерируемой в процессе торможения.

 

Использование фильтров в частотных преобразователях

Частотные преобразователи вызывают электромагнитные помехи. Для снижения таких помех частотные преобразователи оснащают фильтром электромагнитных излучений.

Такие фильтры могут быть встроены в устройство или подключены к нему извне. Также возможна комбинация внутренних и внешних фильтров.

Синусоидальные или du/dt фильтры также могут быть использованы для снижения нагрузки на двигатель. Частотные преобразователи работают на высокой частоте переключений, чтобы производить соответствующее напряжение на выходе.

Первым проявлением этого становится тот факт, что напряжение на выходе более не является синусоидальным. В зависимости от длины кабеля и изоляции мотора данное напряжение может повредить изоляцию. Это особенно проблематично при работе со старыми двигателями. Установленные фильтры ограничивают уровень повышения напряжения и амплитуду максимального напряжения и защищают обмотку от перегрева.

Основным преимуществом частотных преобразователей с внешними фильтрами является их цена. Такие устройства дешевле и зачастую являются более компактными, чем устройства со встроенными фильтрами. Недостатком является необходимость в дополнительном пространстве для установки. Кроме того, внешние фильтры всегда приводят к дополнительным потерям.

Это относится как к фильтрам электромагнитных излучений, так и к синусоидальным или du/dt фильтрам. Эти дополнительные потери также следует учитывать при выборе системы охлаждения для шкафа электрооборудования. Потери от преобразователей со встроенными фильтрами обычно включаются производителем в информацию о потерях.

Сравнивая эффективность двух частотных преобразователей, нужно учитывать, оснащены ли они встроенными фильтрами и, если Вы имеете дело с фильтрами электромагнитных излучений, соответствуют ли они одним и тем же стандартам. Если нет, то в случае с преобразователями без фильтров это приведет к снижению общей производительности, увеличению потерь и повышению затрат на электроэнергию.

Попытка снизить затраты путем приобретения фильтров электромагнитных излучений ниже требуемого качества или путем полного отказа от фильтров может привести к значительным расходам на модернизацию, охлаждение и восполнение дополнительных потерь.

 

Системы с переменной нагрузкой в частотном управлении

К системам с переменным крутящим моментом относятся многие насосы и вентиляторы. В случае работы с насосами, однако, следует четко установить ограничения. Большинство самых популярных типов центробежных насосов имеют квадратичную рабочую характеристику, однако эксцентриковые, вакуумные и поршневые насосы имеют постоянную рабочую характеристику.

Количество сфер применения насосов и вентиляторов огромно. Приблизительно 70% всей электроэнергии, потребляемой промышленными предприятиями в странах ЕС, относится к сфере применения электродвигателей. Существенная доля этих затрат (37%) относится к насосам и системам вентиляции. Однако в промышленных, коммерческих и торговых областях по всем странам ЕС эта цифра примерно равна 40%.

Управление скоростью — простой, но весьма эффективный способ снижения энергозатрат при работе с насосами, вентиляторами и компрессорами с переменным крутящим моментом. Экономия энергии равна кубу величины снижения скорости. Такой существенный потенциал делает все системы с переменным моментом идеальными для внедрения энергосберегающих решений.

При контроле скорости работы насосов и вентиляторов, инженерам следует принимать во внимание тот факт, что смена скорости приводит к изменению эксплуатационного режима и, соответственно, изменяет эффективность работы вентиляторов, насосов и компрессоров.

Использование вентиляторов, насосов и компрессоров вместе с частотным преобразователем порождает определенный спектр скоростей, в котором система сохраняет электроэнергию. Именно в этом режиме машина должна проводить большую часть времени работы. В случае, если разница между максимальным входным током и средней работой под частичной нагрузкой слишком велика, следует строить систему каскадно. Инвестиции во внедрение подобных модулей в уже существующие системы быстро окупаются. В случае построения каскада насосов один насос с управляемой скоростью подстраивается под базовую нагрузку. Если потребление возрастает, преобразователь последовательно, один за другим, включает другие насосы каскада. Соответственно, система работает максимально эффективно в любой момент времени. Управление насосами позволяет пользователю быть уверенным в том, что система в любой момент энергетически эффективна. Возможно использование схожих по принципу работы устройств для систем вентиляции.

На большинстве насосов и вентиляторов для регулировки давления или объемного потока используются вентили, дроссели и трехходовые клапаны. В случае, если центробежный насос управляется при помощи дроссельной заслонки, регулирование ее положения приводит к смещению рабочей точки устройства вдоль характеристики насоса. Снижение затрат энергии по сравнению с стандартной рабочей точкой незначительно.

Если скорость работы насоса изменяется, рабочая точка смещается вдоль системной характеристики. Энергозатраты снижаются кубически по сравнению с управлением при помощи дроссельной заслонки. Таким образом, например, на половинной скорости насос потребляет только одну восьмую часть энергии. Эта закономерность действительна для всех вентиляторов и насосов с изменяемым крутящим моментом.

Помимо характеристик насоса и системы, на графике, представленном ниже, указаны также общие пределы эффективности. Можно заметить, что как в случае дроссельного управления, так и в случае работы контроллера скорости рабочая точка перемещается из области оптимальной эффективности. Что касается систем с управлением скоростью, подобное изменение эффективности, очевидно, при взгляде на кривую специфического поглощения энергии (действительна только для выбранного насоса).

При достижении частоты около 32 Гц возникающие дополнительные потери на насосе превышают выгоду от энергосбережения. Соответственно, оптимальная частота эффективной работы системы считается равной 38 Гц. При использовании других методов управления насосом энергетический баланс еще менее выгоден. Опыт показывает, что насосы, вентиляторы и, в особенности, компрессоры зачастую не работают в оптимальном эксплуатационном режиме. Так, например, системы кондиционирования воздуха летом работают при большей нагрузке, чем зимой; но так как система проектируется исходя из максимальной требуемой мощности, существенную часть времени она работает в режиме частичной загрузки. Эти данные уже принимаются во внимание некоторыми производителями вентиляторов, насосов и компрессоров. Устройства создаются таким образом, чтобы оптимальный КПД достигался при коэффициенте подачи около 70%.

 

Частотный преобразователь для систем с постоянным моментом

Системы с постоянным крутящим моментом характеризуются незначительным изменением нагрузки при изменении скорости. Их примером являются конвейеры, подъемное оборудование и устройства для смешивания.

Так, например, вес ленты, а часто и груза на ленте конвейера не изменяется в зависимости от скорости движения ленты. Крутящий момент, необходимый для его перемещения, всегда постоянен. Несмотря на то, что моменты трения и ускорения будут изменяться в зависимости от состояния системы, требуемый момент по нагрузке остается в целом постоянным.

Энергетические требования такой системы пропорциональны требуемому моменту и скорости движения. Основным инструментом снижения затрат на электроэнергию в такой системе является прямое снижение скорости при постоянной нагрузке. Часто количество товара, предназначенного для транспортировки на конвейере, не постоянно. Изменение скорости работы конвейера в зависимости от количества товара, требующего транспортировки, не только позволяет обрабатывать поток товара без задержек, но и обеспечивает снижение энергетических требований системы.

Даже если изменение скорости работы конвейера невозможно или нежелательно, многие современные частотные преобразователи обеспечивают некоторое снижение энергозатрат путем регулирования выходного напряжения мотора в зависимости от нагрузки. Таким образом, к примеру, частотный преобразователь, подключенный к 400 В двигателю, находящемуся в режиме ожидания, будет подавать ток с параметрами 380 В, 50 Гц. При повышении нагрузки выходное напряжение повышается соответственно.

Преимущества такого типа управления прямо зависят от качества преобразователя. Снижение энергозатрат, достигаемое за счет описанных здесь функций частотного преобразователя, не всегда оправдывает инвестиций в его покупку напрямую. Но в совокупности с другими преимуществами преобразователей частоты (легкость синхронизации при использовании нескольких двигателей, удобство наладки и переналадки и т.д.) их использование в конечным счете становится экономически оправданным.