AUTOMATYKA: Zmień system sterowania
LEROY-SOMER i FLOWSERVE. Jak poprawić efektywność w układach automatyki? Warto przyjrzeć się jak zmiana systemu sterowania pozwala osiągnąć optymalizację procesu i korzyści ekonomiczne.
Firma SEMEA zajmująca się uzdatnianiem i dystrybucją wody osiągnęła zwrot z inwestycji po 14 miesiącach od wymiany instalacji pomp na produkty firm LEROY-SOMER i FLOWSERVE. Jako produkty o małym zakresie zmian prędkości przepływu, a w pierwszej fazie po instalacji pracujące ze stałą prędkością, dawały niewielki potencjał w zakresie oszczędności energii. Tym bardziej więc stanowią dobry przykład pokazujący, że zmiana systemu sterowania pozwala w rezultacie osiągnąć korzyści ekonomiczne.
SEMEA zatrudnia 45 osób i zarządza systemem uzdatniania i dystrybucji wody w konurbacji Angouleme obejmującej 16 miejscowości i liczącej 110 tys. mieszkańców. Firma zdecydowała się na wymianę systemu składającego się z dwóch silników i pompy, zainstalowanego na wieży ciśnień o pojemności 4000 m3 w Ruelle on Touvre. Skonsultowano się w tym celu z producentem systemów napędowych Leroy-Somer i producentem pomp FLOWSERVE, którzy zasugerowali zastosowanie rozwiązań energooszczędnych.
System sterowania
Didier HEISSAT, menadżer sprzedaży oddziału FLOWSERVE w Nantes wyjaśnia »W pierwszym etapie przeprowadziliśmy wraz z LEROY-SOMER analizę. Chcieliśmy się upewnić, że jesteśmy w stanie przeprowadzić optymalizację systemu hydrauliki zgodnie z charakterystyką pompy. Każda instalacja hydrauliczna pracuje inaczej w zależności od zastosowanego napędu pompy, rodzaju zaworów i strat ciśnienia w rurach. Aby zwiększyć sprawność energetyczną niezbędne jest zastosowanie pompy, której charakterystyka nie jest zbyt płaska. W przypadku SEMEA mieliśmy szerokie pole do działania, nawet jeśli w początkowym okresie po modernizacji zwiększenie sprawności nie wydawało się znaczące. Po przeprowadzonej analizie zdecydowaliśmy się na zastosowanie nowej pompy o większej sprawności. Wybraliśmy model 300LNN600 z rozdzielnym korpusem, stanowiący część naszej oferty pomp eco. Jest to pompa o wydajności od 500 do 1100 m3/h. Dobraliśmy prędkość obrotową silnika optymalną dla tego typu pompy i całej instalacji».
»Ze swojej strony, firma LEROY-SOMER wymieniła dwa dotychczasowe silniki na pojedynczy silnik synchroniczny z magnesem stałym PLSRPM 315 o mocy znamionowej 350 KW i prędkości obrotowej 1500 rpm. Zdecydowaliśmy się również na zastosowanie układu sterowania na bazie falownika POWERDRIVE MDS 470T najlepiej sprawdzającego się w instalacjach ze zmienną prędkością przepływu, pomimo że w przypadku SEMEA prędkość przepływu jest przez większość czasu ustabilizowana. Konfigurację tę zastosowano w oparciu o przeprowadzone analizy i symulacje. Równolegle, prowadziliśmy wraz z FLOWSERVE testy pozwalające ustalić optymalny punkt sprawności pompy», wyjaśnia Pierre-Emmanuel Sarre, prezes oddziału systemów napędowych.
Po zaprezentowaniu wyników symulacji, SEMEA zdecydowała się na zastosowanie proponowanego systemu sterowania: »Z jednej strony mieliśmy okazję do wymiany urządzeń o kończącym się cyklu eksploatacji. Z drugiej strony, z przyczyn środowiskowych i ekonomicznych preferowaliśmy rozwiązania bardziej zoptymalizowane, nawet jeśli w wyniku przeprowadzonej modernizacji rezultaty miałyby być widoczne dopiero po dłuższym okresie czasu. Osiągnęliśmy 10-procentową redukcję poboru mocy. Ponadto, nowa pompa zapewniająca większą o 15% prędkość przepływu pozwoliła skrócić do 8 godzin czas korzystania z taryfy nocnej. Zyskaliśmy 2 godziny czasu pracy pompy według taryfy dziennej. Podsumowując, całkowity koszt związany z wymianą systemu zostanie zamortyzowany w okresie 14 miesięcy. Uważam to za sukces. Rozważamy wykonanie podobnych modernizacji również dla innych maszyn», powiedział Michel LABET, menadżer produkcji w SEMEA.
Optymalizacja w automatyce
Optymalizacja poboru mocy jest priorytetem działalności LEROY-SOMER. Pierre-Emmanuel Sarre wyjaśnia: »Zalety zarówno ekonomiczne, jak i środowiskowe są znaczące: uzyskanie zgodności ze standardami, redukcja emisji CO2 i oczywiście zmniejszenie zużycia energii. W ciągu 10 lat, 95% całkowitego kosztu generowanego przez system napędowy stanowi zużycie energii. Koszty zakupu urządzeń i utrzymania stanowią odpowiednio 2% i 3% wydatków. Każdy przypadek jest szczególny, a procent potencjalnych oszczędności jest w każdym przypadku inny. Naszym zadaniem jest analiza możliwości uzyskania zwrotu z inwestycji poniesionej przez klienta. Korzystamy tu z unikalnych narzędzi programowych i mamy dużą wiedzę w tej dziedzinie».
>>Sterowanie silnikami krokowymi. Będziesz wiedział wszystko
»Mocno angażujemy się w ten obszar działalności. Utworzyliśmy nawet markę "drive systems energy optimisation expert» dla partnerów naszego centrum serwisowego. Wykonują oni pomiary w instalacjach, proponują zakres prac modernizacyjnych, realizują je i nadzorują. Prowadzimy też doradztwo w realizowanych inwestycjach w ramach programu oszczędności energii», podsumowuje Pierre-Emmanuel Sarre.
Serwis bazuje na rozwiązaniach technicznych LEROY-SOMER: silnikach standardowych i silnikach z reduktorami mechanicznymi o stałej prędkości obrotowej i dużej sprawności oraz silnikach o zmiennej prędkości obrotowej produkowanych na zakres mocy znamionowych do 2800 KW. Cechą wyróżniającą silniki LEROY-SOMER jest między innymi łatwość programowania.
»Zaletą silnika o zmiennej prędkości obrotowej jest możliwość dostosowania jego prędkości do rzeczywistych wymogów aplikacji. W systemach hydraulicznych o zmiennej prędkości przepływu okazuje się on często elementem pozwalającym w największym stopniu zredukować koszt pobieranej energii», mówi Pierre-Emmanuel Sarre.
»To najprostszy przypadek z którym mamy do czynienia. Jednak nie zawsze wystarcza zastosowanie silnika o zmiennej prędkości obrotowej, ponieważ sam falownik sterujący jego pracą może zwiększyć pobór mocy do 3%. Niemniej jednak, spośród wszystkich przeanalizowanych przeze mnie instalacji w co drugiej zmiana systemu sterowania może przynieść korzyści ekonomiczne», wyjaśnia Didier HEISSAT.
Sprzęt zainstalowany przez LEROY-SOMER stanowi część oferty Dyneo, łączącej technologie stosowane w silnikach o stałej i zmiennej prędkości obrotowej. Silniki Dyneo pozwalają na osiągnięcie bardzo dużej sprawności, powyżej wymogów standardu IE3 w szerokim zakresie prędkości obrotowych. Zapewniają bardzo szybki zwrot z inwestycji. Charakteryzują się kompaktową konstrukcją, łatwą integracją i zakresem prędkości obrotowych do 5500 rpm.
Technologia silników synchronicznych z magnesem stałym zapewnia dużą sprawności energetyczną. W odróżnieniu od silników indukcyjnych AC, pole magnetyczne silnika Dyneo nie jest wytwarzane przez stojan, lecz przez zestaw magnesów stałych umieszczonych na wirniku. W silniku asynchronicznym liczba obrotów wirnika jest mniejsza od częstotliwości stojana. W silniku z magnesem stałym pole magnetyczne pozostaje w synchronizacji z częstotliwością wirnika. Podczas, gdy straty wirnika silnika asynchronicznego reprezentują blisko jedną trzecią ogólnych strat, straty wirnika silnika Dyneo są pomijalne.
»LEROY-SOMER rozwija technologię silników z magnesem stałym od wielu lat, dzięki czemu posiadamy obecnie w ofercie szeroki zakres modeli o mocy znamionowej od 0,75 KW do 600 KW i prędkości obrotowej od 375 do 5500 rpm», podsumowuje Pierre-Emmanuel Sarre.