Интеллектуальные системы управления двигателями: как они повышают энергоэффективность, здоровье двигателей и профилактическое обслуживание

Двигатель может работать надежно и при этом тратить энергию. Он может работать на полной скорости, когда процессу требуется только частичная мощность, оставаться включенным в периоды простоя или потреблять больше энергии с течением времени из-за механических или технологических проблем. В то же время многие предприятия собирают данные о токе, напряжении, неисправностях и времени работы, не превращая эту информацию в полезные решения по техническому обслуживанию или управлению.

В этом и заключается реальная ценность интеллектуальных систем управления двигателем. «Смарт» сам по себе не экономит энергию. Экономия и повышение надежности достигаются за счет измерения того, что делают двигатель и технологический процесс, принятия правильных решений по управлению и изменения рабочего поведения, когда это необходимо.

В данном руководстве основное внимание уделяется этой практической цепочке: данные двигателя, диагностика, управляющие действия, результат энергопотребления или надежности и, наконец, окупаемость инвестиций.

Что на самом деле означает «умное управление двигателем»?

Интеллектуальное управление двигателем лучше понимать как группу возможностей, чем как одну универсальную категорию продуктов. В зависимости от применения система может использовать интеллектуальный плавный пускатель,частотно-регулируемый привод (ЧРП), интеллектуальное устройство управления двигателем или их комбинацию с ПЛК и ЧМИ.

Интеллектуальное устройство плавного пуска в основном управляет пуском и остановкой. Это может уменьшить пусковой ток и механические удары, а многие модели оснащены защитой от перегрузки, диагностикой, информацией о событиях и связью. Однако, как только двигатель достигает рабочей скорости, он обычно работает на сетевой частоте. Снижение пускового тока не следует автоматически рассматривать как годовую экономию рабочей энергии.

Частотно-регулируемый привод управляет выходной частотой и напряжением, поэтому он может регулировать скорость двигателя во время нормальной работы. Это важное отличие дляэнергетические приложения. Если насосу, вентилятору, конвейеру или процессу не требуется постоянная полная мощность, ЧРП может изменить рабочую точку двигателя в соответствии с фактической потребностью.

Интеллектуальное устройство управления двигателем может уделять меньше внимания скорости, а больше — защите, текущим и температурным данным, часам работы, истории неисправностей и видимости сети. Например, для конвейера с фиксированной-скоростью более точная информация о перегрузках и неисправностях может быть более ценной, чем информация о переменной скорости.

Терминология может сбивать с толку, поскольку производители не всегда используют «умный контроллер двигателя» одинаково. Выбирайте по функции, а не по слову «умный». Если вам нужно более глубокое сравнение устройств, см. нашИнтеллектуальный контроллер двигателя и традиционный пускатель: различия, применение и руководство по выбору.

Откуда на самом деле берутся отходы моторной энергии

Прежде чем выбирать контроллер, определите, где энергия тратится впустую.

Работает быстрее, чем требует процесс

Распространенными примерами являются насосы и вентиляторы с переменным-потреблением. Двигатель может работать на полной скорости, в то время как клапан или демпфер ограничивают выходную мощность. В процесс поступает меньший поток, но двигатель по-прежнему работает с той же заданной скоростью. Если процесс допускает переменное-управление скоростью, изменение скорости двигателя может быть более эффективным, чем создание избыточной мощности и ее последующее ограничение.

Негабаритные или недогруженные двигатели

Мощность, указанная на паспортной табличке, указывает номинальную мощность двигателя, а не фактическую нагрузку в течение каждого часа работы. Двигатель, который большую часть своей жизни проводит с небольшой нагрузкой, возможно, заслуживает более внимательного рассмотрения. Ток, мощность, производительность и профиль нагрузки следует оценивать вместе, прежде чем принимать решение о целесообразности изменения размеров или управления.

Ненужные часы работы

Не каждая экономия требует VFD. Неработающий конвейер, резервный насос или вентилятор могут просто работать дольше, чем необходимо. Планирование ПЛК, разрешения, блокировки и логика требований могут исключить ненужное время выполнения. На некоторых заводах лучшим действием по контролю энергопотребления является просто остановка оборудования, когда процесс в нем не нуждается.

Механические или технологические проблемы

Трение подшипников, блокировка, несоосность или увеличение технологического сопротивления могут привести к увеличению тока или мощности двигателя при той же производительности. Более высокие показания не указывают на конкретную механическую неисправность, но повторяющаяся тенденция при сопоставимых условиях эксплуатации является поводом для расследования.

Какие функции интеллектуального двигателя напрямую экономят энергию?

Одно из наиболее важных различий заключается между функцией, которая изменяет потребление энергии, и функцией, которая только предоставляет информацию.

Функции прямого энергосбережения-изменяют работу машины. Примеры включают в себя переменное-управление скоростью, управление-по требованию, автоматическое планирование и контроль давления, расхода или температуры в замкнутом-контуре.

Рассмотрим насос с-регулированием давления. Датчик измеряет давление, ПЛК сравнивает его с требуемым заданным значением, а ЧРП изменяет скорость двигателя. Таким образом, более низкий спрос может привести к снижению скорости вместо продолжения работы на полной-скорости. Экономия происходит за счет изменения условий эксплуатации, а не за счет добавления сетевого подключения или дисплея.

Косвенные функции включают мониторинг тока, мониторинг нагрузки, историю неисправностей, анализ тенденций производительности и мониторинг состояния. Эти функции могут выявить проблему, но кто-то или что-то должно действовать на основе информации. Если мониторинг выявит ненужное время работы и изменится логика управления, можно сэкономить энергию. Если одни и те же данные собираются и игнорируются, потребление не меняется.

Другие функции включают в себя функции. Связь, ЖК-дисплей, удаленное управление микропрограммным обеспечением и подключение к облаку могут упростить интеграцию и обслуживание системы, но сами по себе они не являются механизмами-сбережения энергии.

Это различие также предотвращает нереалистичные заявления об энергетике. Результат зависит от типа нагрузки, существующего метода управления, часов работы и фактической потребности процесса.

Как интеллектуальное управление двигателем улучшает его здоровье

Те же данные, которые используются для анализа энергопотребления, также могут помочь бригадам технического обслуживания понять состояние двигателя.

Тенденции тока и нагрузки могут указывать на устойчивую перегрузку или изменение механической нагрузки. Мониторинг напряжения может выявить пониженное напряжение, повышенное напряжение, дисбаланс фаз или потерю фазы. Информация о температуре может показать, накапливает ли двигатель чрезмерную тепловую нагрузку, но температуру всегда следует интерпретировать вместе с нагрузкой, условиями окружающей среды и охлаждением.

История неисправностей особенно полезна, когда одна и та же поездка повторяется в аналогичных условиях. Одиночное отключение по перегрузке может быть изолированным событием. Повторяющиеся отключения при перегрузке во время высокой производительности могут указывать на калибровочную, технологическую или механическую проблему, которая требует изучения первопричины.

Часы работы, запуски, остановки и рабочий цикл также улучшают планирование технического обслуживания. Они помогают командам перейти от календарных-только интервалов обслуживания к техническому обслуживанию, основанному на фактическом использовании оборудования.

От данных двигателя к профилактическому техническому обслуживанию

Сбор данных не является профилактическим обслуживанием. Практический рабочий процесс таков: собрать данные, установить базовый уровень, обнаружить отклонения, расставить приоритеты и действовать.

Начните с данных, которые могут поддержать решение. Полезные входные данные могут включать ток, напряжение, мощность, температуру, нагрузку, часы работы, запуски и остановки, а также историю отключений. Больше данных не означает автоматически лучше, если никто не знает, какое решение они должны поддерживать.

Затем установите нормальный базовый уровень. Значение 30 А не является автоматически здоровым или нездоровым. Его необходимо сравнить с нормальным диапазоном работы двигателя при аналогичной нагрузке, скорости и производственных условиях. Сравнение полностью загруженного конвейера с неработающим конвейером может привести к ложным срабатываниям сигнализации, даже если оба показания технически верны.

Затем обратите внимание на два типа изменений: внезапные отклонения и постепенные тенденции. Внезапное увеличение тока может оправдать немедленную проверку. Постепенное повышение в течение нескольких недель при аналогичных производственных условиях может быть более полезным для планирования технического обслуживания до поездки.

Наконец, превратите сигналы тревоги в действия. У каждого важного сигнала тревоги должен быть уровень серьезности, владелец, определенная проверка и условие закрытия. Больше сигналов тревоги не приводит к лучшему обслуживанию. Действующие сигналы тревоги.

Как ЧРП, ПЛК и HMI работают вместе

Полезная интеллектуальная архитектура управления двигателем разделяет управление, принятие решений и обзорность.

ЧРПэто уровень управления двигателем. Он получает команды и управляет скоростью или крутящим моментом, предоставляя при этом данные о работе и неисправностях.

ПЛКэто уровень принятия решений. Он считывает входные данные процесса, сравнивает их с заданными значениями, выполняет блокировки и последовательности, а затем отправляет команды приводу или контроллеру двигателя.

ЧМИили система SCADAэто слой видимости. Оно предоставляет операторам доступ к состоянию, тенденциям, сигналам тревоги, заданным значениям и истории неисправностей.

Промышленные сети, такие как PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP и PROFIBUS, позволяют командам, состоянию и диагностике перемещаться между этими устройствами. Выбор протокола имеет значение, поскольку технически подходящий привод все равно может оказаться неудачной модификацией, если он не соответствует установленному ПЛК, сети, коммуникационному модулю или требуемым точкам передачи данных.

При выборе продукции этот раздел является естественным местом для знакомства читателей с CHENTUO.ЧРП, ПЛК, иЧМИкатегории. Цель не состоит в том, чтобы выбрать три продукта независимо друг от друга. Это подтверждение того, что устройства могут работать как одна система управления.

Где интеллектуальное управление двигателем приносит наибольшую пользу

Само по себе имя машины не определяет целесообразность обновления. Операционный профиль имеет большее значение.

Насосы:Системы с регулируемым -расходом или давлением- являются сильными кандидатами на управление ЧРП, когда потребность меняется во время работы. Насосу с постоянным-расходом, у которого есть только проблемы с запуском, вместо этого может потребоваться устройство плавного пуска.

Вентиляторы и система отопления, вентиляции и кондиционирования:Когда поток воздуха или давление меняются в зависимости от температуры, присутствия людей или технологических потребностей, управление скоростью может оказаться более эффективным, чем работа на полной-скорости с ограничением заслонки.

Конвейеры:Энергия, возможно, не является основным преимуществом. Контролируемое ускорение, переменная скорость производства, обнаружение застреваний, контроль перегрузки и последовательность могут иметь большее значение.

Компрессоры:Прежде чем применять регулирование-скорости, оцените требуемое давление, режим нагрузки и разгрузки, минимальные эксплуатационные ограничения и конкретную конструкцию компрессора.

Смесители и технологическое оборудование:Требования к рецепту, крутящему моменту и скорости могут оправдать регулируемое управление, когда разные продукты или этапы процесса требуют разных условий эксплуатации.

Поэтому правильный вопрос не в том, «Использует ли эта машина двигатель?» Это «Что меняется во время нормальной работы и какая управляющая переменная должна реагировать?»

Как рассчитать, стоит ли обновление

Начните с измеренной базовой линии. Запишите номинальную мощность двигателя, среднюю измеренную мощность, часы работы, профиль нагрузки, тариф на электроэнергию, историю технического обслуживания и соответствующее время простоя. Не считайте паспортную мощность в кВт фактической рабочей мощностью.

Простой годовой расчет энергии может начаться с:

Годовая экономия затрат на электроэнергию=(существующая средняя входная мощность − новая средняя входная мощность) × годовые часы работы × тариф на электроэнергию

Любой пример следует рассматривать как иллюстративный, поскольку фактические результаты зависят от приложения.

Затем осторожно добавьте другие преимущества. Экономия на обслуживании и предотвращение простоев могут быть важны, но их труднее проверить, чем стоимость электроэнергии. Используйте консервативные предположения, а не приписывайте каждой возможной будущей неудаче денежную экономию.

Для первоначального финансового экрана:

Простая окупаемость=Дополнительная стоимость проекта ÷ Годовая подтвержденная прибыль

Дополнительные затраты на проект должны включать в себя не только контроллер. Рассмотрите возможность замены панелей, защиты, проектирования, программирования, коммуникационного оборудования, ввода в эксплуатацию, а также любых изменений в системе охлаждения или установки.

Распространенные ошибки рентабельности инвестиций включают использование нереалистичного профиля нагрузки, предположение, что номинальная мощность двигателя равна фактической мощности, игнорирование минимальной скорости процесса и предположение, что каждое приложение VFD экономит один и тот же процент.

Контрольный список модернизации перед обновлением

Прежде чем выбирать интеллектуальную систему управления двигателем, соберите достаточно информации для описания приложения, а не только двигателя.

Данные двигателя:Фотография паспортной таблички, напряжение, ток полной-нагрузки, кВт или л.с., частота, частота вращения, режим работы и тип двигателя.

Загрузить данные:насос, вентилятор, конвейер, компрессор, смеситель или другой тип машины, а также пусковой момент, требуемый диапазон скоростей, изменение нагрузки, количество пусков в час и часы работы.

Электрическая система:напряжение и частота питания, защита на входе, заземление, пространство для панели, вентиляция, условия окружающей среды и требования к корпусу.

Система автоматизации:Марка и модель ПЛК, HMI или SCADA, доступный ввод-вывод, существующий протокол связи и сетевая архитектура.

Данные и доступ:необходимые точки диагностики, правила удаленного доступа, права пользователя, политика встроенного ПО, требования к резервному копированию и владение данными.

Четкая фотография паспортной таблички плюс точное описание того, что делает нагрузка во время обычной смены, обычно более полезны, чем сообщение, в котором говорится только «двигатель 30 кВт».

Когда интеллектуальное управление двигателем может не стоить вложений

Увеличение интеллекта не означает автоматически лучшее инженерное решение.

Модернизация может иметь ограниченную ценность, если у двигателя мало часов работы, нагрузка действительно фиксирована, существующий пускатель уже обеспечивает адекватную защиту и нет полезных изменений скорости или процесса. Также может быть трудно обосновать, когда изменения в панели и интеграции являются дорогостоящими или когда завод будет собирать новые данные, но не планирует их использовать.

Сначала оцените проблему. Если требованием является только надежный запуск и остановка с фиксированной-скоростью, более простое решение может оказаться правильным.

Окончательное решение: начните с проблемы двигателя, а не продукта

Используйте четыре шага:

• Определите проблему:энергия, запуск, надежность, мониторинг или управление процессом.
• Измерьте существующее поведение:использовать оперативные данные, а не предположения.
• Выберите необходимую возможность:пускатель, интеллектуальное устройство плавного пуска, ЧРП, управление двигателем или интеграция ПЛК/ЧМИ.
• Проверьте результат:сравнить реальные данные по энергопотреблению, процессам и техническому обслуживанию после внесения изменений.

Если вы оцениваете модернизацию или новое приложение для управления двигателем,ЧЕНТУОможет помочь вам сузить класс продукта и конфигурацию автоматизации. Начните с паспортной таблички двигателя, типа нагрузки, часов работы, требуемого диапазона скоростей, модели контроллера тока или ЧРП, марки ПЛК, требований к связи и количества.

Часто задаваемые вопросы

 

 

Действительно ли интеллектуальные контроллеры двигателей экономят энергию?

Некоторые делают это напрямую, а другие поддерживают только оптимизацию энергопотребления. ЧРП может напрямую снизить потребление, когда изменение скорости двигателя снижает потребность в процессе. Мониторинг, регистрация неисправностей и коммуникация являются косвенными инструментами, поскольку экономия происходит только после того, как данные приводят к операционным изменениям.

Является ли интеллектуальный контроллер двигателя тем же, что и VFD?

Нет. «Интеллектуальный контроллер двигателя» может относиться к различным типам интеллектуальных устройств управления двигателем. ЧРП специально контролирует выходную частоту и напряжение для непрерывного управления скоростью. Подробное сравнение смотрите в нашемУмный контроллер двигателя против традиционного стартерагид.

Какие приложения двигателя больше всего выигрывают от регулирования переменной-скорости?

Лучшей отправной точкой являются приложения со значительным изменением спроса, особенно насосы с переменным-расходом, вентиляторы, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, а также процессы, в которых скорость производства меняется. Нагрузки с фиксированной-скоростью без каких-либо полезных изменений могут мало выиграть от контроля скорости.

Какие параметры двигателя следует контролировать для профилактического обслуживания?

Общие параметры включают ток, напряжение, мощность, тепловое состояние, время работы, запуски и остановки, а также историю отключений. Наиболее полезным параметром является тот, который можно сравнить с базовым уровнем нормальной эксплуатации и связать с действиями по техническому обслуживанию.

Можно ли дооснастить существующую моторную систему интеллектуальным управлением?

Часто да, но это не только замена контроллера. Перед выбором оборудования проверьте данные двигателя, поведение нагрузки, питание, защиту, пространство на панели, охлаждение, интеграцию ПЛК и ЧМИ, протоколы связи и требования к вводу в эксплуатацию.

Какую информацию я должен предоставить при выборе ЧРП или контроллера двигателя?

Предоставьте фотографию паспортной таблички двигателя, напряжение, ток полной-нагрузки, кВт или л.с., тип нагрузки, часы работы, требуемый диапазон скоростей, существующую модель контроллера или частотно-регулируемого привода, марку ПЛК/ЧМИ, протокол связи, количество и пункт назначения. Это дает поставщику достаточно контекста, чтобы начать осмысленный выбор, а не гадать только по мощности двигателя.

Бесплатная консультация