Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt die Anwendung von Delta-Frequenzumrichtern in Kombination mit SPS und HMI in zentralen Klimaanlagen für Wasserpumpen und Ventilatoren. Er erläutert detailliert das Nachrüstkonzept für die Frequenzumrichter, die Energieeinsparung und das Überwachungssystem für die Wasserpumpen und Ventilatoren der zentralen Klimaanlage. Der Artikel enthält außerdem das Schaltbild der Frequenzumrichter-Nachrüstung, das Hardware-Strukturdiagramm des Frequenzumrichter-Überwachungssystems, das HMI-Bildschirmdiagramm, die Systemsteuerungsmethode und das Programmablaufdiagramm. Schlüsselwörter: Frequenzumrichter, SPS, HMI, RS-485-Seriellkommunikation, zentrale Klimaanlage . I. Einleitung: Unser Unternehmen ist ein Pharmaunternehmen, das hauptsächlich Hepatitis-B-Impfstoffe herstellt. Eine Reinraum-Klimaanlage sorgt für eine saubere Umgebung in der Produktionshalle und gewährleistet, dass Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druckdifferenz in jedem Raum den Anforderungen der nationalen GMP-Richtlinien entsprechen. Aufgrund saisonaler und tageszeitlicher Schwankungen ändert sich der Luftstrombedarf in den einzelnen Räumen der Produktionshalle erheblich. Der Luft- und Wasserdurchfluss der Wasserpumpen und Ventilatoren wird manuell über Dämpfer und Drosselventile reguliert. Bei sinkendem Bedarf an Luft- und Wasserdurchfluss verringert sich die Öffnung der Klappen und Ventile; bei steigendem Bedarf erhöht sich die Öffnung. Diese einfache und leicht umsetzbare Regelungsmethode ist zwar Standard, führt aber zu erhöhten Verlusten im Leitungsnetz und einem signifikanten Energieverbrauch der Klappen und Ventile. Im Normalbetrieb sind die meisten Klappen und Ventile dieser zentralen Klimaanlage zu 50–60 % geöffnet. Dies deutet darauf hin, dass die Auslegungskapazität der vorhandenen Pumpen und Ventilatoren deutlich über dem tatsächlichen Bedarf liegt, was zu einer Überdimensionierung der Motoren für geringe Lasten und damit zu einer hohen Energieverschwendung führt. Dank der rasanten Entwicklung in den Bereichen Energie, Elektronik und Computertechnik hat sich die Frequenzumrichtertechnologie in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Daher haben wir im Rahmen von Energiesparmaßnahmen 19 Frequenzumrichter an den Pumpen und Ventilatoren der zentralen Klimaanlage unseres Unternehmens installiert. Aufgrund der großen Anzahl verteilter Wasserpumpen und Ventilatoren wurde zur Entlastung des Wartungspersonals und zur zeitnahen Erfassung des Betriebszustands sowie zur Fehlerbehebung ein Frequenzumrichter-Überwachungssystem in der zentralen Überwachungszentrale installiert. Dieses System kommuniziert über eine SPS-Anwendung und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle mit den Frequenzumrichtern. So kann das Wartungspersonal die Frequenzwerte direkt über die Schnittstelle einstellen, die Frequenzumrichter starten und stoppen sowie Stromstärke, Spannung und Frequenz der Wasserpumpen- und Ventilatormotoren in Echtzeit überwachen. Zudem stehen Alarmfunktionen zur Verfügung. II. Nachrüstung der zentralen Klimaanlage mit Frequenzumrichtern für Wasserpumpen und Ventilatoren 1. Anlagenzustand vor der Nachrüstung (1) Anlagenzustand der Klimaanlage im Gebäudebereich ① Die Kälteanlage ist eine Hitachi-Anlage; insgesamt sind drei Einheiten vorhanden. ② Kaltwasserpumpe: 11 kW, 4 Einheiten mit 2-poligem Volldruckanlauf, Förderhöhe 30 m, Auslauftemperatur 6 °C, Rücklauftemperatur 10 °C, Auslaufdruck 0,35 MPa, Nennstrom je Motor 21,8 A, Betriebsstrom 16,6 A. Im Normalbetrieb sind zwei Einheiten in Betrieb, zwei befinden sich im Standby-Modus. ③ Kühlpumpen: 15 kW, 4 Einheiten mit 2-poligem Volldruckanlauf, Förderhöhe 30 m, Auslauftemperatur 32,5 °C, Rücklauftemperatur 28,2 °C, Auslaufdruck 0,38 MPa, Nennstrom je Motor 29,9 A, Betriebsstrom 18,0 A. Im Normalbetrieb sind zwei Einheiten in Betrieb, zwei befinden sich im Standby-Modus. (2) Klimaanlage im Klimaraum im zweiten Obergeschoss: ① Kälteanlage: Hitachi-Anlage, insgesamt zwei Einheiten. ② Kaltwasserpumpen: 15 kW, 3 Einheiten mit 2-poligem Volldruckanlauf, Förderhöhe 30 m, Auslauftemperatur 6,1 °C, Rücklauftemperatur 9,8 °C, Auslaufdruck 0,36 MPa, Nennstrom je Motor 29,9 A, Normalstrom 21 A. Im Normalbetrieb ist eine Einheit in Betrieb, die anderen beiden befinden sich im Standby-Modus. ③ Kühlpumpe: 15 kW, 3 Einheiten mit 2-poligem Volldruckanlauf, Förderhöhe 30 m, Auslauftemperatur 31,8 °C, Rücklauftemperatur 27,7 °C, Auslaufdruck 0,41 MPa, Nennstrom je Motor 29,9 A, Normalstrom 20,6 A. Unter normalen Umständen ist eine Einheit in Betrieb und zwei Einheiten befinden sich im Standby-Modus. (3) Klimatisierungsanlage im separaten Klimaraum: ① Die Kälteanlage ist eine Hitachi-Anlage, insgesamt zwei Einheiten. ② Kaltwasserpumpe: 15 kW, 3 Einheiten mit 2-poligem Volldruckanlauf, Förderhöhe 30 m, Auslauftemperatur 5,8 °C, Rücklauftemperatur 9,3 °C, Auslaufdruck 0,38 MPa, Nennstrom jedes Motors 29,9 A, Normalbetriebsstrom 20,2 A. Unter normalen Umständen sind zwei Einheiten in Betrieb und eine Einheit im Standby-Modus. ③ Kühlpumpe: 15 kW, 3 Einheiten mit 2-poligem Volldruckanlauf, Förderhöhe 30 m, Auslaufwassertemperatur 31,6 °C, Rücklaufwassertemperatur 27,3 °C, Auslaufwasserdruck 0,40 MPa, Nennstrom pro Motor 29,9 A, Normalstrom 21,2 A. Im Normalbetrieb sind zwei Einheiten in Betrieb, eine befindet sich im Standby-Modus. (4) Das Unternehmen verfügt über insgesamt 13 Klimaanlagen. ① 7 Klimaanlagen in der Gen-Abteilung, darunter 3 Lüftermotoren à 22 kW, 2 Lüftermotoren à 11 kW sowie je ein Lüftermotor à 15 kW und 18,5 kW. ② 3 Klimaanlagen im ehemaligen zweiten Obergeschoss, darunter 2 Lüftermotoren à 15 kW und 1 Lüftermotor à 11 kW. ③ Drei Klimaanlagen in der Qualitätsprüfungsabteilung, darunter zwei 11-kW- und ein 7,5-kW-Lüftermotor. 2. Nachrüstung mit Pumpen-Frequenzumrichtern: Da die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Auslasswasser der Kaltwasser- und Kühlwasserpumpe weniger als 5 °C beträgt, weisen die Durchflussmengen von Kaltwasser und Kühlwasser eine Sicherheitsreserve auf. Zudem liegt der normale Betriebsstrom der Motoren unter dem Nennstrom (5–12 A), was eindeutig auf das Phänomen „Motoren mit geringer Last“ hinweist. Daher wurde für jedes Kaltwasser- und Kühlwassersystem im Genbereich ein 1:3-Antriebssystem mit jeweils einem Delta VFD-P11KW- und einem Delta VFD-P15KW-Frequenzumrichter implementiert (siehe Abbildung 1). Bei Bedarf steuert PLC1 die drei Kaltwasserpumpen und die drei Kühlwasserpumpen abwechselnd (wobei ein Frequenzumrichter jeweils nur einen Pumpenmotor ansteuern kann). Dies ermöglicht eine flexible, komfortable, zeitgerechte und bedarfsgerechte automatische Regelung der Kaltwasser- und Kühlwasserdurchflüsse. Ebenso werden die Kaltwasser- und Kühlwassersysteme der Klimaanlage und der Verpackungsanlage im zweiten Stock jeweils von einem Delta VFD-P15KW-Wechselrichter angetrieben. Die Regelungsmethode entspricht derjenigen der Kaltwasser- und Kühlwassersysteme der Genabteilung. Im Folgenden wird das Kaltwassersystem der Genabteilung erläutert: (1) Geschlossene Regelung: Das Kaltwassersystem der Genabteilung arbeitet mit einer vollständig geschlossenen automatischen Temperaturdifferenzregelung. Ein 11-kW-Wechselrichter steuert die drei Pumpen. Die Vorgehensweise ist wie folgt: Zunächst werden alle Entlüftungsventile des zentralen Klimaanlagen-Wasserpumpensystems vollständig geöffnet. Unter der Voraussetzung, dass die vom Kaltwassersatz benötigte Kaltwassermenge und der Druck gewährleistet sind, wird die minimale Betriebsfrequenz eines Kaltwasserpumpen-Frequenzumrichters ermittelt (im Rahmen der Fehlersuche auf 35 Hz festgelegt), als untere Grenzfrequenz eingestellt und fixiert. Zwei Temperatursensoren erfassen die Vor- und Rücklauftemperaturen des Kaltwassers in der Hauptkaltwasserleitung. Das Temperaturdifferenzsignal wird an den Temperaturdifferenzregler übertragen. Die Temperaturdifferenz wird in eine analoge Größe umgewandelt und über die PID2-Regelung an den Frequenzumrichter zurückgeführt. Bei einer Temperaturdifferenz von maximal 5 °C wird der Kaltwasserdurchfluss entsprechend reduziert. In diesem Fall arbeitet der Frequenzumrichter VVVF2 mit reduzierter Frequenz und die Motordrehzahl sinkt. Übersteigt die Temperaturdifferenz hingegen 5 °C, arbeitet der Frequenzumrichter VVVF2 mit höherer Frequenz, die Motordrehzahl steigt und der Wasserdurchfluss erhöht sich. Die Anzahl der Kaltwasserpumpen sowie deren Zu- und Abschaltung werden von der SPS1 gesteuert. Dadurch kann die benötigte Durchflussmenge bedarfsgerecht und ohne Energieverschwendung bereitgestellt werden. (2) Open-Loop-Steuerung: Stellen Sie den Schalter am Bedienfeld auf „Open-Loop“ und drehen Sie das Potentiometer im Uhrzeigersinn, um die Drehzahl des Kaltwasserpumpenmotors zu ändern. (3) Netzfrequenz/Frequenzumrichter: Im Automatikbetrieb steuert die SPS1 bei Ausfall des Frequenzumrichters einen anderen Standby-Wasserpumpenmotor an, um den Netzfrequenzbetrieb zu starten. Gleichzeitig wird ein akustischer und optischer Alarm ausgegeben, um das Betriebspersonal rechtzeitig auf den Fehler aufmerksam zu machen. Alternativ kann der Schalter für manuellen/automatischen Betrieb am Schaltschrank auf „Manuell“ gestellt und der entsprechende Startknopf gedrückt werden, um den jeweiligen Wasserpumpenmotor zu starten. Abbildung 1 : Schematische Darstellung der Nachrüstung mit Frequenzumrichter für die Wasserpumpe einer zentralen Klimaanlage. 3. Nachrüstung mit Frequenzumrichtern für die Lüfter: Da alle Lüfter der Lüftungsanlagen unter Volllast laufen, wird das Luftvolumen bei konstanter Temperaturregelung über das Kaltluftauslassventil angepasst. Ist die Temperatur in der Produktionshalle zu hoch, öffnet sich das Ventil weiter, um das Kaltluftvolumen zu erhöhen und die Temperatur zu senken. Ist die Temperatur hingegen zu niedrig, müssen einige Ventile geschlossen werden, um das Kaltluftvolumen zu reduzieren und so das thermische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Das der Produktionshalle zugeführte Luftvolumen ist daher variabel. Insbesondere während der Nachtschicht, wenn sich nur wenige Personen im Gebäude aufhalten und wenig Bewegung stattfindet, ist die Systemlast sehr gering und der Bedarf an Kühlleistung der Klimaanlage deutlich reduziert. Nur ein geringes Kaltluftvolumen ist erforderlich, um den Überdruck und die Kühlleistung der Produktionshalle zu gewährleisten. Daher wurden alle 13 Lüfter mit Frequenzumrichtern zur energiesparenden Nachrüstung ausgestattet. Abbildung 2 zeigt das Schema der Nachrüstung mit Frequenzumrichtern für die Lüfter der zentralen Klimaanlage. Aufbauend auf der ursprünglichen Netzfrequenzregelung wurden sieben Frequenzumrichter-Schaltschränke hinzugefügt, die mit 13 Delta VFD-P-Frequenzumrichtern 13 Lüftermotoren ansteuern. Zwischen Netzfrequenz- und Frequenzumrichterbetrieb kann umgeschaltet werden. Im Netzfrequenzbetrieb bleibt die ursprüngliche Betriebsweise unverändert. Im Frequenzumrichterbetrieb geben die Frequenzumrichter automatisch zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Frequenzen aus. Konkret werden die 13 Frequenzumrichter durch ein zeitgesteuertes Schaltprogramm gesteuert. Von Montag bis Freitag, 7:30 Uhr bis 23:00 Uhr, arbeiten die Frequenzumrichter mit 45 Hz. Von 23:00 Uhr bis 7:30 Uhr des Folgetages sowie samstags und sonntags arbeiten sie mit 35 Hz (die Betriebsfrequenz kann bei Bedarf angepasst werden), um die Lüfterdrehzahl zu ändern. Gleichzeitig kommunizieren die 13 Frequenzumrichter mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle und der SPS im zentralen Überwachungsraum und ermöglichen so die Fernüberwachung. Abbildung 2. Schematische Darstellung der Nachrüstung mit Frequenzumrichter für den Ventilator einer zentralen Klimaanlage . III. Energieeinsparung durch die Nachrüstung mit Frequenzumrichter für Wasserpumpe und Ventilator einer zentralen Klimaanlage . Um die Energieeinsparung nach der Nachrüstung mit Frequenzumrichter visuell darzustellen, führten wir folgende Tests durch: Am Beispiel der Kühlwasserpumpe Nr. 14 (15 kW) des Hitachi-Kraftwerks Nr. 1 und des Lüftungsgeräts Nr. 4 (22 kW) des K4-Kraftwerks wurden Stromzähler an den jeweiligen Hauptstromkreisen installiert. Die Geräte wurden zunächst eine Woche lang mit Netzfrequenz betrieben, wobei die täglichen Zählerstände erfasst wurden. Anschließend wurden sie eine Woche lang mit Netzfrequenz betrieben, und der gleiche Vorgang wurde wiederholt. Die Daten sind in Tabelle 1 und 2 dargestellt. Tabelle 1: Statistik der Energieeinsparungsdaten für die Kühlwasserpumpen des Hitachi-Kraftwerks Nr. 1 | Betrieb mit Frequenzumrichter (Zählerstand täglich um 9:00 Uhr) | Betrieb mit variabler Frequenz (Zählerstand täglich um 9:00 Uhr) | Datum | Zählerstand (kWh) | Stromverbrauch (kWh) | Datum | Zählerstand (kWh) | Stromverbrauch (kWh) | 19. März 2002 | 891 | / | 1. April 2002 | 4121 | / | 20. März 2002 | 1191 | 300 | | 2. April 2002 | 4309 | 188 | | 21. März 2002 | 1486 | 295 | | 3. April 2002 | 4492 | 183 | | 22. März 2002 | 1781 | 295 | | 4. April 2002 | 4682 | 190 | | 23. März 2002 | 2082 | 301 | | 5. April 2002 | 4867 | 185 24. März 2002: 2280, 298; 6. April 2002: 5053, 186; 25. März 2002: 2580, 300; 7. April 2002: 5248, 195. 1. Datenanalyse in Tabelle 1: Im Netzfrequenzbetrieb ändert sich die Pumpenlast nicht wesentlich, und der tägliche Stromverbrauch beträgt ca. 298 kWh. Im Frequenzumrichterbetrieb schwankt der tägliche Stromverbrauch aufgrund des größeren Einflusses der Umgebungstemperatur deutlich, ist aber dennoch signifikant niedriger als im Netzfrequenzbetrieb. Die Berechnung basiert auf dem wöchentlichen Gesamtstromverbrauch. Im Netzfrequenzbetrieb beträgt dieser 2580 - 891 = 1689 kWh, im Frequenzumrichterbetrieb 5248 - 4121 = 1127 kWh. Die Energieeinsparungsrate der Kühlwasserpumpe für Hitachi-Einheit Nr. 1 beträgt daher (1689-1127)/1689 = 33 %. 2. Datenanalyse aus Tabelle 2: Da die tägliche Last des Ventilators nur geringfügig schwankt, ist sein Stromverbrauch relativ stabil. Der tägliche Stromverbrauch liegt bei Netzfrequenzbetrieb bei etwa 350 kWh und bei Frequenzumrichterbetrieb bei etwa 220 kWh. Ausgehend von diesen Werten ergibt sich eine Energieeinsparungsrate des Motors der K4-Ventilatoreinheit von (350-220)/350 = 37 %. Die Berechnungen zeigen, dass die durchschnittliche Energieeinsparungsrate nach der Frequenzumrichtermodifikation von Wasserpumpe und Ventilator 35 % beträgt. Im praktischen Einsatz dürfte der Energieeinsparungseffekt sogar noch höher ausfallen. Tabelle 2: Statistik der Energieeinsparungsdaten für K4-Lüftungsgeräte | Netzfrequenzbetrieb (Zählerstand täglich um 9:00 Uhr) | Frequenzumrichterbetrieb (Zählerstand täglich um 9:00 Uhr) | Datum | Zählerstand (kWh) | Stromverbrauch (kWh) | Datum | Zählerstand (kWh) | Stromverbrauch (kWh) | 19. März 2002 | 350 | / | 1. April 2002 | 3790 | / | 20. März 2002 | 698 | 348 | 2. April 2002 | 4006 | 216 | 21. März 2002 | 1048 | 350 | 3. April 2002 | 4226 | 220 | 22. März 2002 | 1395 | 347 | 4. April 2002 | 4444 | 218 | 23. März 2002 | 1741 | 346 | 5. April 2002 | 4660 | 216 24. März 2002 2089 348 6. April 2002 4877 217 25. März 2002 2036 347 7. April 2002 5097 220 IV. Frequenzumrichter-Überwachungssystem für Wasserpumpe und Ventilator der zentralen Klimaanlage 1. Systemhardware-Zusammensetzung Das Hardware-Strukturdiagramm des Frequenzumrichter-Überwachungssystems für Wasserpumpe und Ventilator der zentralen Klimaanlage ist in Abbildung 3 dargestellt. Es besteht aus vier Teilsystemen: der Trinkwasserpumpe mit konstantem Druck des Unternehmens, der Kaltwasserpumpe im zweiten Stock der Verpackungsabteilung, der Wasserpumpe und dem Ventilator im Klimaraum im zweiten Stock der Qualitätsprüfungsabteilung sowie der Wasserpumpe und dem Ventilator in der Gen-Abteilung. Es überwacht 19 Frequenzumrichter, die in verschiedenen Abteilungen verteilt sind. Die einzelnen Komponenten werden im Folgenden beschrieben: ① Die ausgewählten Frequenzumrichter sind Frequenzumrichter der Serie Delta VFD-P. Diese Frequenzumrichter-Serie zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit, geringes Rauschen, hohe Energieeffizienz, umfassende Schutzfunktionen und eine integrierte, leistungsstarke RS-485-Schnittstelle aus. Das RS-485-Protokoll ist für Anwender frei zugänglich. ② Die SPS bildet als Steuereinheit das Herzstück des Systems. Zum Einsatz kommt eine Delta DVP24ES01R. Das Programm wird mithilfe ihrer Kommunikationsanweisungen erstellt, auf die SPS geladen und anschließend über die RS-485-Schnittstelle mit dem Frequenzumrichter verbunden, um Echtzeitkommunikation zu ermöglichen. ③ Die Mensch-Maschine-Schnittstelle nutzt das Hitech PWS-3760 mit einem 10,4-Zoll-Farbbildschirm. Es handelt sich um ein programmierbares Terminal der neuesten Generation – eine interaktive Workstation, die speziell für SPSen entwickelt wurde und die Anbindung und Überwachung von SPSen verschiedener Hersteller ermöglicht. Es eignet sich für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen und kann herkömmliche oder industrielle Steuerungs-PCs ersetzen. Zu seinen Hauptmerkmalen gehören: hohe Bildschirmauflösung (bis zu 255 Bildschirme), einfaches Bildschirmlayout; Die Software nutzt die vollständig chinesische ADP3-Betriebssystemsoftware, ist für Windows 95/98 geeignet und bietet einen umfangreichen Makro-Befehlssatz sowie einfache Programmierung. Sie zeichnet sich durch gute Interaktivität, hohe Störfestigkeit und zuverlässige Kommunikation aus. Hoher Automatisierungsgrad, einfache und komfortable Bedienung, geringe Ausfallrate, lange Lebensdauer und geringer Wartungsaufwand zeichnen sie aus. Zu den Hauptfunktionen gehören: Entwickler können verschiedene Bildschirme nach Bedarf bearbeiten, um den Gerätestatus oder Systembetriebsanweisungen in Echtzeit anzuzeigen. Touch-Tasten auf der Mensch-Maschine-Schnittstelle können entsprechende Schaltsignale generieren oder Werte und Zeichen eingeben, um Daten mit der SPS auszutauschen und so entsprechende Aktionen zur Steuerung des Gerätebetriebs auszulösen. Mehrere Bildschirme können überlagert oder umgeschaltet werden, um Text, Zahlen, Grafiken, Zeichenketten, Alarminformationen, Aktionsabläufe, statistische Daten, historische Aufzeichnungen, Trenddiagramme, einfache Berichte usw. anzuzeigen. ④ Serielle RS-485-Kommunikation: RS-485 verwendet ein symmetrisches Sende- und Empfangsverfahren mit den Vorteilen großer Übertragungsreichweite, hoher Störfestigkeit und Mehrstationsfähigkeit. Abbildung 3: Hardware-Strukturdiagramm des Frequenzumrichter-Überwachungssystems. 2. Benutzeroberflächendesign: Alle Benutzeroberflächen dieses Systems wurden mit der chinesischen Software ADP3 entwickelt. Dies umfasst den Hauptbildschirm, Parametereinstellungen, Betriebseinstellungen, Parameteranzeige, Statusinformationen, Alarminformationen und Hilfebildschirme. Nach der Kompilierung und Korrektur durch die ADP3-Software kann die Benutzeroberfläche von einem PC auf die Benutzeroberfläche übertragen und verwendet werden. Die Benutzeroberfläche und die SPS sind über ein RS232-Kommunikationskabel im Master-Slave-Modus verbunden. Die SPS liest und schreibt Daten in den Statussteuerungs- und Benachrichtigungsbereich der Benutzeroberfläche, um den Informationsaustausch zwischen beiden zu ermöglichen. Die SPS liest Daten aus dem Statusbenachrichtigungsbereich der Benutzeroberfläche, um die aktuelle Bildschirmnummer zu ermitteln, und erzwingt einen Bildschirmwechsel durch Schreiben von Daten in den Statussteuerungsbereich der Benutzeroberfläche. Eines der Parameteranzeigefenster ist in Abbildung 4 dargestellt. [/ALIGN]Abbildung 4 Überwachungsbildschirm des zentralen Klimaanlagenlüfters und der Wasserpumpe Nr. 1 in der Gen-Abteilung[/ALIGN] Der Benutzer muss Spannung, Stromstärke und Frequenz von 19 Wasserpumpen und Lüftern überwachen. Daher wurden drei numerische Anzeigebereiche eingerichtet, um die Werte für Spannung, Stromstärke und Frequenz anzuzeigen. Dies wird durch die numerische Anzeigefunktion der Komponenten realisiert. Nach dem Systemstart melden die 19 Frequenzumrichter periodisch ihren Betriebszustand an die SPS. Nach der Verarbeitung durch die SPS werden die Daten an das HMI gesendet, sodass dieses die drei Wertesätze in Echtzeit anzeigen kann. Format, Bitanzahl und Genauigkeit der Werte werden im Attributfeld der numerischen Anzeige entsprechend der jeweiligen Situation eingestellt. 3. Systemsteuerungsmethode Dieses System erfordert die Fernüberwachung von 19 Frequenzumrichtern, die über verschiedene Abteilungen und in beträchtlicher Entfernung verteilt sind. Das System soll die automatische/manuelle Einstellung, Änderung und Speicherung von Frequenzwerten sowie das Starten/Stoppen jedes Frequenzumrichters über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle im zentralen Überwachungsraum ermöglichen. Es soll außerdem die tatsächliche Betriebsspannung, den Strom und die Frequenz der Lüftermotoren der zentralen Klimaanlagen-Wasserpumpe in Echtzeit überwachen und akustische sowie optische Alarme ausgeben. Die konkrete Steuerungsmethode ist wie folgt: Ein Echtzeit-Kommunikationsnetzwerk wird über eine serielle RS-485-Schnittstelle (siehe Abbildung 3) mit einer DVP-SPS, einer Mensch-Maschine-Schnittstelle PWS-3760 und 19 Frequenzumrichtern der Serie VFD-P aufgebaut. Die Kommunikationsparameter für die 19 Frequenzumrichter, wie RS-485-Kommunikationsbefehle, Kommunikationsadressen (1–19), Baudrate (9600) und Datenformat, werden vor Ort konfiguriert. Das SPS-Programm des Systems wurde erstellt, und sein Ablaufdiagramm ist in Abbildung 5 dargestellt. Die manuelle Steuerung umfasst Funktionen wie die Echtzeit-Einstellung, -Änderung und Speicherung von Frequenzwerten sowie das Starten und Stoppen einzelner Frequenzumrichter. Die automatische Steuerung nutzt eine Zwei-Perioden-Steuerung, die es ermöglicht, jederzeit zwei Periodenwerte und die zugehörigen Frequenzwerte einzustellen. Aktuell beträgt Periodenwert 1 7:30 Uhr, entsprechend Frequenz 1 bei 45 Hz, und Periodenwert 2 beträgt 23:00 Uhr, entsprechend Frequenz 2 bei 35 Hz. Das Programmdesign orientiert sich am VFD-P-Frequenzumrichter-Kommunikationsprotokoll und verwendet RS-485-Kommunikationsbefehle zwischen SPS und Frequenzumrichter zur Fernüberwachung des Systems. Berichte können zudem ausgedruckt werden. Abbildung 5 zeigt das Programmablaufdiagramm. V. Fazit: Der Einsatz von AC-Frequenzumrichtern zur energiesparenden Nachrüstung der Wasserpumpen und Ventilatoren in der zentralen Klimaanlage vereinfacht nicht nur den Betrieb und spart Energie und Produktionskosten, sondern verbessert auch die Betriebsbedingungen der Wasserpumpen und Ventilatoren deutlich und reduziert den Wartungsaufwand für Wasserpumpen, Ventilatoren, Ventile usw. Seit der Inbetriebnahme im Mai 2002 läuft dieses Nachrüstungsprojekt mit Frequenzumrichtern und das zugehörige Überwachungssystem seit über zwei Jahren kontinuierlich. Das System arbeitet zuverlässig und stabil mit präzisen und zeitnahen Kommunikationsdaten, standardisiert das Anlagenmanagement und steigert die Arbeitseffizienz. Die online zu ändernden Größen sind die Sollwerte für Zeiträume und Frequenzen. Eine benutzerfreundliche Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) dient als Interaktionswerkzeug. Die SPS fungiert als zentrale Verarbeitungseinheit. Die kombinierte Nutzung beider Komponenten im Frequenzumrichter-Überwachungssystem ermöglicht Fernüberwachung, manuelle Frequenzumwandlung in Echtzeit und automatische zeitsegmentierte Frequenzumwandlung. Es hat sich in der Praxis bewährt und ist für den Einsatz in anderen Branchen geeignet. Referenzen: 1. Mao, Zhaohui. Anwendung von SPS und HMI in Frequenzumrichter-Überwachungssystemen. Beijing. Zeitschrift für Elektrotechnik. 2004, 3. 2. Delta Electronics Co., Ltd. Benutzerhandbuch für Wechselrichter der VFD-P-Serie. 3. Delta Electronics Co., Ltd. Benutzerhandbuch für programmierbare Steuerungen der DVP-SPS. 4. Hitech Electronics Corp. Installations- und Benutzerhandbuch für PWS3760. 1999. 5. Hitech Electronics Corp. Industrielle HMI-Software ADP3 Benutzerhandbuch. 1999.