Vorwort: Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technik unterliegen das städtische Leben und die Löschwasserversorgung einem tiefgreifenden Wandel. Die weitverbreitete Nutzung der Frequenzumrichtertechnologie, einer umweltfreundlichen und energiesparenden Technologie, hat zu ihrer umfassenden Anwendung im Bereich der Wasserversorgung geführt. Angesichts des steigenden Intelligenzgrades und der Anforderungen an vernetztes Management ist die bisherige Steuerung einzelner Motoren mittels Frequenzumrichtern jedoch nicht mehr ausreichend. Um den neuen Gegebenheiten gerecht zu werden, haben wir daher ein neuartiges Frequenzumrichter-Steuerungssystem für die Wasserversorgung entwickelt, das auf den leistungsstarken Kommunikationsfunktionen zwischen Delta-Frequenzumrichtern, Delta-SPS und Delta-HMIs basiert. I. Überblick: Dieses neue Steuerungssystem integriert Frequenzumrichter der Delta-VFD-F-Serie, Delta-SPS und Delta-HMIs. Über das HMI als Bedienterminal ermöglicht das System die Echtzeitüberwachung des Wasserleitungsdrucks, der Frequenzumrichter-Ausgangsfrequenz und des Frequenzumrichter-Ausgangsstroms. Das System erlaubt die direkte Einstellung von Pumpenlaufzeit und Referenzdruck. Das System basiert auf einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) von Delta und ermöglicht zeitgesteuerten Pumpenbetrieb, Anlauf mittels Frequenzumwandlung sowie manuelles und automatisches Umschalten. Dank RS-232- und RS-485-Kommunikation reduziert das System den Verkabelungsaufwand und verbessert Zuverlässigkeit und Störfestigkeit deutlich. Es vereint die Vorteile bisheriger Frequenzumwandlungs-Konstantdruck-Wasserversorgungssysteme und führt erstmals eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Touchscreen) ein, die die Bedienung komfortabler und die Parameteranzeige intuitiver, anschaulicher und benutzerfreundlicher gestaltet. Darüber hinaus bietet es Netzwerkfähigkeit für die zentrale Verwaltung. II. Anwendungsbereich 1. Trinkwasserversorgung für Hochhäuser, Wohnanlagen und Unternehmen. 2. Wasserversorgungssysteme für verschiedene Wasserwerke, Wasserstationen, Kläranlagen, Flughäfen, Bahnhöfe sowie landwirtschaftliche Bewässerungs- und Entwässerungsanlagen. 3. Ideales Steuergerät für Konstantdruck in Industriekesseln. 4. Konstantdruck-Öltransportsysteme für Ölfeldpipelines, Öllager und Pumpstationen. III. Hauptmerkmale und Leistungsmerkmale des Systems: 1. Hoher Automatisierungsgrad mit manuellem und automatischem Betriebsmodus. 2. Konstanter Druck, Druckregelungsgenauigkeit bis zu ±1 %. 3. Zuverlässiger Betrieb und einfache Wartung. ◆ Das Gerät verfügt über automatische/manuelle Betriebsfunktionen. ◆ Die Druckregelung erfolgt mittels digitaler Fuzzy-Steuerung für intelligente Anpassung. Das System zeichnet sich durch schnelle Reaktionszeit, hohe Genauigkeit und gute Stabilität aus. Die PID-Parameter müssen nicht manuell eingestellt werden (in speziellen Umgebungen können sie separat über die HMI angepasst werden), was die Fehlersuche vor Ort erheblich vereinfacht und die Langzeitstabilität gewährleistet. ◆ Selbstdiagnose- und Selbstbehandlungsfunktionen bei Fehlern: Das System erkennt automatisch Wechselrichterfehler wie Überstrom, Unterspannung und Überspannung und gibt Alarmsignale aus. 4. Zeitgesteuerte Pumpenrotation und Durchflusskompensation. IV. Systemaufbau und Funktionsprinzip: Das Systemaufbauprinzip ist in Abbildung 1 dargestellt. Das System verfolgt die Druckabweichung zwischen dem Rohrleitungsausgang und dem Sollwert in Echtzeit. Durch PID-Reglerberechnungen in der SPS und im Frequenzumrichter werden die Anzahl der in Betrieb befindlichen Motoren und die entsprechende Ausgangsfrequenz des Umrichters automatisch gesteuert. Dadurch werden die Pumpendrehzahl geregelt und der Durchfluss bei konstantem Druck reguliert. V. Bedienungsmethode der Steuerung: Die aktuell entwickelten Systeme verwenden das Touchscreen-HMI PWS-700T-STN als Bedienterminal. Dank der Touchscreen-Benutzeroberfläche lässt sich die Steuerung einfach durch Drücken der entsprechenden Tasten gemäß den Anweisungen auf dem Bildschirm realisieren. VI: Wirtschaftliche Vorteile und Nutzungsanalyse: Die Verwendung einer Benutzeroberfläche und einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) hat die Gesamtqualität und Intelligenz der Anlage deutlich verbessert. Die Kunden äußerten sich nach der Nutzung überwiegend positiv, insbesondere in folgenden zwei Punkten: 1) Deutliche Energieeinsparung: Da die SPS den Betrieb oder die Abschaltung des Frequenzumrichters anhand von Änderungen des Leitungsdrucks steuern kann, ist das System energieeffizienter als Wasserversorgungsanlagen mit einem einfachen Frequenzumrichter, der bei Wassermangel in den Ruhemodus wechselt. Die Energieeffizienz wird um ca. 5 % gesteigert; zudem wird der Frequenzumrichter selbst geschützt. 2) Erleichtert die zentrale Verwaltung: Durch die erhöhte Intelligenz und die zentrale Geräteverwaltung mittels Fernkommunikation wird ein erheblicher Personalaufwand eingespart, wodurch sich die Personalkosten entsprechend reduzieren. Die Einsparungen hängen von der Anzahl der von einer Person verwalteten Geräte ab. Aktuell nutzen unsere Kunden mindestens 300 Anlagen dieser Konfiguration als Steuerungssystem. Dieses System hat mit seinen einzigartigen Vorteilen zahlreiche Kunden unter den Herstellern von Wasserversorgungsanlagen gewonnen, hohe wirtschaftliche Vorteile erzielt und letztendlich deren Anerkennung erlangt. VII. Einführung in den ausgewählten Frequenzumrichter ◆ Automatische Drehmomentverstärkung und Schlupfkompensation ◆ Ausgangsfrequenz 0,1–120 Hz, automatische Spannungsregelung ◆ 8 voreingestellte und 7 programmierbare Drehzahlen ◆ Integrierte PID-Regelung ◆ Inklusive Lüfter- und Pumpenprogrammsteuerung und Energiesparmodus ◆ Integrierte RS-485-Schnittstelle (bis zu 38400 U/min) ◆ Einstellbare V/f-Kennlinie und kubische V/f-Kennlinie ◆ Eine Haupteinheit kann vier Motoren steuern (1 mit variabler Frequenz, 3 mit Netzfrequenz) VIII. Fazit Obwohl in dieser Fallstudie viele technische Details und Netzwerkfunktionen nicht beschrieben werden, sind die oben genannten Punkte technisch fundiert. Nach unserem Kenntnisstand wurde dieses System bereits in vielen Situationen eingesetzt. Der Markt für Frequenzumrichter für die Wasserversorgung ist hart umkämpft, und jede Marke hat ihre Stärken und Schwächen. Wir haben auf Basis der technologischen Vorteile von Delta-Produkten ein neues Wasserversorgungsregelungssystem entwickelt und dabei einen pragmatischen Ansatz verfolgt. In puncto Konfiguration handelt es sich um ein High-End-Produkt, und wir hoffen, dass es als nützliche Ergänzung zum Markt für Frequenzumrichter für die Wasserversorgung angesehen werden kann.