定圧給水制御盤

定圧給水制御キャビネットは、VFD、PLC または専用ポンプ コントローラー、受電回路ブレーカー、ポンプごとの出力コンタクター、制御変圧器、および圧力トランスミッター インターフェイスを単一の床置き型エンクロージャに統合します。定格電力は 380 ～ 480 V 三相で 0.75 kW ～ 400 kW です。メインヘッダーの圧力センサーはコントローラーに 4 ～ 20 mA の信号を送り、コントローラーは実際の圧力をユーザー定義の設定値と継続的に比較し、PID ループを介して VFD 出力周波数を調整して、レギュレーションを ±0.02 MPa 以内に維持します。マルチポンプ システムでは、リード ポンプは VFD 制御の下で動作し、ラグ ポンプは需要の変動に応じて順次起動または停止されます。勤務ローテーションにより、すべてのポンプの稼働時間のバランスがとれます。保護は空運転、過負荷、欠相、短絡、過圧をカバーします。ドアに取り付けられた HMI タッチスクリーンには、システム圧力、ポンプのステータス、周波数、障害ログ、エネルギー データが表示されます。 Modbus RTU/TCP またはオプションの 4G クラウド ゲートウェイを介した通信により、リモート監視と SCADA 統合が可能になります。エンクロージャは粉体塗装が施された亜鉛メッキ鋼板で製造されており、屋外での使用では IP54 標準または最大 IP65 に準拠しています。

理想的な用途

需要の変化にもかかわらず水圧を一定に保つ必要がある場合、定圧給水制御キャビネットは重力貯蔵と固定速度のポンピングを自動化された需要応答制御に置き換えます。

自治体の給水およびブースター ステーション

都市の水道網では、ピーク時と夜間の低流量時間帯の間で大きな圧力変動が発生します。キャビネットは、ポンプ速度とステージングを調整することにより、指定されたネットワーク ポイントで一定の圧力を維持し、パイプの接合部にストレスを与え、サービスに関する苦情を引き起こすディップやサージを排除します。長い送電本管に沿ったブースター ステーションの場合、PID ループは変化する上流圧力と可変の下流流量に適応します。

高層住宅および商業ビル

高層マンション、ホテル、オフィス街では、上層階に信頼性の高い圧力が必要です。複数の垂直多段ポンプを備えた定圧キャビネットは、占有ベースの需要に合わせて出力を自動的に調整します。正午には低く、朝と夕方のピーク時には高くします。このシステムにより、かさばる屋上タンクの必要性がなくなり、構造的負荷、レジオネラ菌のリスク、メンテナンスアクセスの要件が不要になります。

工業用プロセスおよび冷却水

製造工場、食品加工施設、発電所では、厳密に制御された圧力のプロセス水を必要とします。このキャビネットは、プロセスのニーズに適した調整精度で、冷却塔の構成、洗浄ライン、ボイラー供給、生産水回路を供給します。 VFD ベースの制御により、スロットリングに伴うエネルギーの無駄とバルブの摩耗が排除されます。

農業用灌漑

大規模な点滴、スプリンクラー、センターピボット システムでは、異なるエミッター特性を持つフィールド ゾーン全体にわたって、安定した圧力での可変流量が必要です。このキャビネットは、水中ボアホールポンプや水平ブースターポンプなどの複数のポンプ構成に対応し、オープン灌漑ゾーンの数に合わせて出力を自動的に調整します。内蔵の空運転保護機能により、水源水位の変化時にポンプを保護します。

農村部および地域社会の給水

村落システムや遠隔地居住地は、手動ポンプ操作に代わる自動圧力管理の恩恵を受けています。貯蔵タンクレベルセンサーと統合されたキャビネットは、消費者に一定の圧力を供給しながらタンクの充填を維持するために自動的に起動および停止します。 4G を介したリモート監視により、1 人のオペレーターが携帯電話または中央の SCADA から複数の分散ステーションを管理できます。

ホテル、リゾート、ホスピタリティ

敷地内に建物が点在するリゾートやレジャー施設では、客室、キッチン、ランドリー、造園などに均一な圧力が必要です。キャビネットは複数のポンプを管理して、朝と夕方のピーク需要に対応すると同時に、オフピーク時間のエネルギーを削減し、夜間はシステムの大部分がスリープ モードになります。

技術的な詳細

定圧給水制御キャビネットは、VFD 速度制御、PLC ベースのポンプ シーケンス、および包括的な保護を工場で組み立てられた単一のエンクロージャに組み込んでおり、単一ポンプから複数ポンプの設置に対して自律的な圧力管理を実現します。

PID 閉ループ圧力調整

メインヘッダーパイプの圧力トランスミッターは、水圧を 4 ～ 20 mA のアナログ信号に変換します。コントローラーはデジタル PID アルゴリズムを実行します。比例ゲインはシステムが圧力偏差にどれだけ積極的に反応するかを決定し、積分時間は定常状態のオフセットを排除し、微分減衰は流量の急激な変化時のオーバーシュートを抑制します。 PID 出力は VFD 周波数基準を直接設定し、リアルタイムで需要に合わせてポンプ速度を調整します。特定のシステム特性 (パイプの長さ、ポンプ曲線、圧力容器の容積) に合わせて調整すると、一般的な調整精度は ±0.02 MPa 以内に保たれます。

マルチポンプシーケンスロジック

需要が単一の VFD 駆動ポンプの容量を超えると、コントローラーは追加のポンプを段階的に動作させます。リードポンプは VFD 制御下で動作します。最大周波数に達しても圧力が依然として設定値を下回っている場合、コントローラーはこのポンプをバイパス コンタクターを介して固定速度動作に移行し、VFD 制御の下でラグ ポンプを開始します。需要が低下し、圧力が設定値を超えて VFD が最小周波数に達すると、ラグ ポンプが 1 つずつ停止され、リード ポンプが可変速制御に戻ります。これにより、常に 1 つのポンプだけが可変速度で動作し、他のポンプは最高効率点に近い固定速度で動作することが保証されます。

デューティローテーションと均等化

摩耗を均等に分散するために、コントローラは累積運転時間または開始回数に基づいて先頭ポンプの指定をローテーションします。回転がトリガーされると、時間の最も短いポンプが次のリードになります。これは、圧力の中断を避けるために低流量条件で発生します。メンテナンスのためにオフラインになったポンプは、デジタル入力を介して回転からロックされ、コントローラーは残りのポンプ全体に負荷を再割り当てします。

スリープ、ウェイク、低血流の管理

需要がゼロの期間、たとえば商業ビルの一晩中、圧力が設定値に保たれている間、VFD は最終的に最小周波数に達します。設定可能な遅延の後、コントローラーはスリープ モードに入り、すべてのポンプを停止します。小型のダイアフラムタンクが睡眠中のシステム圧力を維持します。圧力が後流閾値まで低下すると、コントローラーはリードポンプを再起動し、圧力を回復するために上昇します。このサイクルにより、閉じたバルブに逆らってポンプが長時間作動することがなくなり、エネルギーが節約され、ポンプが過熱から保護されます。

ポンプ保護スイート

コントローラーは、標準的なモーター過負荷を超えたポンプ固有の保護を提供します。ドライラン検出には、井戸レベルプローブからのデジタル入力またはモーターの不足電流検出のいずれかを使用します。自動リセット付きの過圧トリップにより、バルブが突然閉じた場合のパイプの損傷を防ぎます。高速サイクル ロックアウトにより、1 時間あたりの始動回数が制限され、モーター巻線が保護されます。欠相と相順序の監視により、逆回転による機械的損傷を防ぎます。すべてのトリップ イベントにはタイムスタンプが付けられ、障害ログに保存されます。また、ロックアウトでオペレータの介入が必要になるまでの自動リセットの試行回数は構成可能です。

VFD ドライブのアーキテクチャ

VFD は、60 秒間で 110% の過負荷定格の可変トルク ポンプ デューティ用に選択されています。フライングスタート機能により、過電流でトリップすることなく惰性ポンプへのシームレスな再起動が可能になります。スキップ周波数プログラミングにより、機械的共振帯域が回避されます。自動エネルギー最適化により、軽負荷時のモーター励磁電流が低減され、ポンプが全速度未満で動作する場合の追加エネルギーが節約されます。内蔵の DC リンク チョークと RFI フィルターにより、電源への高調波電流の注入を最小限に抑えます。

HMIとオペレーターインターフェース

ドアに取り付けられたカラータッチスクリーンは、リアルタイムのシステム圧力と設定値、個々のポンプのステータス、累積運転時間とポンプごとの起動回数、障害履歴を含むアクティブなアラーム、およびパスワードで保護されたパラメータへのアクセスを提供します。手動オーバーライド制御は、コミッショニングとメンテナンス活動をサポートします。

遠隔監視と通信

標準 RS485 Modbus RTU は、サイト SCADA またはテレメトリー機器に接続します。オプションの 4G またはイーサネット クラウド ゲートウェイを使用すると、Web ブラウザまたはスマートフォン アプリを介したリモート アクセスが可能になり、リアルタイムの圧力、ポンプ ステータス、エネルギー消費、およびアラームのプッシュ通知が配信されます。オペレーターは、特定のシステム要件に合わせて圧力設定値をリモートで調整できます。

筐体と環境構築

床置き型キャビネットには、耐紫外線粉体塗装を施した1.5～2.0mmの亜鉛メッキ鋼板を使用しています。屋内ポンプ室ではIP54が標準です。 IP55またはIP65は屋外および水処理環境で使用できます。サーモスタットファン制御を備えたフィルター付き強制空気換気により、内部温度が VFD の動作範囲内に維持されます。熱帯または砂漠の屋外設置の場合は、サンシェード キャノピーと結露防止ヒーターを指定できます。ケーブルの入り口はキャビネットベースのグランドプレートを通って行われます。キャビネットは IEC 61439-1/2 に準拠して設計および構築されており、すべてのコンポーネントは CE マークが付けられており、地域の認証が取得可能です。

よくある質問

Q1: キャビネットはどのようにして一定の圧力を維持するのですか?

主水ヘッダーの圧力センサーはシステム圧力を継続的に測定し、4 ～ 20 mA 信号をコントローラーに送信します。コントローラーの PID アルゴリズムは、実際の圧力をユーザーが設定した目標と比較します。圧力が低下すると、VFD の出力周波数が増加してポンプの速度が上がります。圧力が上昇すると、ポンプの速度が低下します。この閉ループ制御は継続的に実行され、通常は圧力を設定値の ±0.02 MPa 以内に保持します。

Q2: 1台の定圧給水制御盤で制御できるポンプの数は何台ですか?

標準構成は 1 ～ 6 台のポンプをサポートしますが、2 台または 3 台のポンプが最も一般的な導入です。マルチポンプ システムでは、単一の VFD が可変速ポンプを駆動し、需要の増加に応じて追加のポンプが固定速度で起動します。すべてのポンプのシーケンス、切り替え、および障害切り替えロジックはコントローラーに組み込まれています。

Q3: このキャビネットと各ポンプに個別の VFD を取り付けることの違いは何ですか?

このキャビネットは、ポンプ シーケンス ロジック、圧力 PID ループ、自動切り替え、障害切り替え、スリープ/ウェイク機能、および単一のユーザー インターフェイスなど、完全な制御システムを提供し、すべて配線済みで工場でテスト済みです。個々の VFD は、大規模な外部エンジニアリングなしに複数のポンプ動作を調整することはできません。

Q4: システムは貯蔵タンクの有無にかかわらず動作しますか?

両方。タンク充填アプリケーションでは、タンク内のレベルセンサーが開始/停止権限を提供しながら、コントローラーがシステム圧力を維持します。ダイレクトメイン構成では、コントローラーは供給配管のライン圧力を直接維持し、貯蔵タンクを使用せずに消費者の需要に合わせてポンプ速度を調整します。

Q5: 互換性のあるポンプの種類は何ですか?

このキャビネットは、水中ボアホール ポンプ、垂直多段ポンプ、水平エンドサクション遠心ポンプ、およびインライン ブースター ポンプで使用される標準的な三相誘導モーターを 380 ～ 480 V、50/60 Hz で制御します。永久磁石モーターは、互換性のある VFD で駆動することもできます。

Q6: どのような出力範囲が利用可能ですか?

標準構成は 0.75 kW ～ 400 kW をカバーします。キャビネットのサイズは、ポンプの数、各ポンプのモーターの全負荷電流、およびサイトの障害レベルに基づいて決定されます。当社のエンジニアは、お客様のポンプ データから VFD、コンタクター、サーキット ブレーカー、バスバー システムを選択します。

Q7: どのようなリモート監視オプションが利用可能ですか?

標準 RS485 Modbus RTU はサイト SCADA に接続します。オプションの 4G またはイーサネット ゲートウェイはクラウド プラットフォームにリンクし、Web ブラウザまたはスマートフォン アプリを介してリアルタイムの圧力、ポンプのステータス、エネルギー消費、障害アラーム、履歴データにアクセスできるようにします。 SMS またはアプリのプッシュ通知はオペレーターに障害を警告します。

Q8: キャビネットにはどのようなメンテナンスが必要ですか?

ドアシールと換気フィルターの毎月の検査。四半期ごとの電源切断のチェック。安全装置と交流ロジックの年次機能テスト。 VFD 冷却ファンと DC リンク コンデンサの耐用年数は 5 ～ 10 年で、交換可能です。圧力トランスミッターは毎年校正する必要があります。

Q9: このシステムは従来のポンプと比較してどのようにエネルギーを節約しますか?

絞り弁を備えた定速ポンプは、人為的な制限に逆らってポンピングすることでエネルギーを無駄にします。 VFD はポンプ速度を要求に直接一致させます。ポンプの出力は速度の 3 乗に比例するため、80% の速度のポンプはフルスピードのエネルギーの約 50% を消費します。需要がゼロの期間にスリープ モードを使用すると、通常、設備は 20% ～ 40% のエネルギー削減を達成します。

市営二次上水道の改修 — 高層住宅街

背景

アジアの主要都市の市水道局は、高層住宅コミュニティにサービスを提供する 80 以上の二次給水ブースター ステーションを管理していました。各ステーションは、18 階から 35 階までのタワー全体に 200 戸から 800 戸のアパートを供給しました。既存の設備は老朽化しており、いくつかのステーションではフロート弁補充付きの屋上タンクが使用されており、他のステーションでは減圧弁付きの固定速度ポンプセットが使用されていました。市政府は、圧力の品質を改善し、公衆衛生上の理由から屋上タンクを撤去し、ポンプのエネルギー消費を削減するためのアップグレードを義務付けました。

挑戦

各ブースター ステーションは、朝と夕方の急激なピーク、日中の適度な需要、夜間の流量がほぼゼロという、独特の需要プロファイルを持つタワーにサービスを提供しました。既存の固定速度ポンプは需要に関係なくフル稼働し、減圧弁を通じて過剰な圧力を排出していました。これにより、ポンプ室で熱と騒音が発生し、かなりのエネルギーが無駄になりました。新しい衛生規制を満たすために屋上タンクを取り外す必要があり、当局はすべての新しいステーションに中央の SCADA プラットフォームにデータを報告するよう要求しました。物理的なスペースも限られており、ほとんどのポンプ室は天井の高さが制限され、アクセスが制限された地下エリアに改装されていました。

定圧給水制御盤を選ぶ理由

3 つのステーションでの試験運用が成功した後、当局は工場で設計された定圧キャビネットを選択しました。単一のエンクロージャには、VFD、コントローラ、3 つの垂直多段ポンプ用の出力コンタクタ、圧力インターフェイス、および HMI タッチスクリーンが収容されており、古いパネルの設置面積と一致しています。 PID圧力制御により、減圧弁を完全に取り除くことができました。先頭のポンプは需要に合わせて速度を変更し、必要に応じて追加のポンプを配置しました。一晩中、システムはスリープ状態になり、圧力は小さなダイヤフラム容器によって保持されました。

アパートの最上階の水圧は、需要に関係なく規制の最低値で安定しており、古いシステムによって引き起こされた下層階の過剰な圧力は発生しませんでした。エネルギー消費量はステーションごとに計測され、Modbus 経由で当局の SCADA に送信されるため、オペレーターはリアルタイムで可視化し、各タワーの特定の高さに合わせて圧力設定値をリモートで調整できるようになりました。

導入

18 か月にわたって、第 1 段階全体にわたって 32 の定圧キャビネットが設置されました。各キャビネットには、特定のタワーに一致するポンプ データと圧力設定値が事前にロードされています。オンサイトでの主電源、ポンプ モーター ケーブル、圧力トランスミッターの試運転は、通常、ステーションごとに 1 日で完了します。

結果

● 32 のコミュニティの最上階の居住者からの圧力に関する苦情は、稼働開始から 3 か月以内にゼロに減少しました。

● ポンプのエネルギー消費量は、以前の固定速度ベースラインと比較して平均 35% 減少し、当局の目標である 25% を上回りました。

● 屋上タンクは廃止および撤去され、関連するメンテナンスおよび水質コンプライアンスのコストが削減されました。

● 現在、2 人の運用チームが中央の SCADA から 32 のステーションすべてをリモートで管理しています。

● 当局は残りの 50 ステーションの定圧キャビネットを標準化しており、現在第 2 段階が進行中です。