Mit dezentral geregelten Antrieben laufen Pumpen zu ihrer Höchstform auf.

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Getriebe und Motoren Pumpen mit dezentraler Antriebstechnik fit machen

14.09.2020

Ein Antriebshersteller liefert eine breite Auswahl an Antriebstechnik, die sich individuell und flexibel im Anlagenfeld integrieren lässt. Mit ihr werden Pumpenanwendungen zukunftsfähig, sowohl funktional als auch effizienztechnisch.

Wenn es um den Transport und die Verteilung von inkompressiblen Fluiden geht, setzen Anwender vermehrt auf Konzepte mit dezentraler Intelligenz, die Prozesse autark steuert, Fehler identifiziert und Probleme eigenständig behebt. Je nach Art der Anwendung, geforderter Drehzahl und Drehmoment kommen dabei für die Pumpenanwendungen unterschiedliche Antriebslösungen in Frage.

So müssen beispielsweise Pumpen, die für Aufgaben wie die Versorgung mit Trink-, Kühl- und Prozesswasser oder Reinigungslösungen beziehungsweise die Entsorgung von Abwasser eingesetzt werden, in erster Linie einen reibungslosen Durchfluss sicherstellen (Durchfluss- beziehungsweise Flow-Betrieb). Das erfordert eine große Stabilität der Antriebsgeschwindigkeit. Bei Pumpen zum Abfüllen von Flüssigkeiten (Abfüll- beziehungsweise Batch-Betrieb) ist hingegen höchste Positioniergenauigkeit gefragt.

Kosten durch dezentrale Technik minimieren

Dezentral geregelte Pumpenantriebe bieten nennenswerte Vorteile: Sie sparen Platz im Schaltschrank, reduzieren den Verdrahtungs- und Verkabelungsaufwand, vereinfachen die Wartung und erhöhen so die Effizienz des gesamten Antriebssystems. Die Antriebskomponenten von Nord verfügen über einen Leistungsbereich bis 22 kW sowie eine standardmäßig integrierte PLC und können mit marktüblichen Steckverbindern geliefert werden.

Der Frequenzumrichter wird direkt am Motor installiert. So lassen sich die Antriebe einfach in die Anlagen-Topologie der Kunden integrieren, ohne dass große Veränderungen notwendig sind. Das senkt die Kosten für das Anlagendesign signifikant. Auch die Vorinbetriebnahme im Werk macht die Installation besser planbar und reduziert Kosten. Durch den modularen Aufbau sind die Umrichter unkompliziert erweiterbar und bieten eine große Vielfalt an Einsatzszenarien für Automationsnetzwerke im Industrie-4.0-Zeitalter.

Mit der Ansteuerung der Pumpenantriebe über Frequenzumrichter können durch einfache Parameteränderungen unterschiedliche Pumpencharakteristika angewählt werden. Die Parametersätze werden direkt im Umrichter gespeichert und ermöglichen, dass sich die Pumpen auf unterschiedliche Medien, Fördermengen oder Prozessanforderungen anpassen lassen.

Bei speziellen Regelungen für Pumpen übernimmt der Umrichter alle Funktionen von Messwerterfassung über die PID-Regelung bis hin zur Ansteuerung der Drehzahl. Zu praktisch allen Standard-Feldbussystemen bietet Nord Module, die einfach in den Umrichter gesteckt werden und ihn in das Feldbusnetz einbinden.

Performance der Pumpen sichern

Durch die Integration der PLC in die Frequenzumrichter können die dezentralen Pumpenantriebe Master-Slave-Gruppen bilden, die miteinander kommunizieren und eigenständig Steuerungsaufgaben übernehmen. Die PLC erfasst und verarbeitet die Antriebs- sowie Pumpendaten (zum Beispiel Durchfluss, Druck, Differenzdruck und Temperatur) und kann Ablaufsteuerungen autark einleiten.

Kommt es zum Beispiel in einem Klärwerk mit einem sich selbst überwachenden System von Abwasserpumpen zu einer Blockade, wird diese erkannt und – wenn möglich – selbständig gelöst. Ist dies nicht machbar, wird die Blockade im Abwasserrohr an die zentrale Steuerung gemeldet und ein vernetzter Ersatzantrieb angesteuert. Diese kontinuierliche Überwachung der Feldebene, die Verknüpfung von Kommunikation, Sensorik (Temperatur, Stromaufnahme), Prozessdaten (Drehmoment, Beschleunigung, Drehzahl) und den Vitalparametern des Antriebs ermöglicht eine kontinuierliche Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und legt damit die Basis für eine zustandsorientierte Instandhaltung.

Zusammen mit dem Anwender kann Nord Predictive-Maintenance-Lösungen für eine vorausschauende und damit planbare Wartung der Pumpenantriebe entwickeln. Ziel dieser Algorithmen ist es, ungeplante Stillstandszeiten zu verringern, Wartungs- und Instandhaltungskosten zu reduzieren sowie die Lebensdauer der Antriebe und angeschlossenen Pumpen zu erhöhen.

Frequenzumrichter flexibel einbinden

Aufgrund seines großen Funktionsumfangs und seiner hohen Flexibilität hat sich im Pumpenbereich vor allem der Frequenzumrichter Nordac Flex – SK 200E bewährt. Er bietet Leistungen bis 22 kW und lässt sich durch vielfältiges Zubehör auch nachträglich noch problemlos an veränderte Gegebenheiten anpassen.

Durch einen Wechselspeicher in Form eines EEPROMs, das den Parametersatz und das PLC-Programm enthält, können die Einstellungen der PLC bei einem Austausch unkompliziert von einem Umrichter auf einen anderen übertragen werden. Die Energiesparfunktion für den Teillastbereich ermöglicht bei wechselnden Anforderungen eine automatische Anpassung der Motorleistung an den tatsächlichen Bedarf.

Darüber hinaus verfügt der Nordac Flex über alle notwendigen Schnittstellen, um ihn in die Automatisierungslösungen auf Kundenseite einzubinden. Neben digitalen Schnittstellen bringt er auch die Möglichkeit zur Analogwertaufbereitung mit und kann so Durchflusssensoren und Dosiersensoren der Anwender auswerten. Hohe Schutzarten bis IP66 sorgen für einen sicheren Betrieb.

Energieverbrauch senken

Da Pumpenantriebe meist rund um die Uhr ohne Unterbrechung im Einsatz sind, sind energieeffiziente Lösungen besonders gefragt. Mit modernen IE4-Synchronmotoren liefert der Hersteller für Antriebstechnik leistungsstarke und gleichzeitig wirtschaftliche Antworten.

Mittels PMSM-Technik (Permanentmagnet-Synchronmotor-Technik) haben die Motoren einen hohen und relativ konstanten Wirkungsgrad über einen weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich und bieten so auch in Teillast- und Teildrehzahlbereichen eine optimale Energieverbrauchsperformance – ein klarer Vorteil gegenüber herkömmlicher IE1-, IE2-, oder IE3-Asynchrontechnik. So erreichen sie hohe Kostenreduzierungen über die gesamte Lebenslaufzeit und einen schnellen Break-even-Point bei nur geringem zusätzlichen Investitionsbedarf.

Fazit

Ob Wasserver- und Abwasserentsorgung, Prozess- und Verfahrenstechnik oder Lebensmittel- und Getränkeindustrie – Pumpensysteme kommen in nahezu allen Branchen zum Einsatz und sind elementarer Bestandteil der Anlagen. Die dezentralen Antriebe von Nord Drivesystems sind vernetzt, autark sowie skalierbar. Damit erfüllen sie hohe Ansprüche an Flexibilität, Modularität und Anwenderfreundlichkeit und werden dem steigenden Automatisierungs- und Vernetzungsgrad in der Pumpenindustrie optimal gerecht. Darüber hinaus garantieren sie einen zuverlässigen sowie sicheren Betrieb und eröffnen zahlreiche Möglichkeiten zur Prozess-, Energie- und Kostenoptimierung.

Bildergalerie

  • Der Frequenzumrichter Nordac Flex – SK 200E bietet Leistungen bis 22 kW und lässt sich durch vielfältiges Zubehör auch nachträglich an veränderte Gegebenheiten anpassen.

    Bild: Nord Drivesystems

  • Durch ihren modularen Aufbau können die Umrichter in vielfältigen Szenarien für Automationsnetzwerke im Industrie-4.0-Zeitalter eingesetzt werden.

    Bild: Nord Drivesystems

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