Sterowanie zespołem sprężarek: kaskada czy sterownik nadrzędny
Kiedy sterowanie kaskadowe przestaje wystarczać
Dopóki w sprężarkowni pracuje jedna maszyna, sterowanie sprowadza się do dwóch nastaw: ciśnienia załączenia i wyłączenia. Problem zaczyna się przy drugiej i trzeciej sprężarce, bo każda z nich potrzebuje własnego okna ciśnień, żeby maszyny nie startowały jednocześnie.
Te okna trzeba ułożyć jedno pod drugim. Im więcej urządzeń, tym szersze robi się pasmo od najniższego ciśnienia załączenia ostatniej maszyny do najwyższego ciśnienia wyłączenia pierwszej. Sieć pracuje wtedy średnio przy wyższym ciśnieniu, niż wynika z potrzeb odbiorników, a każdy nadmiarowy bar kosztuje energię i powiększa ubytek przez nieszczelności.
Jak działa układ kaskadowy i gdzie traci
W kaskadzie decyzję podejmuje każda sprężarka osobno, na podstawie ciśnienia, jakie widzi na swoim czujniku. Nie wie, co robią pozostałe.
Maszyny załączają się więc kolejno w miarę spadku ciśnienia i wyłączają kolejno przy jego wzroście, zawsze w tej samej kolejności. Nastawy są sztywne, przez co układ nie reaguje na zmianę profilu poboru w ciągu zmiany ani na to, że jedno z urządzeń wymaga przeglądu.
Skutkiem stałej kolejności jest nierówne rozłożenie godzin pracy: pierwsza maszyna w kaskadzie zbiera ich najwięcej, ostatnia stoi. Ta ostatnia pokrywa zwykle niewielki nadmiar poboru, a przez resztę czasu biegnie jałowo.
Bieg jałowy jest tu kosztem najbardziej niewidocznym. Maszyna nie tłoczy powietrza do sieci, licznik energii pracuje dalej, a na fakturze nie widać, która część zużycia wynikła z pracy produkcyjnej, a która z podtrzymywania gotowości.
Co zmienia sterownik nadrzędny
Sterownik nadrzędny zbiera dane z całej sprężarkowni i rozdziela zadania między maszyny na podstawie jednego, wspólnego pomiaru ciśnienia w sieci oraz aktualnego poboru. Zamiast kilku pasm nastaw pojawia się jedno, węższe.
| Kryterium | Kaskada | Sterownik nadrzędny |
|---|---|---|
| Podstawa decyzji | Ciśnienie na czujniku każdej maszyny osobno | Wspólny pomiar ciśnienia i poboru w sieci |
| Pasmo ciśnień | Rozszerza się z każdą kolejną maszyną | Jedno pasmo, niezależne od liczby maszyn |
| Kolejność pracy | Stała, wynika z nastaw | Zmienna, z wyrównywaniem godzin pracy |
| Reakcja na zmianę poboru | Brak, nastawy są sztywne | Dobór liczby pracujących maszyn na bieżąco |
| Informacja o stanie maszyn | Osobno na każdym urządzeniu | Zbiorcza, lokalnie i zdalnie |
Poza samym ciśnieniem układ pilnuje spraw eksploatacyjnych: wyrównuje godziny pracy między urządzeniami, sygnalizuje zbliżające się czynności serwisowe, zgłasza usterki i pozwala zmieniać parametry pracy bez ingerencji w każdą maszynę osobno. Koordynuje też pracę sprężarek z urządzeniami uzdatniającymi, czyli osuszaczami, filtrami i spustami kondensatu, żeby nie pracowały wtedy, gdy nie ma czego uzdatniać.
Kiedy inwestycja w sterowanie ma sens
Nie każda sprężarkownia potrzebuje sterownika nadrzędnego. Warto rozważyć go wtedy, gdy zachodzi kilka poniższych okoliczności naraz.
- W sprężarkowni pracują co najmniej dwie maszyny o zbliżonej lub różnej wydajności.
- Pobór jest zmienny w ciągu doby albo tygodnia, a nie płaski.
- Urządzenia pochodzą z różnych okresów i mają różne charakterystyki pracy.
- Zakład planuje dołożyć maszynę o zmiennej wydajności do istniejącego parku.
- Nikt nie potrafi odpowiedzieć, ile godzin w miesiącu każda ze sprężarek pracuje pod obciążeniem.
Ostatni punkt bywa najważniejszy, bo pokazuje, że w sprężarkowni brakuje nie tylko sterowania, ale i pomiaru. Dobór układu zaczyna się wtedy od inwentaryzacji maszyn i od tego, jakimi interfejsami dysponują ich własne sterowniki. Tym zakresem zajmują się dostawcy prowadzący sterowniki i układy sterowania obok samych sprężarek.
Maszyna o zmiennej wydajności w układzie mieszanym
Częsty scenariusz w polskich zakładach wygląda tak: stoją dwie starsze sprężarki o stałej wydajności, a jako trzecią kupuje się urządzenie o zmiennej wydajności. Sens takiego układu polega na tym, żeby maszyny o stałej wydajności pokrywały podstawę obciążenia, a zmiennoobrotowa nadążała za wahaniami poboru.
Bez nadrzędnego sterowania ten podział nie zadziała, bo w kaskadzie o kolejności decydują nastawy ciśnień, a nie rola maszyny w układzie. Zdarza się wtedy, że sprężarka o zmiennej wydajności pracuje ciągle na maksimum, a starsze urządzenia przejmują rolę regulacyjną, do której nie są przystosowane. Przy doborze warto omówić ten scenariusz z dostawcą, bo firmy prowadzące sprzedaż i serwis sprężarek dobierają w takich przypadkach sterowanie razem z maszyną, nie po jej uruchomieniu.
Najczęstsze pytania
Czy sterownik nadrzędny działa ze sprężarkami różnych producentów
Zwykle tak, choć zakres funkcji zależy od tego, jakim interfejsem dysponuje każda maszyna. Starsze urządzenia bywają włączane sygnałem bezpotencjałowym, co pozwala nimi załączać i wyłączać, ale nie daje pełnego odczytu parametrów. Przy inwentaryzacji warto spisać typ sterownika w każdej sprężarce.
Czy samo obniżenie ciśnienia w sieci nie wystarczy
Obniżenie nastawy jest najtańszym krokiem i warto go zrobić, ale ma granicę wyznaczoną przez odbiornik o najwyższych wymaganiach oraz przez spadki ciśnienia w instalacji. Sterowanie nadrzędne pozwala pracować bliżej tej granicy, bo utrzymuje ciśnienie w węższym paśmie.
Od czego zacząć, gdy nie ma żadnych danych o pracy maszyn
Od rejestracji ciśnienia w sieci oraz czasu pracy każdej sprężarki pod obciążeniem i bez obciążenia przez co najmniej jeden pełny tydzień produkcyjny. Ten zestaw danych wystarcza, żeby ocenić, czy problemem jest sterowanie, dobór maszyn, czy profil poboru. Bez niego dobór układu opiera się na deklaracjach, a nie na obrazie rzeczywistej pracy sprężarkowni.
Czy monitoring zdalny jest konieczny
Nie jest warunkiem poprawnej pracy układu, ale skraca czas reakcji na usterkę i daje historię pracy maszyn. W zakładach bez stałej obsługi sprężarkowni bywa to jedyny sposób, żeby ktokolwiek zauważył, że jedno z urządzeń pracuje inaczej niż zwykle.
