Shanghai Zhonghan Electric: Projektbeispiel für die Drehzahlregelung (VFD) von Wasserpumpstationen

I. Projektübersicht

Um Probleme wie hohen Energieverbrauch, instabile Druckregelung und übermäßigen manuellen Wartungsaufwand im Wasserversorgungssystem zu beheben, beauftragte eine kommunale Wasserpumpstation Shanghai Zhonghan Electric mit der Konzeption, Fertigung, Programmierung und Inbetriebnahme einer vollautomatischen Steuerungslösung für Wasserpumpen. Die zentrale Anforderung bestand darin, eine VFD-Steuerungskabine zu installieren, um eine drehzahlgeregelte Frequenzsteuerung, eine konstante Druckregelung sowie eine intelligente Überwachung der Wasserpumpen zu realisieren und so eine stabile Wasserversorgung sicherzustellen, während gleichzeitig der Energieverbrauch und die Betriebskosten deutlich gesenkt werden. Shanghai Zhonghan Electric lieferte eine schlüsselfertige Lösung, die sämtliche Projektanforderungen erfüllte und einen langfristig stabilen Betrieb gewährleistete.

II. Kernkonfiguration und Lösung der VFD-Steuerungskabine

1. Auswahl und Komponenten der VFD-Steuerungskabine

Im Mittelpunkt der Lösung stand der VFD-Steuerungsschrank, der speziell nach den Anforderungen der Pumpstation gefertigt wurde. Wir wählten leistungsstarke, industrielle Frequenzumrichter (VFDs) einer führenden Marke aus, die sich durch hohe Robustheit, Überlastschutz und präzise Drehzahlregelungsfähigkeit auszeichnen. Diese Umrichter wurden nahtlos in den VFD-Steuerungsschrank integriert, wodurch eine stufenlose Drehzahlanpassung der Wasserpumpen entsprechend der aktuellen Wassernachfrage möglich war – und damit die Ineffizienzen der herkömmlichen Ein-/Aus-Schaltung eliminiert wurden. Der Schrank enthielt zudem wesentliche Schutzeinrichtungen, darunter Überspannungs-, Unterspannungs-, Überstrom- und Thermoschutz, um Sicherheit und Zuverlässigkeit des gesamten Systems zu gewährleisten.

2. Hardware-Konfiguration des VFD-Steuerungsschranks

Der VFD-Schaltschrank wurde aus hochwertigem kaltgewalztem Stahl gefertigt und mit einer langlebigen elektrostatischen Pulverbeschichtung versehen, um Korrosionsschutz und Staubgeschütztheit zu gewährleisten und ihn somit für die feuchte Umgebung der Pumpstation geeignet zu machen. Die Schranktür war mit einem benutzerfreundlichen HMI-Touchscreen ausgestattet, der es den Bedienern vor Ort ermöglichte, Echtzeitdaten wie Druck, Durchflussmenge und Motordrehzahl zu überwachen sowie Parameter anzupassen und Fehlerbehebungen durchzuführen. Im Inneren des VFD-Schaltschranks waren die Komponenten ordnungsgemäß angeordnet und gemäß internationalen Standards verdrahtet; zudem waren sie klar beschriftet und verfügten über ausreichend Platz zur Wärmeableitung, um eine Überhitzung während des Dauerbetriebs zu verhindern.

3. Kommunikation & Steuerungslogik

Das System verwendete eine verteilte Steuerungsarchitektur, wobei der Drehzahlregler-Steuerungsschrank als zentrale Steuereinheit fungierte. Die Kommunikation zwischen dem Drehzahlregler-Steuerungsschrank und dem ferngesteuerten Überwachungssystem erfolgte über Industrial Ethernet, um eine stabile und schnelle Datenübertragung zu gewährleisten. Die Steuerungslogik war so ausgelegt, dass ein konstanter Wasserdruck mittels PID-Regelung in einer geschlossenen Schleife aufrechterhalten wird: Bei steigendem Wasserverbrauch erhöht der Drehzahlregler-Steuerungsschrank automatisch die Pumpendrehzahl; bei sinkendem Verbrauch verringert er sie, um Energie zu sparen. Das System unterstützte zudem eine manuelle/automatische Zweimodus-Steuerung, sodass Bediener den Betriebsmodus nach Bedarf umschalten konnten. Zusätzlich verfügte der Drehzahlregler-Steuerungsschrank über automatische Störmeldung und Protokollierungsfunktionen, die eine schnelle Rückmeldung bei eventuellen Anomalien ermöglichten, um Ausfallzeiten zu minimieren.

III. Projektdurchführung und Leistungen

Shanghai Zhonghan Electric bot umfassende Full-Service-Leistungen während des gesamten Projektzyklus:

• Konzeptentwurf: Durchführung von Vor-Ort-Untersuchungen zur Analyse der Betriebsbedingungen der Pumpstation und Erstellung einer maßgeschneiderten Lösung für ein Drehzahlregelungssteuerpult (VFD).
• Fertigung und Montage: Herstellung des Drehzahlregelungssteuerpults (VFD) gemäß den Konstruktionsvorgaben unter Einbindung der VFDs, SPS-Module, HMI und Schutzeinrichtungen.
• Softwareprogrammierung: Entwicklung der Steuerlogik und der HMI-Oberfläche für das Drehzahlregelungssteuerpult (VFD) einschließlich der Funktionen für die konstante Druckregelung und die Störungsbehandlung.
• Inbetriebnahme vor Ort: Einsatz erfahrener Ingenieure zur Installation, Verdrahtung und Inbetriebnahme des Drehzahlregelungssteuerpults (VFD) sowie Durchführung von Systemtests, um eine stabile Kommunikation und Steuerung der Pumpen sicherzustellen.
• Schulung und Übergabe: Durchführung einer Bedienungs- und Wartungsschulung für das Personal des Kunden sowie Übergabe sämtlicher technischer Dokumente; erfolgreich abgeschlossene Projektabnahme.

IV. Projektergebnisse

Nach der Inbetriebnahme erreichte das VFD-Schaltanlagensystem einen stabilen und effizienten Betrieb. Die Wasserpumpstation realisierte eine vollautomatische konstante Druckwasserversorgung, wobei die Druckschwankungen auf ±2 % begrenzt wurden. Im Vergleich zum vorherigen System war der Energieeinspareffekt signifikant, der Stromverbrauch sank um mehr als 30 %. Die VFD-Schaltanlage entfiel die Notwendigkeit häufiger manueller Einstellungen und reduzierte so die Arbeitsbelastung des vor-Ort-Personals erheblich. Die Störmeldungsfunktion des Systems ermöglichte eine rechtzeitige Wartung und minimierte ungeplante Ausfallzeiten. Das Projekt wurde termingerecht abgeschlossen, erfüllte sämtliche Erwartungen des Kunden und erhielt für Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit hohe Anerkennung.

V. Projektzusammenfassung

Dieses Projekt für eine Wasserpumpstation zeigt die starken Kompetenzen von Shanghai Zhonghan Electric im Entwurf und der Implementierung von Drehzahlregelungsschaltanlagen (VFD) für Anwendungen in der Wasseraufbereitung. Die kundenspezifische VFD-Schaltanlage löste nicht nur die Probleme des Kunden hinsichtlich eines hohen Energieverbrauchs und eines instabilen Betriebs, sondern stellte zudem ein skalierbares, intelligentes Steuerungssystem bereit, das sich problemlos an zukünftige Erweiterungen anpassen lässt. Shanghai Zhonghan Electric wird auch zukünftig hochwertige VFD-Schaltanlagenlösungen entwickeln und damit weiterhin mehr Wasserversorgungsanlagen bei der Erreichung von Energieeffizienz, Betriebssicherheit und intelligenter Steuerung unterstützen.