Gestion de systèmes à plusieurs compresseurs: utilisation de contrôles pour améliorer les performances
Par Chad Larrabee, compagnie Ingersoll Rand
Un schéma de contrôle non géré pour une banque de compresseurs d’air est une recette pour une consommation inutile d’énergie, ainsi que pour une maintenance accrue ou non planifiée. Le fait de contrôler les compresseurs d'air avec uniquement leurs contrôleurs intégrés peut être à l'origine d'un ou plusieurs des problèmes suivants:
Trop de compresseurs fonctionnent.
La mauvaise combinaison de compresseurs est en cours d'exécution.
La pression est plus élevée que nécessaire.
Comment cela se produit-il? L'examen des signaux, des différentiels et des points de réglage constitue la première étape pour comprendre la complexité d'un système exploité uniquement par des contrôleurs intégrés. Considérez le schéma à une ligne pour un système donné ci-dessous:
Un système à trois compresseurs avec filtration et sécheurs avec localisation du signal pour chaque compresseur (pour simplifier, le système de distribution n'est pas montré).
Chaque compresseur a son propre signal de pression situé à la sortie du compresseur et avant l'équipement de traitement de l'air (filtres et dessiccateur). Pour s'assurer que chaque compresseur est «aligné» du point de vue du contrôle, chaque transducteur de pression doit être parfaitement étalonné l'un avec l'autre.
La pression différentielle pour chaque série de traitement de l'air est indiquée.
La quantité de pression différentielle (ou chute de pression) mesurée entre le refoulement des compresseurs (emplacement du signal) et le réservoir de réception en aval de l'équipement de traitement de l'air influence également le schéma de commande. À moins que tous les équipements de traitement de l'air et la tuyauterie associée aient exactement la même perte de charge, le contrôle des compresseurs ne sera pas aligné. Malheureusement, ce n'est presque jamais le cas en raison des caractéristiques différentes des équipements de traitement de l'air, des configurations de tuyauterie sur site et des intervalles de maintenance. Avec des différentiels et des signaux incompatibles, trop de compresseurs fonctionnent, ce qui gaspille de l'énergie et augmente inutilement les intervalles de maintenance.
Les points de consigne sont maintenant indiqués avec un delta de 10 psi sur le contrôleur, mais le différentiel effectif est réduit avec la chute de pression dans l'équipement de traitement d'air.
Enfin, le contrôle des compresseurs est influencé par les points de consigne du contrôle du compresseur. Si le compresseur est à vitesse fixe, il sera contrôlé par une vanne d'admission généralement en mode de contrôle de charge / déchargement, ce qui signifie que la vanne est ouverte à 100% ou fermée à 100%. En règle générale, les points de consigne du point de chargement et du point de déchargement sont distants de 10 psi. Si le compresseur est contrôlé par la vitesse du moteur, à l'aide d'un variateur de vitesse, les «points de consigne» deviennent une «pression cible». Avec plusieurs compresseurs en commande locale, les points de consigne sont en cascade sur une large plage, provoquant la première les compresseurs doivent fonctionner à une pression élevée pour maintenir le schéma de contrôle en cascade du point de consigne.
Les points de consigne pour un système à six compresseurs sont indiqués avec une pression du système pouvant aller jusqu'à 35 psi par rapport à la pression requise.
Les systèmes de contrôle en cascade augmentent la consommation d'énergie dans un système en raison de la pression élevée. Dans l'exemple ci-dessus, le dernier compresseur à démarrer est réglé sur la pression minimale autorisée de l'installation, 90 psig. Cependant, le premier compresseur à s’allumer et, par conséquent, le dernier à s’éteindre avec une réduction de la demande est configuré pour charger à 115 psig et décharger à 125 psig. Dans les situations de faible demande, le système peut fonctionner à une pression supérieure à la pression minimale requise de 25 à 35 psig. Cela générerait une consommation d'énergie supérieure d'environ 15% au compresseur par rapport à la demande. De plus, la demande non réglementée dans l'usine consommerait maintenant plus de pieds cubes par minute (cfm) au niveau de pression élevé, ce qui augmenterait les déchets. Une pression élevée gaspille de l'énergie et crée une demande artificielle dans le système.
Exercice de contrôle avec les contrôleurs Smart System
Comment aligner les signaux, les différentiels et les points de consigne pour éliminer les pertes et les pressions élevées? Un contrôleur de système agira comme un conducteur de la symphonie, ordonnant aux compresseurs de répondre à un signal commun, à une bande de pression commune et de prendre en charge les différentiels. Un contrôleur de système doté des algorithmes et de la logique appropriés fera correspondre de manière dynamique l’alimentation en air comprimé à la demande en air comprimé et n’utilisera que les compresseurs nécessaires pour obtenir une combinaison plus économe en énergie.
Dans le passé, plusieurs systèmes de compresseurs étaient contrôlés à l'aide d'un séquenceur rudimentaire visant à équilibrer l'utilisation des compresseurs pour des heures de fonctionnement égales. Bien que le séquenceur ait un signal et une bande de pression communs, il n’avait pas l’intelligence nécessaire pour prendre en compte le taux de changement ou la taille du compresseur. En conséquence, les compresseurs peuvent fonctionner inutilement ou dans une mauvaise combinaison, même avec un séquençage.
Un contrôleur de système intelligent intègre l'intelligence, en tenant compte de la capacité nominale de chaque compresseur, ainsi que des retards délibérés et des points de contrôle itératifs pour s'assurer qu'il répond à ce qui se passe dans le système. En plus d'adapter dynamiquement l'offre à la demande, certains contrôleurs de système intègrent des fonctionnalités améliorées pour améliorer l'efficacité et réduire le nombre de compresseurs en fonctionnement.
Un exemple est le contrôle anti-cyclisme. Supposons que le signal de pression chute à un certain taux basé sur un événement de demande du système appelant plus d'air. Lorsque la pression diminue à l'emplacement du signal, le contrôleur peut charger un autre compresseur pour répondre à la demande, mais le signal de pression continue de diminuer. Cela peut se produire si le compresseur est autorisé au démarrage, c'est-à-dire le temps nécessaire à un compresseur pour démarrer et fournir de l'air à la pression nominale.
Le pré-remplissage du système est un autre schéma de contrôle différencié pris en charge par certains contrôleurs de système. Le préremplissage fournit une méthode économe en énergie pour augmenter la pression à des niveaux de fonctionnement normaux au démarrage du système. Cette fonction évite que tous les compresseurs ne démarrent et ne se chargent de manière inefficace afin de permettre à la pression du système d’atteindre rapidement des niveaux normaux.
En outre, le mode veille du système offre la possibilité de maintenir les compresseurs «hors ligne» afin de minimiser les pertes dues aux fuites dans les systèmes sous pression inactifs pendant des périodes non productives.
Les avantages de la connectivité à distance
Des contrôles de système efficaces peuvent être appliqués à toutes les marques de compresseurs et liés pour la surveillance et le contrôle à de nombreux systèmes de contrôle distribués (DCS) existants. De nombreux fabricants développent et fournissent leur propre interface utilisateur graphique et de surveillance pour visualiser ce qui se passe dans le système avec les tendances de données signalées au besoin. En outre, le contrôle Web à distance est généralement disponible avec ce type de système.
Les communications à distance présentent de nombreux avantages. Envisagez un compresseur d'air sans connectivité à distance générant une alerte ou se déclenchant sur une alarme pendant une période de travail réduite en production lorsque le personnel de maintenance expérimenté n'est pas disponible. La production de l'usine serait menacée, car le personnel de l'usine doit maintenant réagir à l'interruption de l'alimentation en air comprimé. Selon le degré de procédures documentées, un temps de production précieux pourrait être perdu tant qu'un service d'urgence est localisé et qu'un fournisseur de services est contacté et envoyé.
Et tenez compte de la réaction du responsable de la maintenance principal s'il est contacté pendant son temps personnel. Considérons maintenant le même scénario, mais avec une notification d'alerte mobile intégrée au système de contrôle où l'alarme avertit immédiatement le fournisseur de services. Le fournisseur de services peut rapidement évaluer la situation à distance, en examinant les paramètres de fonctionnement, la nature de l'arrêt, et même redémarrer le compresseur si de telles autorisations sont accordées. La rapidité et la qualité de la réponse augmentent considérablement.
Ceci est un scénario réel et il met en évidence les nombreuses solutions proposées par la connectivité à distance:
Information et surveillance
Alertes et notifications
Diagnostique
Télécommande complète
Des alertes automatisées aident à surveiller les performances du système
En plus d’avoir accès à l’état du système pour la surveillance des performances et de l’état d’intégrité, la solution distante offrirait également la possibilité d’évaluer les principaux paramètres de fonctionnement et les tendances à l’aide de capacités graphiques, en indiquant rapidement les défaillances potentielles. Par conséquent, la maintenance peut être planifiée et la probabilité d'une alerte ou d'un déclenchement intempestif est réduite.
La fonction de génération de rapports des contrôleurs peut également être programmée pour envoyer des courriers électroniques quotidiennement avec les paramètres de fonctionnement critiques au personnel clé ou au fournisseur de services. Dans le passé, les responsables de la maintenance traditionnels avaient accroché un presse-papiers au compresseur avec un crayon ou un stylo. Toutes les heures, le personnel de maintenance devait faire défiler l'écran du contrôleur local et enregistrer les paramètres de fonctionnement dans le presse-papiers. Les draps étaient collectés quotidiennement et rapidement stockés dans un endroit où personne ne pourrait jamais trouver si nécessaire. Pensez à accéder automatiquement à cet enregistrement toutes les heures ou à tout intervalle souhaité par l'utilisateur, puis enregistrez-le dans un document PDF qui peut être envoyé par courrier électronique et / ou stocké électroniquement pour une extraction facile.
Pour la maintenance planifiée, un planificateur de maintenance doit également être spécifié. Les rappels et les planificateurs étant possibles, aucune maintenance n'est manquée, ce qui crée la confiance en la disponibilité et la fiabilité de l'équipement.
Les contrôles continuent de progresser, l'accent étant mis sur l'amélioration de la productivité et de la durabilité. Peut-être qu'un appel à votre fournisseur peut-être pour améliorer votre système d'exploitation afin d'optimiser la fiabilité et l'efficacité.
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