Système de Surpression d’eau à Fréquence Variable et Pression Constante Basé sur PLC

Afin de garantir que les équipements d’alimentation en eau de production industrielle puissent ajuster automatiquement la vitesse et la puissance de la pompe et maintenir une pression d’eau constante, un système d’alimentation en eau à fréquence variable et à pression constante basé sur un automate programmable industriel (PLC) a été conçu. Il utilise une technologie de fréquence variable et une stratégie de contrôle de pression constante pour assurer une alimentation en eau stable. L’ensemble du système comprend une pompe à eau, un vase d’expansion et un système de contrôle électronique intelligent. Ses principaux avantages sont l’absence de construction de château d’eau, un faible investissement, un faible encombrement, une configuration flexible et une régulation automatique de l’eau et du gaz. De plus, il est automatiquement raccordé au réseau d’eau du robinet, ce qui permet de continuer à fournir de l’eau après une panne de courant et ne nécessite aucune surveillance après la mise en service.

Image: Schéma du Système de Surpression de l’alimentation en Eau

1. Aperçu

L’équipement d’alimentation en eau à fréquence variable et à pression constante est un nouveau type d’équipement économe en énergie. Il utilise une technologie de contrôle par micro-ordinateur pour combiner un régulateur de vitesse à fréquence variable et une pompe à eau motorisée. L’équipement utilise la pression d’eau à la sortie de la pompe (ou le débit d’eau de l’utilisateur) comme paramètre de réglage et contrôle automatiquement la fréquence de sortie du variateur de fréquence via le micro-ordinateur pour ajuster la vitesse du moteur de la pompe. Ainsi, la pression d’eau du réseau de canalisations de l’utilisateur est régulée en boucle fermée. Le système d’alimentation en eau maintient ainsi automatiquement une pression constante à la valeur de consigne, garantissant ainsi un rendement optimal et des économies d’énergie optimales.

L’équipement présenté ici utilise un système d’alimentation pneumatique. Lorsque la pression du réseau d’alimentation répond aux besoins en eau, le système alimente directement le réseau via un clapet anti-retour de dérivation. lorsque la pression du réseau d’alimentation en eau ne peut pas répondre aux besoins d’utilisation de l’eau, le signal de pression du système est renvoyé à l’armoire de commande par le capteur de pression, et la pompe à eau fonctionne avec une fréquence variable et ajuste automatiquement la vitesse en fonction de la quantité d’eau utilisée pour maintenir l’alimentation en eau normale dans le système.

2. Composition du Système et Mode de Fonctionnement

2.1 Composition de l’équipement

L’équipement d’alimentation en eau à pression constante et à fréquence variable comprend un écran d’affichage, un module d’entrée, un module de sortie, un convertisseur de fréquence et un bloc d’alimentation. Chaque unité est contrôlée par un automate programmable industriel (API) pour assurer une alimentation en eau à pression constante.

1. Module d’entrée: Le module d’entrée permet de recevoir des signaux de capteurs ou de commutateurs externes et de les convertir en signaux numériques pour traitement par l’automate programmable. Par exemple, un capteur de pression peut être intégré à un module d’entrée pour détecter la pression d’une conduite d’alimentation en eau.
2. Module de Sortie: Le module de sortie permet de convertir le signal de sortie de l’automate programmable en un signal permettant de commander un actionneur externe. Par exemple, il peut piloter le variateur de fréquence pour ajuster la fréquence de fonctionnement de la pompe à eau et maintenir une pression d’alimentation constante.
3. Convertisseur de Fréquence: Le convertisseur de fréquence est un dispositif électronique permettant de contrôler la vitesse et la puissance de sortie du moteur. Dans les équipements d’alimentation en eau à fréquence variable et à pression constante, le convertisseur de fréquence permet d’ajuster la vitesse de la pompe à eau afin d’obtenir une pression d’alimentation constante. Il reçoit le signal de sortie de l’automate programmable et ajuste la fréquence de fonctionnement de la pompe à eau selon les besoins.
4. Unité de Commande et d’affichage: L’unité de commande et d’affichage est l’interface permettant aux utilisateurs d’interagir avec le système de contrôle de l’équipement d’alimentation en eau à fréquence variable et à pression constante. Elle est généralement composée d’un écran tactile ou d’un clavier, permettant d’afficher l’état du système, de recevoir les commandes utilisateur et de fournir des informations sur les alarmes et les diagnostics de panne.
5. Bloc d’alimentation: Le bloc d’alimentation fournit une tension d’alimentation stable pour l’ensemble du système de contrôle afin de garantir le fonctionnement normal du système.

Les composants ci-dessus sont reliés par des câbles ou des bus pour former un système complet de contrôle d’équipement d’alimentation en eau à fréquence variable et pression constante basé sur un automate programmable (API). Grâce à la programmation et au paramétrage de l’API, le système peut exécuter des fonctions telles que le contrôle automatique, la surveillance et le diagnostic des pannes, et améliorer la stabilité et l’efficacité du système d’alimentation en eau. Comme illustré à la Figure 1.

Figure 1: Diagramme des Composants du Système

2.2 Structure Matérielle du Système de Contrôle

L’équipement d’alimentation en eau à fréquence variable et pression constante adopte un système de contrôle en boucle fermée avancé. Le régulateur de pression, situé sur le réseau de canalisations de sortie, échantillonne la pression de l’eau et la convertit en un signal électrique correspondant, transmis au processeur central intelligent du variateur de fréquence pour contrôle. Ce dernier reçoit le signal de pression réel du réseau et le compare à la valeur de pression définie par l’utilisateur. La fréquence de sortie du variateur est régulée par la valeur d’écart afin de modifier la puissance de sortie du moteur. Parallèlement, la vitesse de la pompe est automatiquement ajustée ou la pompe à eau est démarrée et arrêtée en fonction de l’évolution de la consommation d’eau du réseau. Lorsque la consommation d’eau augmente, la tension et la fréquence de sortie augmentent, la vitesse de la pompe augmente et le débit d’eau augmente ; lorsque la consommation d’eau diminue, la vitesse de la pompe diminue, le débit d’eau diminue et la pression d’alimentation est maintenue constante. La structure matérielle du système de contrôle est illustrée à la figure 2.

Figure 2: Diagramme de la Structure du Système Matériel

2.3 Mode de Fonctionnement

Pendant le fonctionnement, le capteur de pression d’eau et le variateur de fréquence du système d’alimentation en eau à pression constante peuvent tomber en panne en raison de pertes et de l’influence de l’environnement extérieur. Pour éviter toute panne, différents modes doivent être définis en fonction des besoins. Les modes de fonctionnement spécifiques disponibles sont les suivants :

1. Mode de Pression Constante: En mode pression constante, l’appareil ajuste automatiquement la vitesse de la pompe en fonction de la pression cible définie afin de maintenir une pression d’alimentation en eau constante. Lorsque la pression d’alimentation est inférieure à la pression cible définie, l’appareil augmente la vitesse de la pompe ; lorsqu’elle est supérieure à la pression cible définie, l’appareil la réduit. Ce mode est adapté aux applications nécessitant une pression d’alimentation en eau stable, comme les bâtiments résidentiels et commerciaux.
2. Mode de Débit Constant: En mode débit constant, l’appareil ajuste automatiquement la vitesse de la pompe pour maintenir un débit d’alimentation en eau constant. Dans ce mode, l’appareil ajuste la vitesse de fonctionnement de la pompe en fonction du débit cible défini pour répondre à des besoins spécifiques. Ce mode est adapté aux applications nécessitant un débit stable, telles que les systèmes de refroidissement, la production industrielle, etc.
3. Mode économie d’énergie: En mode économie d’énergie, l’appareil ajuste la vitesse de la pompe à eau pour optimiser son rendement énergétique en fonction de la demande réelle et des variations de pression de la conduite d’alimentation en eau. Ce mode ajuste automatiquement le débit de la pompe à eau en fonction des variations de charge afin de minimiser la consommation d’énergie et d’assurer le bon fonctionnement du système d’alimentation en eau. Ce mode est généralement associé à la fonction de pression ou de débit constant pour optimiser l’efficacité du système d’alimentation en eau.
4. Mode équilibré: En mode équilibré, l’appareil ajuste automatiquement la vitesse de chaque pompe pour assurer un approvisionnement en eau équilibré en fonction de l’état de fonctionnement et des besoins de chaque pompe. En équilibrant dynamiquement le débit des différentes pompes, ce mode améliore la fiabilité du système, équilibre les charges et prolonge la durée de vie des pompes.

3. Logiciel Système

3.1 Flux du Logiciel Système

Le système logiciel comprend une interface utilisateur, un contrôleur, un capteur, un variateur de fréquence, un module de communication, ainsi que des fonctions de stockage et de traitement des données. Son processus logiciel comprend le démarrage et l’initialisation, l’interaction avec l’interface utilisateur, l’acquisition de données et le retour d’informations des capteurs, le contrôle du variateur de fréquence, l’enregistrement des données et les alarmes, etc.

1. Démarrage et Initialisation: Au démarrage du système, chaque composant est initialisé. Le contrôleur démarre et charge les paramètres par défaut, le module de communication établit une connexion avec le système externe et le capteur effectue un autotest et un étalonnage.
2. Interaction de l’interface Utilisateur: Les utilisateurs interagissent avec l’appareil via l’interface utilisateur. Ils peuvent définir la pression cible, surveiller la pression et le débit en temps réel, consulter les informations d’alarme, etc. L’interface utilisateur transmet les données utilisateur au contrôleur.
3. Collecte de Données et Retour d’information des Capteurs: Le capteur collecte des données telles que la pression et le débit de la canalisation d’alimentation en eau en temps réel et les transmet au contrôleur. Ce dernier reçoit ces données pour surveiller l’état actuel de l’alimentation en eau.
4. Contrôle du Variateur de Fréquence: Le contrôleur envoie un signal de commande au variateur de fréquence pour ajuster la vitesse et la puissance du moteur. Le variateur de fréquence modifie l’état de fonctionnement du moteur en fonction du signal de commande afin d’atteindre la pression cible définie.
5. Enregistrement des Données et Alarme: Le système enregistrera les données clés, telles que la pression en temps réel, le débit, l’état de fonctionnement de la pompe, etc. Si une situation anormale est détectée, comme un dépassement de la plage de fluctuation de pression, une panne de pompe, etc., le système déclenchera une alarme et affichera les informations d’alarme sur l’interface utilisateur.

3.2 Réglage des Paramètres

Pour garantir que le contrôleur exécute l’algorithme de régulation en fonction de la pression cible définie et des données renvoyées par le capteur, la sortie du variateur de fréquence est ajustée pour assurer une alimentation en eau à pression constante. Les paramètres doivent être définis à l’avance. Les principaux sont :

Pression de Réglage: Réglez la pression d’alimentation en eau requise. Définissez une valeur de pression cible adaptée au scénario d’application et aux exigences spécifiques.

Sélection de la Pression: Définissez la plage de fluctuation de pression autorisée. Lorsque la pression d’alimentation en eau fluctue dans cette plage, l’équipement d’alimentation en eau à fréquence variable et à pression constante ajuste automatiquement son état de fonctionnement.

Pression de Démarrage Minimale: Réglez la pression minimale requise pour démarrer la pompe à eau. Lorsque la pression d’alimentation en eau réelle est inférieure à cette valeur, l’équipement démarre automatiquement la pompe à eau pour fournir la pression requise.

Sensibilité du Capteur de Pression: Ajustez la sensibilité du capteur de pression pour garantir la précision de la détection des changements de pression par l’appareil.

Temps de Rétroaction: Réglez le temps de détection et de réponse de l’appareil aux variations de pression. Un temps de réponse plus court permet d’ajuster plus rapidement l’état de fonctionnement de la pompe à eau.

Le tableau suivant est une liste détaillée de certains paramètres.

Tableau 1: Tableau de Réglage des Paramètres

4. Débogage du Système

Après avoir préparé le démarrage de l’équipement, ouvrez complètement la vanne d’admission et fermez celle du tuyau de refoulement. Mettez l’appareil sous tension, lancez le programme et accédez à l’interface principale du système, comme illustré ci-dessous.

Image 3: Page d’accueil du Système

5. Conclusion

Cet article décrit un ensemble d’équipements d’alimentation en eau à fréquence variable et pression constante, permettant une alimentation stable et fiable, garantissant que la pression de la conduite d’alimentation fluctue dans la plage définie et répondant rapidement aux besoins des utilisateurs et aux situations anormales. Il permet également d’ajuster et de changer de mode de fonctionnement en fonction des paramètres utilisateur et des retours d’information en temps réel.