GRUPO DE PRESIÓN FORMADO POR 4 BOMBAS.

Para el desarr

ollo me basé en como funciona “más o menos” un grupo de presión comercial de la marca GRUNDFOS, el HYDRO MPC:

El equipo está formado por 4 bombas verticales que aspiran el agua de un depósito enterrado y la bombean a la fábrica, como sensores cuenta con un sensor de nivel mínimo (una boya) y un sensor de presión de impulsión de 4-20 mA.

Las bombas deben alternarse cada cierto tiempo programable y mantener la presión seleccionada.

Las bombas son controladas por un variador de frecuencia de 10 kW de la marca ABB, la particularidad de este equipo es que con un solo variador se controlan cuatro bombas, siendo que el variador solo proporciona tensión a una sola bomba al mismo tiempo, siendo que cuando la demanda de agua sube y el variador está a su velocidad máxima debe entrar otra bomba para aumentar la presión, esta bomba adicional entrará mediante un contactor, por lo que su velocidad será en ese momento la nominal, por lo tanto, el variador de frecuencia que controla la bomba “base” debe modular su frecuencia para mantener siempre la presión deseada, el control de la frecuencia se realiza mediante un PID.

De esta manera son necesarios 8 contactores en total, es decir, 2 contactores por bomba, uno para cuando funciona con variador y otro cuando funciona como bomba de apoyo a la que funciona con variador (SE REPRESENTAN 3 BOMBAS PERO EN REALIDAD SON 4):

El control lo realiza un plc S7 1214C AC/DC/RLY con una tarjeta analógica SM 1234 AI4/AQ2 (4 Entradas analógicas y 2 Salidas analógicas), en el proyecto se usa una entrada analógica: sensor de presión 4-20 mA y una salida analógica: salida 0-10V para dar la referencia de velocidad al variador de frecuencia):

A continuación se muestra la pantalla principal de la aplicación:

En la misma se observa la presión actual, frecuencia actual del variador, bombas en funcionamiento (círculo verde) y el tipo de funcionamiento de la bomba (variador ó contactor), recordamos que sólo puede haber una bomba controlada por el variador, así que el resto de bombas que vayan entrando en función de las necesidades entrarán a velocidad fija (contactor). Asimismo también se muestra si la bomba está funcionando en modo automático, manual o parada manual

Pulsando el botón MANDOS e introduciendo la correspondiente contraseña se accede a la siguiente pantalla:

En esta pantalla se muestran los controles de cada bomba, puediendo seleccionar si la bomba funcionará en MANUAL-AUTOMÁTICO ó PARARLA MANUALMENTE (Dejarla fuera de servicio), se muestra el tiempo de alternancia seleccionado, que en este caso son 360 segundos (6 horas), es decir, el tiempo tras el cual parará y pasará a la siguiente bomba, se visualiza el tiempo de funcionamiento total (útil para mantenimiento) y el tiempo de alternancia actual

La siguientepantalla que se muestra es la de AJUSTES 1, a la que se accede pulsando en el botón correspondiente:

En esta pantalla se selecciona el tiempo de NIVEL MÍNIMO, que es el tiempo tras el cual se produce la alarma de nivel mínimo que hace que paren automáticamente las bobmas, el tiempo de PRESIÓN MÁXIMA, que es el tiempo tras el cual se pararán las bombas por seguridad, el TIEMPO DE ALTERNANCIA, la PRESIÓN MÁXIMA considerada (presión de alarma) y a continuación los valores de configuración del sensor de presión (presión de 4 y 20 mA), esto es muy útil, es práctica habitual tener la posibilidad de si se rompe el sensor y no tenemos uno igual, poder usar otro sensor, por ello lo de poder configurar los valores de presión del sensor. Se muestra también la PRESIÓN DE SETPOINT (que es la presión que queremos mantener y que es el setpoint del PID que controlará la velocidad del variador) configuración de la salida analógica que da la tensión de referencia al variador, FRECUENCIA MÍNIMA DE DESCONEXIÓN DE LA BOMBA DE APOYO, esta frecuencia es la frecuencia del variador que hace que la bomba de apoyo, la que funciona con variador, se desconecte, además se selecciona el tiempo que tiene que pasar desde que el variador está a su máxima frecuencia (en este caso 60 Hz) hasta que entra la bomba de apoyo y el tiempo de desactivación de la bomba de apoyo, que es el tiempo que tiene que transcurrir desde que la presión está por encima de la presión de setpoint hasta que se desactiva la bomba de apoyo, el funcionamiento se explica en la siguiente gráfica:

Pulsando en AJUSTES 2 se accede a la pantalla que se muestra más abajo, en la que podemos seleccionar si la frecuencia del variador será controlada por el PID (que regula la velocidad en función de la presión seleccionada) o si queremos que el variador funcione a una velocidad fija, también se muestra la curva del valor de setpoint de la presión y el valor de la presión actual:

Pulsando el botón CURVA Y PID se accede a la siguiente pantalla, en la que se puede seleccionar los valores de sintonización del PID y la gráfica del comportamiento de la presión, esta gráfica es muy útil para sintonizar el PID, usualmente para este tipo de controles que son sencillos uso el método de ZIEGLERS-NICHOLS (http://www.dia.uned.es/~fmorilla/MaterialDidactico/ajuste_empirico.pdf):

A continuación se muestra la tabla de observación y forzado permanente que usamos para simular el funcionamiento, básicamente solo necesitamos el valor simulado del sensor de presión (recordamos que el valor que puede adoptar está entre 0 y 27648, este valor siempre es el mismo en las tarjetas analógicas de Siemens), después se muestra el bloque de programación del PID, una particularidad es que este PID en simulación con TIA PORTAL no funciona… solo en el PID real hace su trabajo

A continuación se muestra la función que hace el escalado de la entrada (recordamos solo tenemos una entrada analógica, que es el sensor de presión), esto se puede hacer de varias maneras, con la función SCALE X etc, pero yo lo he hecho de la manera que muestro, que es simplemente una regla de tres:

El valor RAW max será siempre un valor fijo: 27648 el valor RAW es el valor de la entrada analógica, Valor ING min y Valor ING max son respectivamente los valores de ingeniería mínimo y máximo, que en nuestro caso son -1 y 34 bar, puesto que esos son los valores mínimo y máximo de nuestro sensor de presión.

A continuación lo mismo pero para la salida analógica:

A continuación, se muestra el bloque de puesta en hora, el reset del final es para el botón del HMI que sirve para la puesta en hora:

El programa es "relativamente" sencillo, hay que gestionar 4 bombas, que se vayan rotando, que en el caso de ser necesario vayan entrando las bombas de apoyo y cuando no sean necesarias parar, mantener la presión necesaria, para ello se utiliza un PID, siendo que la velocidad del variador aumentará o disminuirá en función de la presión, siendo que cuando entra la bomba de apoyo disminuirá inmediatamente la velocidad para ir manteniendo la presión, etc. se ha decidido no hacer un FB para las bombas, aunque cada bomba tiene su propio DB, se hace así porque al ponerlo en "online" es más fácil seguir el "flujo" del programa y ver posibles errores. Si alguien necesita el programa completo puede ponerse en contacto conmigo.