基于變頻器PID功能的恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

趙海濤（洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司,河南 洛陽(yáng) 471012）

基于變頻器PID功能的恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

趙海濤
（洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司,河南 洛陽(yáng) 471012）

摘 要：PID閉環(huán)控制系統(tǒng)是由壓力傳感器和變頻器組成；水泵的工頻/變頻切換和數(shù)量控制由PLC依據(jù)變頻器輸出的頻率上下限信號(hào)通過繼電器組來完成；兩者的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了恒壓供水，從而較好地解決了工業(yè)、消防、高層建筑等供水需求。

關(guān)鍵詞：恒壓供水；變頻器；PID

隨著科技的飛速發(fā)展，恒壓供水系統(tǒng)在農(nóng)田灌溉、自來水廠、企業(yè)生產(chǎn)用水等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，而基于變頻器PID功能的恒壓供水系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯，其具有自動(dòng)化程度高、節(jié)能、工作穩(wěn)定可靠、供水質(zhì)量高等特點(diǎn)，對(duì)其分析、討論和研究意義重大。

1　 恒壓供水的實(shí)現(xiàn)方法

（1）基于變頻器PID功能的恒壓供水系統(tǒng)；

（2）具備多泵工頻/變頻切換和PID恒壓調(diào)節(jié)功能的基于變頻器多泵切換功能的恒壓供水系統(tǒng)；

（3）PLC控制的具有PID功能的恒壓供水系統(tǒng)，但這一系統(tǒng)由于增加了PLC的控制，為此要相應(yīng)的添加A/D、D/A轉(zhuǎn)換器；

（4）外置PID調(diào)節(jié)器，變頻器根據(jù)其對(duì)反饋量和給定量的PID運(yùn)算結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但此系統(tǒng)需添加外置PID調(diào)節(jié)器，增加了成本。

2　 系統(tǒng)構(gòu)成和原理

恒壓供水指的是無論管網(wǎng)中水量的大小，管網(wǎng)中的水壓總保持基本恒定，這樣既不會(huì)使電機(jī)空轉(zhuǎn)造成電能浪費(fèi)，同時(shí)又能滿足不同樓層用戶對(duì)水壓的要求。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，恒壓供水系統(tǒng)的控制方式是：用可編程控制器（PLC）和電機(jī)調(diào)速裝置組成控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，并對(duì)控制泵組的調(diào)速運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，這樣管網(wǎng)的供水壓力可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，當(dāng)管網(wǎng)中的水流量發(fā)生變化時(shí)，管網(wǎng)的水壓能保持穩(wěn)定，還能節(jié)約電能。其中PLC（FX1S）、觸摸屏（MT506M）、變頻器（FR-A540）、繼電器組、壓力傳感器（3線電流型）、水泵是系統(tǒng)的主要構(gòu)成組件。PID具備差分和比較的功能，恒壓控制由變頻器內(nèi)置PID來完成。

變頻器運(yùn)行頻率的調(diào)節(jié)主要依據(jù)水網(wǎng)壓力和既定壓力的高低來完成，水網(wǎng)壓力高于既定壓力，此時(shí)變頻器將降低運(yùn)行頻率，水網(wǎng)壓力低于既定壓力，此時(shí)變頻器將提高運(yùn)行頻率。水網(wǎng)用水量的突然增大會(huì)使變頻泵壓力的突然變小，這時(shí)就需要增加水泵，但此時(shí)只有一臺(tái)水泵在變頻運(yùn)行。三臺(tái)水泵投入運(yùn)行的泵數(shù)和水泵工頻/變頻的切換控制，由PLC控制來完成。這樣水網(wǎng)即可以保證供水壓力的恒定，并且可以優(yōu)先監(jiān)控系統(tǒng)并節(jié)約能源。

3　 變頻器相關(guān)參數(shù)的設(shè)置

3.1 采用三菱FR-A540變頻器

系統(tǒng)采用三菱FR-A540變頻器，這種變頻器，性價(jià)比高，應(yīng)用極其廣泛，智能功率模塊（IPM）和789t-PWM調(diào)制原理，使變頻器輸出波形更好、抗干擾能力更強(qiáng)、電動(dòng)機(jī)的噪音更低。而FR-A540變頻器的內(nèi)置PID控制功能、變頻/工頻順序制動(dòng)和順序切換功能、停電時(shí)減速停止功能，使其能同時(shí)滿足在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。具體參數(shù)設(shè)置見文獻(xiàn)[1]。

3.2 變頻器的頻率參數(shù)設(shè)置

變頻器的參數(shù)設(shè)置首先要清除所有已有參數(shù)后再設(shè)置，參數(shù)設(shè)置完成后，要將變頻器斷電再送電后，新的參數(shù)才能生效。變頻器的參數(shù)設(shè)定通常要注意以下幾點(diǎn)：

（1）上限頻率。通常來說，設(shè)定上限頻率等于額定頻率為最宜，略低一些也可以；

（2）下限頻率。下限頻率設(shè)置的不宜太低，因?yàn)樘蜁?huì)使水泵出現(xiàn)全揚(yáng)程小于實(shí)際揚(yáng)程，造成水泵空轉(zhuǎn)；

（3）最高頻率。變頻器的工作頻率不能超過其額定頻率，因此最高頻率也只能設(shè)定為額定頻率，若自身轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，矩陣將呈平方律增加，對(duì)變頻器自身會(huì)造成較大損害。

3.3 變頻器的PID參數(shù)設(shè)置

PID的參數(shù)設(shè)置必須要保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。調(diào)試過程中，要觀察壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量值。變頻器的PID設(shè)置流程如下:

（1）設(shè)定值的確定。先要確定被調(diào)節(jié)壓力的設(shè)定值；

（2）百分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)換。計(jì)算傳感器的輸出值與設(shè)定值之間的相應(yīng)關(guān)系，若傳感器電流為20mA對(duì)應(yīng)0.5MPa，4mA對(duì)應(yīng)0MPa，那么0.1MPa則相當(dāng)于20%，相對(duì)應(yīng)為7.2mA；

（3）設(shè)定值的設(shè)置。從端子2、5端口輸入的電壓應(yīng)依據(jù)設(shè)定值的百分?jǐn)?shù)來設(shè)置，本例是在2、5端輸入1V電壓；

（4）運(yùn)行。微分時(shí)間設(shè)定的要小一點(diǎn)，積分時(shí)間和比例范圍設(shè)定的要大一點(diǎn)；

（5）運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)值不能保持平穩(wěn)，則把微分時(shí)間減少一點(diǎn)，把積分時(shí)間和比例范圍增大一點(diǎn)，保證目標(biāo)值的穩(wěn)定。

（6）目標(biāo)值平穩(wěn)時(shí)，可適當(dāng)增加一點(diǎn)微分時(shí)間，減少積分時(shí)間、減小比例范圍。

4　系統(tǒng)控制的相關(guān)要求

（1）系統(tǒng)采用3臺(tái)水泵供水，三臺(tái)水泵根據(jù)變頻器輸出信號(hào)的頻率依次變頻啟動(dòng)和轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行。先后多次出現(xiàn)頻率上限信號(hào)時(shí)，從1號(hào)到3號(hào)水泵依次變頻啟動(dòng)運(yùn)行，前一臺(tái)水泵轉(zhuǎn)為工頻。出現(xiàn)下限信號(hào)時(shí)，從3號(hào)到1號(hào)水泵先后停止，后一臺(tái)水泵轉(zhuǎn)為變頻運(yùn)行；

（2）系統(tǒng)可手動(dòng)切換或自動(dòng)換，但系統(tǒng)中要有過載、聯(lián)鎖等相應(yīng)保護(hù)措施；

（3）通常情況下，為均衡水泵的工作時(shí)間，應(yīng)使3臺(tái)泵交替工作。

5　總結(jié)

相比與傳統(tǒng)的水塔、水箱、氣壓罐等供水方式，基于變頻器PID功能的恒壓供水系統(tǒng)具有效率高、損耗小、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、調(diào)速供水節(jié)能效果突出、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)，隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，其應(yīng)用范圍也將越來越廣，必將成為供水網(wǎng)的換代產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃立培,張學(xué).變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動(dòng)機(jī)調(diào)速[M].人民郵電出版社,1999.

[2]岳慶來.變頻器,可編程控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:601.

[3]宋峰青.變頻技術(shù)[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)出版社,2004:107.