基于PID功能的變頻器在恒壓供水系統中的運用研究

丁巖

【摘要】恒壓供水系統被廣泛的應用在消防、工業、高層建筑等場所，特別是恒壓供水系統通過應用具有PID功能的變頻器，可以實現自動化的循環供水，極大地提高了恒壓供水系統的穩定性和安全性，經濟效益和社會效益非常明顯，因此應加大對恒壓供水系統應用PID功能變頻器的分析研究，充分發揮變頻器的應用優勢，不斷提升恒壓供水系統的運行效率。本文分析了

【關鍵詞】PID功能；變頻器；恒壓供水系統；運用

近年來，變頻器的應用范圍越來越廣闊，在恒壓供水系統中應用具有PID功能的變頻器，和傳統的氣壓罐供水系統、高位水箱供水系統以及恒速泵供水系統相比，其能耗較少，具有較強的靈活性，并且供水質量更高。在實際應用中，基于PID功能的變頻器對于供水系統的閥門、泵組進行邏輯控制，實時監控供水系統的各個控制點和運行參數，為了恒壓供水系統的規范化管理提供了重要技術支持。

一、恒壓供水系統結構和原理

1、結構組成

恒壓供水系統是指管網中水壓不會隨著水量的大小而發生變化，其時刻保持基本恒定，不僅可以滿足建筑物中不同樓層的用水需求，而且避免了電機處于空轉狀態浪費大量的電能。在實際應用中，恒壓供水系統主要有以下兩種控制形式：其一，電機調速控制供水系統；其二，PLC（可編程控制器）控制供水系統，控制泵組的運行速度，自動調節運行的泵組臺數，實現閉環控制管網供水壓力，即使供水管網在不同時間段中水流量出現大幅度變化，也能保持其水壓的穩定性，有效節約電能。恒業供水系統主要由水泵、壓力傳感器、繼電器、FR-A540變頻器、觸摸屏、PLC等組成[1]，變頻器PID具有比較、差分的功能，利用具有PID功能的變頻器可以實現恒壓控制。

2、 原理

變頻器主要是根據供水管網的既定壓力和水流壓力來調節和控制其運行頻率，當既定壓力大于水網壓力時，變頻器的運行頻率不斷提高；當既定壓力小于水網壓力時，變頻器運行頻率下降。當供水管網中的水流量不斷增大時，會降低變頻器泵組的運行壓力，為了保障恒壓供水系統的安全、穩定運行，這時需多增加幾組水泵，對于水泵的變頻/工頻和泵數通過PLC實現切換控制，從而確保供水系統保持恒定的供水壓力，節約大量的水資源和電能。

3、 實現方法

恒壓供水系統在實際應用中，主要通過以下幾種方式實現恒壓供水：其一，利用變頻器的PID功能，實現供水系統管網的恒壓供水；其二，通過運用變頻器實現PID恒壓調節、多個水泵的變頻/工頻切換，保障恒壓供水系統的穩定運行；其三，通過PLC來控制恒壓供水系統，這個系統在應用中需要增加D/A和A/D轉換器；其四，在恒壓供水系統外部設置PID調節器，結合給定量和反饋量的PID運算結果，變頻器調節控制運行頻率，這種系統在實際應用中需要單獨設置PID調節器，在一定程度上增加了運行成本。

二、基于PID功能的變頻器在恒壓供水系統中的應用

1、參數設置

恒壓供水系統主要應用FR-A540變頻器，其運行穩定、性價比比較高，被廣泛的應用在多個領域，FR-A540變頻器內部包含IPM智能功率模塊，結合PWM調制原理，電動機的運行噪音比較小，具有較強的抗干擾性能，輸出波形比較完整。FR-A540變頻器具有停電減速運行、工頻/變頻的順序切換和順序制動以及PID控制功能，可以滿足消防、工業和高層建筑的供水需求。在實際應用中，工作人員應先將變頻器之前的運行參數清除以后再重新設置參數，完成參數設置后，先停止對變頻器供電，使其歸位后再重新送電，確保重新設置的運行參數生效，在設定變頻器運行參數時應注意：其一，最高頻率，變頻器的實際運行頻率必須低于其額定頻率，額定頻率就是變頻器設定的最高頻率，如果變頻器轉動速度大于標準的額定轉速，其內部矩陣函數會成指數增加，會嚴重損害變頻器設備的穩定性；其二，上限頻率，一般情況下，變頻器設定的上限頻率應略低于額定頻率；其三，下限頻率，在設定變頻器下限頻率時不能過低，下限頻率過低會造成水泵機組的運行揚程遠遠低于實際揚程，很容易使水泵處于空轉狀態，造成電能浪費。

2、 PID變頻器運行控制

（1） 設定值

結合恒壓供水系統運行要求，結合變頻器調節壓力，確定最佳的設定值。

（2） 百分數轉換

結合傳感器的設定值和輸出值，計算其對應關系，當傳感器電流值為20mA，輸出壓力為0.5MPa，電流值為4mA，輸出壓力為0MPa，通過計算0.1MPa的輸出壓力對應7.2mA電流值[2]。

（3） 微分和積分

恒壓供水系統在應用PID功能變頻器時，設定較大的比例范圍和積分時間，設定小一點的微分時間。恒壓供水系統運行過程中，若目標值不穩定，可以適當減小微分時間，增大積分比例范圍和積分時間，確保目標值保持穩定。當目標值趨于平穩時，減小積分比例范圍和積分時間，增加微分時間。

3、 系統工作流程

利用FR-A540變頻器的PID控制功能，通過比較壓力傳感器信號和水壓設定值，按照預設的調節規律，由變頻器PID控制器來調節兩者的偏差值，輸出調節信號，改變變頻器的運行頻率和輸出電壓，使供水管網的水壓保持恒定。恒壓供水系統通過運用PID功能的變頻器，按照先啟動先停止、后啟動后停止的流程，使各個水泵機組能夠軟啟動，輪流休息[3]。1號泵組先啟動，當轉速逐漸達到變頻器上限頻率時，若水壓低于設定值，變頻器運行泵自動切換為工頻運行狀態，這時2號泵啟動，滿足用水需求，當供水壓力較高，用水量降低，這時變頻器自動切換工頻，保障恒壓供水系統的穩定運行。同時，為了避免恒壓供水系統中的一臺水泵長時間處于運行狀態，另一臺閑置生銹，在系統中設置定時輪換功能，提高水泵的利用率。

結束語：

具有PID功能的變頻器損耗小、運行效率高，其在恒壓供水系統中的應用，運行效益非常高，不僅動態響應加快，而且抗干擾性能和可靠性較高，在實際應用中，結合實際的設定水壓，自動調節管網壓力和水泵轉速，實現最大化的節水和節能。

參考文獻：

[1]趙海濤. 基于變頻器PID功能的恒壓供水系統的應用[J]. 山東工業技術，2015，13：246.

[2]彭旭昀. 一種基于變頻器PID功能的PLC控制恒壓供水系統[J]. 機電工程技術，2014，10：61-63+105.

[3]付嵐. 基于變頻器PID功能的恒壓供水系統應用[J]. 新鄉學院學報（自然科學版），2010，05：66-67.