淺談變頻器在供水系統的應用

鐘盛龍

變頻器恒壓供水控制變頻調速技術用于水泵控制系統，具有調速性能好、節能效果顯著、運行工藝安全可靠等優點。通過供水管道上的遠傳壓力表，輸出0-10V模擬量信號送入變頻器，來自動調節變頻器的輸出頻率，從而改變水泵的轉速，保持供水管網的壓力恒定。

一、控制系統的結構

變頻調速控制系統是恒壓供水系統的核心部分，整個系統的結構圖如圖2-1所示。

控制系統的工作原理：變頻調速恒壓供水控制最終是通過調節水泵轉速來實現的，水泵是供水的執行單元。通過調速能實現水壓恒定是由水泵特性決定的。

二、 供水系統工作原理

（1） 點動運行

斷路器QS合上后，電源指示燈L1亮。當按下SB1時，PLC輸出端子Q0.0接通，KM1線圈帶電，其常開觸點閉合，點動運行指示燈L2亮，變量泵M1點動運行。松開SB1后，Q0.0斷開，KM1斷電，L2熄滅，M1停止點動。

（2） 起動運行

當按下SB2后，PLC輸出端子Q0.1接通，KM2線圈帶電，其常開觸點閉合，變量泵運行指示燈L3亮，變頻器散熱扇M運行，變頻器通電并開始工作，輸出頻率逐漸增加，變量泵M1的轉速逐漸升高，水泵輸出壓力也隨之上升，若此時的用水量小于變量泵的最大供水量時，變頻器將以小于上限設定的頻率（P322=50Hz）運行。水壓通過壓力傳感器轉換成電流信號反饋之變頻器，經過PID調節，使變頻器的輸出頻率隨著用水量的多少自動增減。因為電動機的轉速與頻率成正比，所以水泵的轉速也隨之增減，從而維持水壓的恒定。

（3） 停止運行

需要停止運行時，按下SB3，PLC輸出端子去Q0.1、Q0.2斷開，線圈KM2、KM3斷電，指示燈L3、L4熄滅，便量泵M1和定量泵M2停止運行。

三、變頻器的參數設定與應用

根據本控制系統的控制要求，將變頻器的參數設定如下表所示：

本控制系統采用SIEMENS公司的MMV300/3變頻器控制輸出，以實現恒壓供水的目的。

1.水壓閉環調節

該系統的水壓閉環調節的原理是：在水泵輸出管上的壓力傳感器將出水的壓力轉換成4—20mA直流電源輸入變頻器，該信號與壓力給定值相比較，經PID運算，控制變頻器的輸出頻率，從而控制供水泵電機轉速，達到輸出供水水壓穩定在設定的壓力上。

2.PID調節功能

（1）比較與判斷功能

設壓力給定信號為xp1，壓力傳感器的反饋信號為xf，PID調節首先對上述信號進行比較，得到偏差信號△x

△x =xp1 - xf

接著根據△x值判斷如下：

△x為“+”，說明供水壓力低于給定值，水泵應升速。△x大，說明供水壓力低得較多，應加快水泵的升速。

△x為 “-”，說明供水壓力高于給定值，水泵應減速。∣△x∣大，說明供水壓力高出較多，應加快水泵的減速。

（2）P（比例）功能

簡略地說，P功能就是將△x值按比例放大。這樣，△x值即使很小，也被放大得足夠大，使水泵的轉速得到迅速的調整，從而減小靜差ε。

綜上所述，在供水系統中采用變頻調速運行方式，系統可根據實際設定水壓自動調節水泵電機的轉速或加減泵，使供水系統管網中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節能、節水、節地、節資，并使系統處于可靠運行的狀態，實現恒壓供水。用變頻調速來實現恒壓供水，與用調節閥門來實現恒壓供水相比較，節能效果十分顯著。其優點是：起動平穩，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的沖擊；由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命；可以消除起動和停機時的水錘效應；在鍋爐和其他燃燒重油的場合，恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對環境的污染。