FR-500變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

1、FR-500 變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用1. 概述恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達 到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的岀水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋 的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發(fā)岀控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉(zhuǎn)速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， 電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類

2、型等方面得到了很大的發(fā)展。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展。作為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微計算機技術(shù)有機結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置，隨著產(chǎn)品的開 發(fā)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，使得交流異步電動機調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場巨大的技術(shù)革命。目前自動恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的 電動機調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字 PID調(diào)節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)、控制點的實時監(jiān)控，并完成 系統(tǒng)運行工況的CRT畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。自動恒壓供水系統(tǒng)具有標準的通訊接口，可 與城市供水系統(tǒng)的上位機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)城區(qū)

3、供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟運行的手段。圖1自動恒壓供水盞統(tǒng)原理框圖2. 控制方案在住宅小區(qū)水廠的管網(wǎng)系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水 的壓力以滿足管網(wǎng)中壓力最不利點的壓力損失和流量Q之間存在著如下關(guān)系： P=KQ2;式中K為系數(shù)設(shè)PL為壓力最不利點所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應(yīng)按下式關(guān)系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有最佳的節(jié)能效果。P=PL+ P=PL+ KQ2 ;因此供水系統(tǒng)的設(shè)定壓力應(yīng)該根據(jù)流量的變化而不斷修正設(shè)定值，這種恒壓供水技術(shù)稱為變量恒壓供 水，即供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力為恒值而泵

4、站岀口總管壓力連續(xù)可調(diào)。典型的自動恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示；系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統(tǒng)通過安裝在岀水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實時將壓力、流量非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸入至可編程控制器（PLC）的輸入模塊，信號經(jīng) CPU運算處理后與設(shè)定的信號進行比較運算，得出最佳的 運行工況參數(shù)，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設(shè)定值，控制泵站投運水泵的臺數(shù)及變 量泵的運行工況，并實現(xiàn)對每臺水泵根據(jù)CPU指令實施軟啟動、軟切換及變頻運行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循環(huán)運行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量。3. 系統(tǒng)功能該系統(tǒng)選用FR

5、-500日本三菱變頻器。該系統(tǒng)中具有功能：3.1自動切換變頻/工頻運行功能變頻器提供三種不同的工作方式供用戶選擇：方式0:基本工作方式。變頻器始終固定驅(qū)動一臺泵并實時根據(jù)其輸出頻率：控制其他輔助泵啟停。即當變頻器的輸出頻率達到最大頻率時啟動一臺輔助泵工頻運行、當變頻器的輸出頻率達到最小頻率時則停止 最后啟動的輔助泵。由此控制增減工頻運行泵的臺數(shù)。方式1 :交替方式，變頻器通常固定驅(qū)動某臺泵，并實時根據(jù)其輸出頻率，使輔助泵工頻運行，此方式與方式0不同之處在于若前一次泵啟動的順序是泵1-泵2，當變頻器輸出停止時，下一次啟動順序變?yōu)楸? T泵 1。方式2 :直接方式。當啟信號輸入時變頻器啟動第一臺泵

6、當該泵達到最高頻率時，變頻器將該泵切換到工頻運行，變頻器啟動下一臺泵變頻運行，相反當泵停止條件成立時，先停止最先啟動的泵。3.2 PID 的調(diào)節(jié)功能由壓力傳感器反饋的水壓信號 （4-20MA 或-5V）直接送入PLC的A/D 口 （可以通過手持編程器），設(shè)定給 定壓力值，PID參數(shù)值，并通過PLC計算何以需切換泵的操作完成系統(tǒng)控制，系統(tǒng)參數(shù)在實際運行中調(diào)整， 使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整。3.3休眠”功能系統(tǒng)運行時經(jīng)常會遇到用戶用水量較小或不用水（如夜晚）情況，為了節(jié)能，該系統(tǒng)專用設(shè)置了可以使水泵暫停工作的 休眠”功能，當變頻器頻率輸出低于其下限時，變頻器停止工作，2井、3井泵不工作，水泵停止（處于

7、休眠狀態(tài)）。當水壓繼續(xù)升高時將停止1泵，當水壓下降到一定值時將先啟動變頻器運轉(zhuǎn)2井泵或3井泵，當頻率到達一定值后將啟動1井泵調(diào)節(jié)2井或3井泵的轉(zhuǎn)速。休眠值”變頻器輸出的下限頻率 PR507設(shè)置。休眠確認時間”用參數(shù)PR506設(shè)置，當變頻器的輸出頻率低于休眠值的時間如小于休眠時間td時，即td < tn時變頻器繼續(xù)工作，當td > tn時變頻器將進入休眠狀態(tài)。喚醒值”由供水壓力下限啟動，當供水壓力低于下限值時由PLC發(fā)出指令喚醒變頻器工作。經(jīng)測試 休眠值”為10HZ。休眠確認時間” td:20s喚醒值” 70%3.4通訊功能該系統(tǒng)具有計算機的通訊功能，PLC變頻器均提供有 RS232

8、或485接口 PLC可選用西門子的S7-200 計算機可以與一套或多套系統(tǒng)進行通訊，利用計算機同時可以監(jiān)測：電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、壓力等也可 以控制變頻器的各類參數(shù)。此外該系統(tǒng)還具有手動/自動操作，故障報警，運行狀態(tài)，電流，電壓、頻率狀態(tài)顯示缺水保護等功能。4. 運行特征以三臺水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動運行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動1#泵，此時1#泵進入變頻運行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速逐漸升高，當供水量Q<1/3Qmax 時（Qmax為三臺水泵全部工頻運行時的最大流量），可編程控制器CPU根據(jù)根據(jù)供水量的變化自動調(diào)節(jié)1#泵的運行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當用水量 Q在1/3Qm

9、ax<Q<2/3Qmax 之間時，1#泵已不能滿足用戶所需的用水量，這時可編 程控制器發(fā)出指令將1#泵轉(zhuǎn)為工頻運行，并軟啟動2#泵，使2#泵進入變頻運行工況，2#泵的運行轉(zhuǎn)速由用戶用水量決定，以保證供水系統(tǒng)最不利點所需的供水壓力。當外需供水量Q為2/3Qmax<Q<Qmax時，可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置于工頻運行狀態(tài)，同時軟啟動3#泵進入變頻運行工況，此時3#泵的運行轉(zhuǎn)速由用戶的用水量確定，以保證供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力恒定。當外供水量減少至1/3Qmax<Q<2/3Qmax之間時，3#泵的轉(zhuǎn)速逐漸降至接近于零，此時可編程控制器發(fā)出1#泵退出運行指令

10、。在 3#泵退出運行后，3#泵的轉(zhuǎn)速逐漸升高，繼續(xù)處于變頻運行工況，其轉(zhuǎn) 速仍由外供水量決定。當外供水量繼續(xù)減少至Q<1/3Qmax時，可編程控制器發(fā)出 2#泵退出運行指令，此時3#泵仍處于變頻運行工況。 當外供水量再增至1/3Qmax<Q<2/3Qmax 之間時，3#泵轉(zhuǎn)為工頻運行 狀態(tài)，可編程控制器發(fā)出1#泵軟啟動指令并使其進入變頻運行工況，如此往復(fù)循環(huán)以實現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓供水。5. 系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析及系統(tǒng)優(yōu)點5.1 經(jīng)濟效益分析變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉(zhuǎn)速n 1三者的關(guān)系如下式：N1/Q 仁（n 1/n ）3Q1/Q= n 1/n式中Q 額定流量，Q1<Q N

11、 額定流量Q時的軸功率n 水泵的額定轉(zhuǎn)速因額定流量 Q=100% 時，n=100% ，N=100% ，若 n 仁90%n 時 Q1=90%Q ，N仁72.9%N，即可節(jié)電27.1%。若n仁80%n時Q仁80%Q ，N仁51.2%N，即可節(jié)電48.8%。5.2 系統(tǒng)優(yōu)點5.2.1恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠 調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。5.2.2 由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和 發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。5.2.3 因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。5.2.4 水泵電動機采用軟啟動方式，按