C2000變頻器(qì)在恒壓供水(shuǐ)控制(zhì)的(de)應用(yòng)

 

   

   

摘 要：本文(wén)主要講述應用(yòng)台達C2000變頻器(qì)在工(gōng)廠(chǎng)自動化控制(zhì)中智 能(néng)恒壓供水(shuǐ)系統的(de)應用(yòng)，介紹恒壓供水(shuǐ)控制(zhì)系統配置和(hé)控制(zhì)工(gōng)藝，以及台達C2000變頻器(qì)的(de)應用(yòng)技 術(shù)。

在傳統的(de)區域供水(shuǐ)系統中，用(yòng)戶對供水(shuǐ)壓力的(de)要求都(dōu)是經由市政供水(shuǐ)管網經過二次加壓或高(gāo)位水(shuǐ)塔儲水(shuǐ)池來的(de)。

日常供水(shuǐ)控制(zhì)通常采用(yòng)水(shuǐ)泵恒速運行(xíng)加調整出口閥開(kāi)度的(de)方式調節供水(shuǐ)的(de)水(shuǐ)量水(shuǐ)壓，這種供水(shuǐ)的(de)方式會(huì)使大(dà)量能(néng)量消耗在出口閥門，造成能(néng)源浪費；而且儲水(shuǐ)池也(yě)會(huì)有(yǒu)二次污染的(de)問題。采用(yòng)變頻器(qì)作恒壓供水(shuǐ)恰好可(kě)以克服這些問題。

台達新近推出的(de)C2000變頻器(qì)應用(yòng)在新塘牛仔城一家做7.5kW水(shuǐ)泵的(de)恒壓供水(shuǐ)改造的(de)牛仔布漂染廠(chǎng)中，很好的(de)了該應用(yòng)場(chǎng)合的(de)适用(yòng)特性。

恒壓供水(shuǐ)控制(zhì)原理(lǐ)

水(shuǐ)泵變頻恒壓供水(shuǐ)方式基于PID控制(zhì)原理(lǐ)，維持管路(lù)供水(shuǐ)壓力的(de)恒定。當用(yòng)戶用(yòng)水(shuǐ)量加大(dà)時，管路(lù)壓力減小(xiǎo)，變頻器(qì)轉速要提 高(gāo)以增加流量補充壓力；反之，用(yòng)戶用(yòng)水(shuǐ)量減小(xiǎo)時，管路(lù)壓力增大(dà)，變頻器(qì)轉速要降低，使流量适當降低以使壓力恒定。這樣就可(kě)以使用(yòng)戶得到(dào)穩定的(de)供水(shuǐ)壓力。

如(rú)圖1所示，PA~PB是高(gāo) 壓區，即使變頻器(qì)停止運轉水(shuǐ)泵電機也(yě)無法降低的(de)供水(shuǐ)壓力的(de)區間，這種情況是自來水(shuǐ)供水(shuǐ)壓力嚴重偏高(gāo)造成的(de)，但(dàn)發生幾率比較小(xiǎo)，或因爲用(yòng)戶用(yòng)水(shuǐ)量甚至沒有(yǒu)時發生，此時就需要變頻器(qì)停止水(shuǐ)泵電機運轉；PB~PC是變頻器(qì)恒壓供水(shuǐ)壓力區。PD~0區間是低壓區，即使變頻器(qì)控制(zhì)水(shuǐ)泵電機運轉到(dào)大(dà) 速度也(yě)無法提 高(gāo)供水(shuǐ)壓力的(de)區間，這種情況可(kě)能(néng)是市政供水(shuǐ)系統發生問題（例如(rú)供水(shuǐ)管道破裂等），或客戶端用(yòng)水(shuǐ)量過大(dà)造成，需要考慮更換供水(shuǐ)設備或調整用(yòng)水(shuǐ)量。

PID回路(lù)控制(zhì)原理(lǐ) 如(rú)圖2所示，KP 比例增益(P 控制(zhì))，Ti 積分(fēn)時間(I 控制(zhì))，Td 微分(fēn)時間(D 控制(zhì))，S 演算。

1．比例（P）控制(zhì)

比例P 控制(zhì)的(de)輸出與輸入誤差信号成比例關系，當僅有(yǒu)比例控制(zhì)時系統輸出存在穩态誤差。

2．積分(fēn)（I）控制(zhì)

在積分(fēn)控制(zhì)中，控制(zhì)器(qì)的(de)輸出與輸入誤差信号的(de)積分(fēn)成正比關系。對一個(gè)自動控制(zhì)系統，如(rú)果在進入穩态後存在穩态誤差，則稱這個(gè)控制(zhì)系統是有(yǒu)穩态誤差的(de)或稱之爲有(yǒu)差系統。爲了消除穩态誤差，在控制(zhì)器(qì)中必 須加入“積分(fēn)項”。積分(fēn)項對誤差取決于時間的(de)積分(fēn)，随著(zhe)時間的(de)增加，積分(fēn)項會(huì)增大(dà)。如(rú)此一來，即使誤差很小(xiǎo)，積分(fēn)項也(yě)會(huì)随著(zhe)時間的(de)增加而加大(dà)，它推動控制(zhì)器(qì)的(de)輸出增大(dà)使穩态誤差進一步減小(xiǎo)，直到(dào)等于零。因此，比例(P)+積分(fēn)(I)控制(zhì)器(qì)，可(kě)以使系統在進入穩态後無穩态誤差。

3．微分(fēn)（D）控制(zhì)

在微分(fēn)控制(zhì)中，控制(zhì)器(qì)的(de)輸出與輸入誤差信号的(de)微分(fēn)（即誤差的(de)變化率）成正比關系。自動控制(zhì)系統在克服誤差的(de)調節過程中可(kě)能(néng)會(huì)出現振蕩甚至失穩。具有(yǒu)抑 制(zhì)誤差的(de)作用(yòng)，使抑制(zhì)誤差作用(yòng)的(de)變化“超前”，即在誤差接近零時，抑 制(zhì)誤差的(de)作用(yòng)就應該是零。比例(P)+微分(fēn)(D)控制(zhì)器(qì)能(néng)改善系統在調節過程中的(de)動态特性。

控制(zhì)工(gōng)藝要求

(1) 設備要求能(néng)夠設定系統給定壓力值（5~6kg），即PID控制(zhì)的(de)目标值；

(2) 壓力傳感器(qì)将實時采取數據作爲PID控制(zhì)的(de)檢出值；

(3) PID 控制(zhì)的(de)目标值與壓力傳感器(qì)檢出值大(dà)小(xiǎo)比較後産生誤差量，将PID 控制(zhì)的(de)運算結果輸出給控制(zhì)供水(shuǐ)泵電機的(de)變頻器(qì)；

(4) 控制(zhì)變頻器(qì)拖動供水(shuǐ)泵輸出不同轉速，達 到(dào)調節供水(shuǐ)恒壓的(de)控制(zhì)效果；

(5) 提供比例增益P、積分(fēn)時間I、微分(fēn)時間D參數的(de)微調窗口；

(6) 兩台水(shuǐ)泵實現24h輪換使用(yòng)控制(zhì)；

(7) 單台泵供水(shuǐ)壓力不夠時，實現當前供水(shuǐ)泵工(gōng)頻切換，和(hé)變頻啓動第2台供水(shuǐ)泵。

方案選型

1．變頻器(qì)：VFD075C43A；

2、壓力傳感器(qì)：量程0~16kg/輸出4~20mA。

電氣原理(lǐ)圖　見圖3

程序編輯 見圖4

參數調整

00-04=10（多功能(néng)顯示：顯示PID 回授值%（b））

00-20=0（面闆設定目标值）

00-21=1（外部控制(zhì)啓停）

02-01=51（MI1功能(néng)=PLC 模式切換的(de)選擇bit 0）

03-01=5（ACI爲PID回授）

08-00=1（PID負回授）

00-25=32H，（顯示單位：kg；2位小(xiǎo)數）

00-26=16.00；（最 大(dà) 量程16.00kg）

應用(yòng)效果

C2000的(de)功能(néng)還比較強，調整參數後，基本能(néng)夠穩定控制(zhì)供水(shuǐ)壓力5±0.1kg以内，滿 足客戶要求。

通過這個(gè)項目測試了C2000在這恒壓供水(shuǐ)的(de)行(xíng)業(yè)應用(yòng)可(kě)行(xíng)性，以及可(kě) 靠  性，至目前爲止客戶反映使用(yòng)正常。若增加F系列的(de)變頻器(qì)專 門 的(de)水(shuǐ)泵控制(zhì)參數，估計(jì)會(huì)更好 應用(yòng)，直接定義參數就可(kě)以實現多泵切換，和(hé)定時切換。