關(guān)鍵詞：變頻器，恒壓供水系統(tǒng)，應(yīng)用
　　內(nèi)容摘要：隨著近年來交流變頻調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，供水系統(tǒng)中已逐漸采用變頻恒壓供水系統(tǒng)取代原有的恒壓供水方式。
　　1.本文介紹的供水控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）作為中心控制單元，利用變頻器與PID控制器組合對水泵電動機的轉(zhuǎn)速進行控制，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達到恒壓供水的目的，該系統(tǒng)效率高,功能強，自動化程度高，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果以及明顯的節(jié)能效果。
　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　圖1變頻器恒壓供水系統(tǒng)框圖
　　變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖一；它主要有PLC、變頻器、壓力變送器、液位傳感器、動力及控制線路以及泵組組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA標準信號送入變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器與設(shè)定的壓力參數(shù)進行比較和運算，得出4～20mA的速度給定參數(shù)送至變頻器，由變頻器控制水泵電機的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量，根據(jù)用水量的變化，變頻器調(diào)整工作頻率，水泵的轉(zhuǎn)速也就不同，在變頻器設(shè)置中設(shè)有上限頻率和下限頻率檢測，當用水量大幅增加時，變頻器迅速上升到上限頻率，此時，變頻器輸出一個上限到位開關(guān)量信號給PLC；當用水大幅減少時，變頻器輸出達到下限頻率，變頻器也輸出一個下限到位開關(guān)量信號給PLC，兩個信號不會同時產(chǎn)生。當產(chǎn)生任何一個信號時，信號立即反饋給PLC，PLC通過設(shè)定好的內(nèi)部程序驅(qū)動I/O端口開關(guān)量的輸出來投切交流接觸器組，以此協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機臺數(shù)，并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整投入工作的電機臺數(shù)和控制電機組中一臺電機的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力始終穩(wěn)定，進而達到恒壓供水的目的。
　　3、工作原理
　　該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式。手動方式時，按下按鈕啟動和停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#~2#泵的啟停，該方式主要供設(shè)備調(diào)試、控制系統(tǒng)故障和檢修時使用。自動運行時，首先由1#水泵變頻運行，變頻器輸出頻率從0HZ上升，同時PID調(diào)節(jié)器把反饋的信號與設(shè)定壓力參數(shù)比較運算后輸出控制信號給變頻器。如壓力需求超出單臺泵能力，則頻率上升到50HZ，變頻器輸出一個上限頻率到位信號給PLC，PLC接收到信號后經(jīng)延時，將1＃泵由變頻器供電方式迅速切換為工頻電源供電方式運行，將2＃泵變頻啟動；如用水量大幅減少，變頻器頻率下降到設(shè)定的下限時，變頻器將會輸出一個下限頻率到位信號給PLC，PLC控制系統(tǒng)經(jīng)延時后開始切除首先啟動的1#泵，同時根據(jù)實際壓力反饋參數(shù)由PID調(diào)節(jié)器計算變頻器速度參數(shù)來控制仍在運行的2#水泵的速度，始終保持管網(wǎng)壓力恒定。接下來若需再次啟泵時則2#泵轉(zhuǎn)工頻方式運行，1#泵以變頻方式運行，若需再次停泵時則是停2#水泵，依此規(guī)律循環(huán)。
　　若有供電電源瞬時停電的情況，則系統(tǒng)停機，待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動恢復(fù)到初始狀態(tài)開始運行。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺泵的啟動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。
　　4、變頻器
　　變頻器采用艾默生電氣公司生產(chǎn)的EV2000系列變頻器。EV2000采用獨特的控制方式，實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動，滿足通用變頻器高性能化的要求，具有超出同類產(chǎn)品的防跳閘功能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)溫度、濕度和粉塵能力，極大提高產(chǎn)品可靠性。
　　EV2000具有實用的PI(圖二)、簡易PLC、靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機參數(shù)存儲選擇。頻率給定通道與運行命令通道捆綁，零頻回差控制等，為設(shè)備提供集成度一體化解決方案，對降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大價值。PI參數(shù)的設(shè)定將直接反饋變頻器控制中的響應(yīng)速度和精度，零頻運行閾值和零頻回差的設(shè)定可以避免變頻器在低頻率輸出水泵低速運行（水泵在變頻器輸出15HZ以下時的效率很低），使變頻器低于某一頻率時自動停止輸出，即不影響恒壓供水的要求，又把效率提至最高。
　　
　　5、PLC控制系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)采用三菱FX-1s30MR，I/O點數(shù)為30點，繼電器輸出，PLC編程采用FX—20P—E手持式編程器和三菱PLC專用編程軟件SWOPC—FX/WIN—C，PLC可編程程序控制器及軟件提供完整的編程環(huán)境，可進行離線編程、在線連接和調(diào)試。為了提高整個系統(tǒng)的性價比，該系統(tǒng)采用可編程控制器的開關(guān)量輸入輸出來控制電機的起停、自動投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報警等，而電機的轉(zhuǎn)速、設(shè)定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量及實際運行參數(shù)則由變頻器及其內(nèi)置PID來顯示和控制。
　　三菱PLC的編程指令簡單易懂且程序設(shè)計靈活，本系統(tǒng)PLC主體程序用STL指令與狀態(tài)繼電器S，STL指令可以編制生產(chǎn)流程和工作與順序圖非常接近的程序，順序功能圖中的每一步與其他步是完全隔離開的，根據(jù)控制要求將這些程序段按一定的順序組合在一起，就可以成功地完成控制任務(wù)。FX系列PLC的狀態(tài)繼電器編制順序控制程序時一般與STL指令一起使用。

　　圖3泵組的切換示意圖
　　泵組的切換如圖3，圖中自動開關(guān)QS1用于接通水泵電動機電源，自動開關(guān)QS2用于接通變頻器電源，KM1,KM2分別用于將電動機M1，M2接至變頻器的輸出端，KM3，KM4分別用于將電動機M1,M2接至工頻電源，出水口壓力信號通過遠程壓力變送器接入PI反饋端。系統(tǒng)開始工作，1#泵變頻啟動，泵的轉(zhuǎn)速隨變頻器輸出頻率的上升而逐漸升高，如變頻器的頻率達到50HZ而此時水壓還未達到設(shè)定值，變頻器檢測到上限頻率并輸出一個開關(guān)量信號給PLC，延時一段時間后，1＃泵迅速切換至工頻運行，同時解除變頻器運行信號，使變頻器頻率降為0HZ，然后2＃泵變頻啟動，在運行中始終保持一臺泵變頻運行，如果此時壓力達到設(shè)定值，系統(tǒng)穩(wěn)定，運行方式為一工供一變。如果變頻器的輸出為0HZ，而管網(wǎng)壓力依然偏高時，同時輸出下限信號給PLC，PLC解除1＃工頻泵，只由2＃泵變頻運行來維持管網(wǎng)壓力。當管網(wǎng)壓力下降，變頻器頻率升至50HZ輸出信號，延時后2＃泵切換為工頻，1＃泵變頻啟動，供水系統(tǒng)又回到一工一變的運行狀態(tài)。
　　這樣的切換過程有效地減少泵的頻繁起停，同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了高樓用戶短時間停水的情況發(fā)生。
　　以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式先進，但其容易引起泵組的頻繁起停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中采用直接停工頻泵的運行方式，同時由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時間缺水的現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。
　　6、注意事項
　　要使系統(tǒng)穩(wěn)定快速準確的運行，應(yīng)注意一下參數(shù)：
　　(1)變頻、工頻切換時間T
　　切換時間T在PLC程序中設(shè)定，設(shè)置T時為了確保在加泵時，泵由變頻轉(zhuǎn)換為工頻過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合，而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流大而對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，所以在允許的范圍內(nèi)時間T必須盡可能小。
　　(2)上、下限頻率持續(xù)時間TH和TL
　　變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻運行的頻率是否達到上限（下限），并保持一定的時間來判斷是否加、減泵，這個判斷時間就是TH（TL）,如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小，管網(wǎng)用水量變化時就很可能引起頻繁的加減泵工作。
　　7、結(jié)束語
　　該系統(tǒng)采用PLC和變頻器結(jié)合，系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠，實現(xiàn)了真正意義上的無人職守的全自動循環(huán)倒泵、變頻運行，保證了各臺水泵運行效率的最優(yōu)和設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)啟動平穩(wěn)，消除了啟動大電流沖擊，由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵的使用壽命，可以消除啟動和停機時的水錘效應(yīng)。