供水控制系統(tǒng)是以某一參量作為控制目標，通過對水泵電機進行控制來改變水泵的運行

工況（如流量、揚程、功率），以達到用戶的需求。根據(jù)控制目標對象的不同可分為壓力控

制、液位控制及其他特殊控制方式，如溫度、差壓和溫差。從電控系統(tǒng)類型上分有普通繼電

控制型和變頻調(diào)速控制型，普通繼電型通過控制交流接觸器控制水泵電機的起停，水泵電機處于工頻及停止?fàn)顟B(tài)，起動方式有軟起動、自耦變壓器起動或直接起動。變頻調(diào)速系統(tǒng)對電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)無級調(diào)速，根據(jù)用水量大小進行變速供水，保證出水壓力不變。既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動（對電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長了水泵壽命。高層建筑及生活小區(qū)供水系統(tǒng)的發(fā)展方向是采用現(xiàn)代檢測技術(shù)、計算機控制技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)，形成組合化、模塊化、可編程、可通信的系統(tǒng)。主要組成部分是PLC系統(tǒng)、PID控制器、變頻器、電機、水泵、壓力傳感器。

 

水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網(wǎng)系統(tǒng)－用水點是目前國內(nèi)外普遍采用的方法。該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定。這樣既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護費用。

水池－水泵－高位水箱－用水點這種供水方式通過水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶。但是這第種二次供水方式不可避免造成二次污染，影響居民的身體健康，所以這種方案終將淘汰。

 

供水系統(tǒng)主要應(yīng)用的PID恒壓控制功能、多泵循環(huán)控制功能以及睡眠功能，不同水泵廠商會采用不同方案來實現(xiàn)這些功能。

 

采用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)PID控制和多泵循環(huán)功能，變頻器僅做基本調(diào)速。圖2為方案1實施系統(tǒng)。

 

在工作過程中，壓力傳感器將管網(wǎng)水壓變換為電壓或電流信號，經(jīng)模擬量輸入通道輸入PLC系統(tǒng)，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進行PID運算，由PLC將速度命令發(fā)送至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機的頻率，PLC與變頻器間采用Modbus通信、0-10V/4-20mA控制。

    不配置PLC采用變頻器內(nèi)部的PID功能，變頻器驅(qū)動水泵臺數(shù)較少，一般為2臺，水泵的切換循環(huán)功能也由變頻器控制。

 

采用變頻器內(nèi)部PID控制功能，水泵數(shù)量較多，一般在三臺以上，由PLC實現(xiàn)靈活的循環(huán)控制及故障切換保護。

 

臺達CP2000系列變頻器擁有內(nèi)部PID功、多泵循環(huán)功能以及內(nèi)置PLC，可以通過變頻器實現(xiàn)以上功能。

CP2000變頻器內(nèi)部PID回授信號可以選擇正回授及負回授兩種方式（08-00），負回授對應(yīng)，當(dāng)輸出頻率增加，電機運轉(zhuǎn)速度增大時，檢測反饋信號也會增大的應(yīng)用場合；當(dāng)需要減小輸出頻率時檢測反饋信號增大時，選擇正回授。回授接口端子的選參數(shù)設(shè)置如表1所示。

回授信號端子	參數(shù)設(shè)置	實際信號類型	信號對應(yīng)關(guān)系
AVI1為回授信號	03-00=5	0-10V	0-100%
ACI 為回授信號	03-01=5	0-20/4-20mA	0-100%
AVI2 為回授信號	03-02=5	0-10V	-100--+100%

   PID的目標值參數(shù)設(shè)置如表2所示。

PID目標設(shè)定值選擇	參數(shù)設(shè)置
數(shù)字操作器	00-20=0
通訊RS485輸入	00-20=1
AVI1為輸入給定	03-00=4，00-20=2
ACI為輸入給定	03-01=4，00-20=2
AVI2為輸入給定	03-02=4，00-20=2

    CP2000可設(shè)置睡眠頻率08-10、睡眠時間08-12和蘇醒頻率08-11，當(dāng)頻率命令低于睡眠頻率時，在睡眠時間內(nèi)，變頻器運轉(zhuǎn)頻率為睡眠頻率08-10，當(dāng)給定低于睡眠頻率的時間超過睡眠時間時，變頻器進入睡眠狀態(tài)，輸出頻率為0，直至速度命令達到蘇醒頻率時，變頻器進入蘇醒狀態(tài)，按頻率給定命令運行。圖4為睡眠、蘇醒功能示意圖。

             圖4 睡眠、蘇醒功能示意圖

     CP2000有五種循環(huán)方式，一臺變頻器最多可驅(qū)動8組電機。

    最多可以控制8臺電機，每臺電機工作于變頻或停止?fàn)顟B(tài)，每個時刻有一臺電機運行，電機按順序運行設(shè)定的時間（參數(shù)12.02設(shè)定）后停止，延時（參數(shù)12.03）后，起動下一臺電機，循環(huán)控制多臺電機，防止某些電機長期工作，而某些電機長期不工作的情況出現(xiàn)。

 

最多可以控制4臺電機，每臺電機可以工作于變頻和工頻狀態(tài)。加泵過程，當(dāng)現(xiàn)有運行電機不能滿足壓力或流量要求時，將變頻運行的電機加速后切換至工頻電源驅(qū)動，再變頻起動下一臺電機，依次增加電機數(shù)量，最后工作于若干臺電機工頻運行與一臺電機變頻運行模式。

減泵過程，當(dāng)運行時的壓力（或）流量大于設(shè)定值時，需要減泵降速運行，變頻電機開始減速；若減速到某轉(zhuǎn)速時，滿足要求，系統(tǒng)維持狀態(tài)繼續(xù)運行；若變頻電機速度停止運行后，壓力（或流量）仍大于設(shè)定值，系統(tǒng)將停止一臺工頻電機。若此時壓力（或流量）仍大于設(shè)定值，則系統(tǒng)再停止一臺工頻電機；若此時壓力或（流量）小于設(shè)定值時，將一臺電機啟動工作于變頻狀態(tài)，保持若干電機工頻運行、一臺電機變頻運行的模式。

最多可以驅(qū)動8臺工頻運行電機和1臺變頻運行的電機。

加泵過程，第1臺電機變頻運行到切換頻率后，如果壓力（或流量）小于設(shè)定值，系統(tǒng)增加一臺工頻運行的電機，最后系統(tǒng)工作于一臺電機變頻運行、若干臺電機工頻運行狀態(tài)。

減泵過程，若系統(tǒng)的壓力（或流量）大于設(shè)定值，首先變頻運行的電機開始減速，根據(jù)給定與反饋值比較，直至速度減到最小設(shè)定頻率，若壓力（或流量）仍大于設(shè)定值，減少工頻運行電機，直到反饋值小于給定值時，變頻電機加速到合適轉(zhuǎn)速，最后系統(tǒng)也工作于一臺電機變頻運行、若干臺電機工頻運行狀態(tài)。

 

 

     系統(tǒng)處于定量循環(huán)模式工作時，壓力（或流量）需求較少時，只有部分電機工作，有的電機可能處于較長時間不運行，這時可以用定時循環(huán)的模式循環(huán)運行電機。

定時循環(huán)+定量控制主要實現(xiàn)方式是，系統(tǒng)在定量控制模式工作時，壓力（或流量）需求較小時，只有部分電機工作，有的電機會處于長時間不運行狀態(tài)，這時可以增加定時循環(huán)功能使電機循環(huán)工作。表3為恒壓供水系統(tǒng)CP2000變頻器關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置。

 

參數(shù)碼	參數(shù)名稱	單位	數(shù)值	注釋
00-11	速度模式選擇		0	V/F控制
03-00	AVI模擬輸入功能選擇		4	AVI為目標設(shè)定值
03-01	ACI模擬輸入功能選擇		5	ACI為PID回授值
08-00	PID回饋端子選擇		1	選擇負回授
08-10	睡眠參考點	Hz	30.00
08-11	蘇醒參考點	Hz	35.00
08-12	睡眠時間	s	10.0
08-20	PID模式選擇		0
12-00	循環(huán)控制		2	定量循環(huán)
12-01	連接電機臺數(shù)		3
12-03	加速時電機切換延遲時間	s	5
12-04	減速時電機切換延遲時間	s	5
12-05	定量循環(huán)時電機切換時間	s	20
12-06	定量循環(huán)時電機切換頻率	Hz	50

邱佩服，男，出生于1980年12月，畢業(yè)于北京機械工業(yè)學(xué)院，自動化專業(yè)。現(xiàn)任中達電通股份有限公司變頻器產(chǎn)品處高級應(yīng)用工程師，從事變頻器項目類應(yīng)用相關(guān)技術(shù)工作。