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1. 引言
對(duì)于大部分生活供水系統(tǒng)來說，日常供水隨著各個(gè)時(shí)段和各個(gè)季節(jié)的變化而有很大的起伏，一般在晚上黃金時(shí)段的用水需求量比較大，深夜由于客戶需求量大幅度減少，管網(wǎng)壓力急劇升高。對(duì)于傳統(tǒng)的水塔等方式供水，其維護(hù)困難。尤其是面對(duì)消費(fèi)供水等突發(fā)事件時(shí)，其反應(yīng)速度較慢，早已不能滿足恒壓供水的需求。使用變頻器對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制，達(dá)到管網(wǎng)壓力基本穩(wěn)定，同時(shí)，通過變頻器內(nèi)部的智能控制功能，輪循供水電機(jī)運(yùn)作，達(dá)到設(shè)備的合理利用以及維護(hù)方便功能，同時(shí)當(dāng)管網(wǎng)壓力不正常，或者其他故障產(chǎn)生時(shí)，通過變頻器的遠(yuǎn)程報(bào)警功能及時(shí)通知維護(hù)人員，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。
2. 系統(tǒng)基本組成
(1) 系統(tǒng)主控環(huán)節(jié)
系統(tǒng)整體的控制信號(hào)，包括壓力設(shè)定信號(hào)，工頻和變頻故障信號(hào)處理，水位故障檢測(cè)處理均由主控 PLC 或主控人機(jī)設(shè)定， 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行綜合，尤其是當(dāng)出現(xiàn)故障狀態(tài)的系統(tǒng)處理操作，是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分。
(2) 變頻器內(nèi)部控制環(huán)節(jié)
變頻器內(nèi)部控制，主要是指變頻器內(nèi)部 PID 功能模塊，內(nèi)部 PID 功能使現(xiàn)場(chǎng)工程師設(shè)置和調(diào)試方便，相對(duì)于原來的硬件 PID 板控制，省去了硬件維護(hù)需要，節(jié)省了成本。主控環(huán)節(jié)的壓力設(shè)定信號(hào)與系統(tǒng)壓力信號(hào)反饋形成閉環(huán)以維持管網(wǎng)恒定壓力。 PID 的特性可由參數(shù)選擇。
(3) 供水附件
供水附件為變頻器控制外部電機(jī)的中間控制機(jī)構(gòu)，四方變頻器供水附件為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，只需要一根外接的電話線，就可與主控板連接，方便的遠(yuǎn)程控制，利用 485 通訊底層接口，無需外接電源，就可控制多達(dá) 5 個(gè)以上的繼電器，從而用來控制外接接觸器。接口簡(jiǎn)單，使用方便。
(4) 電機(jī)控制環(huán)節(jié)
當(dāng)管網(wǎng)壓力的變化要求增加或減少工作水泵時(shí)，通過供水附件基板的中間繼電器，控制各個(gè)電機(jī)交流接觸器。基板輸出端口的狀態(tài)決定外部各個(gè)水泵的運(yùn)行狀態(tài)。
(5) 執(zhí)行環(huán)節(jié) 執(zhí)行環(huán)節(jié)為各水泵。
變頻器內(nèi)部閉環(huán)控制環(huán)節(jié)示意圖
(6) 信號(hào)反饋環(huán)節(jié)
管網(wǎng)壓力的信號(hào)反饋，用于與設(shè)定環(huán)節(jié)形成 PID 控制閉環(huán)，對(duì)于大部分供水系統(tǒng)，由于壓力控制為一個(gè)大慣性環(huán)節(jié)，且其要求不太高，所以不必要使用微分環(huán)節(jié)。
下面對(duì)山東省濟(jì)南市某小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，使用四方 C320 系列變頻器系統(tǒng)改造進(jìn)行分析，其框圖如下 :
恒壓供水控制系統(tǒng)框圖
3 ．工作過程描述
當(dāng)變頻器被投入自動(dòng)運(yùn)行時(shí)， 1# 泵電機(jī)接觸器首先被控制導(dǎo)通，變頻器輸出頻率上升，同時(shí)管網(wǎng)壓力信號(hào)逐漸增加，出水管網(wǎng)的壓力信號(hào)與 PLC 管網(wǎng)壓力設(shè)定信號(hào)負(fù)反饋閉環(huán)，當(dāng)電機(jī)頻率上升到最高頻率，而管網(wǎng)壓力達(dá)不到設(shè)定要求時(shí)，變頻器立即控制工頻接通 1# 泵，使 1# 泵全速投入運(yùn)行，同時(shí)變頻器經(jīng)過時(shí)間延遲，對(duì) 2# 泵進(jìn)行變頻控制。當(dāng)管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力基本平衡時(shí)，變頻器控制當(dāng)前變頻電機(jī)維持在一定的頻率，壓力的穩(wěn)定和超調(diào)量可以通過 PI 參數(shù)的調(diào)整。當(dāng)水需求量減少，管網(wǎng)壓力逐漸升高，內(nèi)部 PI 控制器輸出頻率降低，當(dāng)變頻器輸出頻率低至 0HZ ，而管網(wǎng)在一設(shè)定時(shí)間內(nèi)還高于設(shè)定壓力，變頻器切斷當(dāng)前變頻控制泵，轉(zhuǎn)而控制下一個(gè)原工頻控制泵，變頻器在水泵控制轉(zhuǎn)換過程中，逐漸輪換使用水泵，使每個(gè)水泵的利用率均等，增加系統(tǒng)可靠性。
4 ．四方通用變頻器的使用
對(duì)于當(dāng)前的恒壓供水系統(tǒng)，配置了四方供水附件，其他需要設(shè)置的參數(shù)功能組包括： 1. 基本運(yùn)行參數(shù)； 2. 模擬輸入輸出參數(shù)； 3.PID 控制參數(shù)組。供水系統(tǒng)與變頻器相關(guān)接線如下圖：
1。基本運(yùn)行參數(shù)主要參數(shù)設(shè)定：
F0.0=0 選擇 V/F 控制方式
F0.15=1 選擇泵類負(fù)載
F0.4=0001 PLC 輸出端子控制起停
2。PID 控制主要參數(shù)設(shè)定：
F8.0=0121 選擇比例積分，單極性 PI 功能有效。
F8.1=0204 選擇設(shè)定信號(hào)輸入 VC2 ，反饋信號(hào) CC ，
F8.3=0 ， F8.4=10 選擇最小給定量 0V ，最大給定量 10V 。
F8.5=2 ， F8.6=10 選擇反饋對(duì)應(yīng)量。
F8.7=2 ， F8.8=10 設(shè)定 PI 控制器參數(shù)。
3。擬輸入輸出參數(shù)組：
F2.2=0 ， F2.3=10 設(shè)定通道 VC2 信號(hào)特性， 范圍 0~10V 。
F2.4=4 ， F2.5=20 設(shè)定反饋通道 CC 信號(hào)特性，范圍 4 － 20mA 。
5 ．改造中注意事項(xiàng)
1。正確設(shè)置設(shè)定和反饋對(duì)應(yīng)曲線。
2。變頻泵至工頻控制時(shí)可直接切換，以免管網(wǎng)壓力形成波動(dòng)，工頻泵至變頻控制的切時(shí)間必須適當(dāng)設(shè)置，延時(shí)太短，水泵對(duì)變頻器形成沖擊電壓和沖擊電流，容易使變頻器出現(xiàn)故障，延時(shí)過長(zhǎng)使管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，從而易出現(xiàn)頻繁切換動(dòng)作。
3。當(dāng)供水基板與主控制基板距離較遠(yuǎn)時(shí)（ 20m 以上），需提供附加電源以確保信號(hào)正確傳輸。
4。當(dāng)供水系統(tǒng)不需要處理消防等緊急狀態(tài)下的供水問題時(shí)，可簡(jiǎn)化 PLC 控制功能。甚至只通過單變頻器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易恒壓供水。
5。適當(dāng)使用四方變頻器獨(dú)特的負(fù)載檢測(cè)和切斷自停機(jī)功能，方便遠(yuǎn)程水泵的控制。
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