三菱FR-500變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

摘要：文中介紹了恒壓供水的控制策略，分析了典型的恒壓供水系統(tǒng)控制方案。闡述了應(yīng)用該恒壓供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：恒壓供水 控制策略 經(jīng)濟(jì)效益 Application of FR-500 VVVF inWater Supply with Constant Pressure System ZHOU Zhimin Dynamical branch company of Lai Wu Iron and Steel Co LTD in Shandong Province Lai Wu 271104 [Abstract]:In this paper introduces water supply with constant pressurere control policy，cross-section analysis water supply with constant pressurere system control schematic, expound economic benefit in application water supply with constant pressurere system . [Key Words]: water supply with constant pressurere control policy economic benefit 1.概述 恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)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(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)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(lèi)型等方面得到了很大的發(fā)展。進(jìn)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(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置，隨著產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，使得交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場(chǎng)巨大的技術(shù)革命。目前自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)泵組、閥門(mén)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(duì)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的CRT畫(huà)面顯示、故障報(bào)警及打印報(bào)表等功能。自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)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(jì)運(yùn)行的手段。 2.控制方案 在住宅小區(qū)水廠(chǎng)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(hù)用水量決定的，泵站供水的壓力以滿(mǎn)足管網(wǎng)中壓力最不利點(diǎn)的壓力損失 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(chēng)為變量恒壓供水，即供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調(diào)。 典型的自動(dòng)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(guò)安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實(shí)時(shí)將壓力、流量非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入至可編程控制器（PLC）的輸入模塊，信號(hào)經(jīng)CPU運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，得出最佳的運(yùn)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(yùn)水泵的臺(tái)數(shù)及變量泵的運(yùn)行工況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)水泵根據(jù)CPU指令實(shí)施軟啟動(dòng)、軟切換及變頻運(yùn)行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)用水量的變化，自動(dòng)確定泵組的水泵的循環(huán)運(yùn)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-500日本三菱變頻器。該系統(tǒng)中具有功能： 3.1自動(dòng)切換變頻/工頻運(yùn)行功能 變頻器提供三種不同的工作方式供用戶(hù)選擇： 方式0：基本工作方式。變頻器始終固定驅(qū)動(dòng)一臺(tái)泵并實(shí)時(shí)根據(jù)其輸出頻率：控制其他輔助泵啟停。即當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到最大頻率時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)輔助泵工頻運(yùn)行、當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到最小頻率時(shí)則停止最后啟動(dòng)的輔助泵。由此控制增減工頻運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)。 方式1：交替方式，變頻器通常固定驅(qū)動(dòng)某臺(tái)泵，并實(shí)時(shí)根據(jù)其輸出頻率，使輔助泵工頻運(yùn)行，此方式與方式0不同之處在于若前一次泵啟動(dòng)的順序是泵1→泵2，當(dāng)變頻器輸出停止時(shí)，下一次啟動(dòng)順序變?yōu)楸?→泵1。 方式2：直接方式。當(dāng)啟信號(hào)輸入時(shí)變頻器啟動(dòng)第一臺(tái)泵當(dāng)該泵達(dá)到最高頻率時(shí)，變頻器將該泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，相反當(dāng)泵停止條件成立時(shí)，先停止最先啟動(dòng)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(hào)(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通過(guò)手持編程器)，設(shè)定給定壓力值，PID參數(shù)值，并通過(guò)PLC計(jì)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(shí)際運(yùn)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(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到用戶(hù)用水量較小或不用水(如夜晚)情況，為了節(jié)能，該系統(tǒng)專(zhuān)用設(shè)置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當(dāng)變頻器頻率輸出低于其下限時(shí)，變頻器停止工作，2＃、3＃泵不工作，水泵停止(處于休眠狀態(tài))。當(dāng)水壓繼續(xù)升高時(shí)將停止1泵，當(dāng)水壓下降到一定值時(shí)將先啟動(dòng)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)2＃泵或3＃泵，當(dāng)頻率到達(dá)一定值后將啟動(dòng)1＃泵調(diào)節(jié)2＃或3＃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(rèn)時(shí)間”用參數(shù)PR506設(shè)置，當(dāng)變頻器的輸出頻率低于休眠值的時(shí)間如小于休眠時(shí)間td時(shí)，即td＜tn時(shí)變頻器繼續(xù)工作，當(dāng)td＞tn時(shí)變頻器將進(jìn)入休眠狀態(tài)。 “喚醒值”由供水壓力下限啟動(dòng)，當(dāng)供水壓力低于下限值時(shí)由PLC發(fā)出指令喚醒變頻器工作。 經(jīng)測(cè)試“休眠值”為10HZ。 “休眠確認(rèn)時(shí)間”td:20s “喚醒值”70% 3.4通訊功能 該系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)的通訊功能，PLC變頻器均提供有RS232或485接口PLC可選用西門(mén)子的S7-200計(jì)算機(jī)可以與一套或多套系統(tǒng)進(jìn)行通訊，利用計(jì)算機(jī)同時(shí)可以監(jiān)測(cè)：電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、壓力等也可以控制變頻器的各類(lèi)參數(shù)。 此外該系統(tǒng)還具有手動(dòng)/自動(dòng)操作，故障報(bào)警，運(yùn)行狀態(tài)，電流，電壓、頻率狀態(tài)顯示缺水保護(hù)等功能。 4.運(yùn)行特征 以三臺(tái)水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動(dòng)1#泵，此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)供水量Q<1/3Qmax時(shí)（Qmax為三臺(tái)水泵全部工頻運(yùn)行時(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)1#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量Q在1/3Qmax 5.2系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 5.2.1恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，而達(dá)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(mén)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(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。 5.2.3因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力。 5.2.4水泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。 5.2.5由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過(guò)程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可節(jié)約可觀(guān)的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快，而長(zhǎng)期受益，其產(chǎn)生的社會(huì)效益也是非常巨大。 參考文獻(xiàn) ［1］三菱變頻使用手冊(cè)［S］ ［2］S7-200控制器使用手冊(cè)［S］