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1 供水系統(tǒng)概況
供水控制系統(tǒng)是以某一參量作為控制目標(biāo)，通過(guò)對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行控制來(lái)改變水泵的運(yùn)行
工況（如流量、揚(yáng)程、功率），以達(dá)到用戶(hù)的需求。根據(jù)控制目標(biāo)對(duì)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(lèi)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(guò)控制交流接觸器控制水泵電機(jī)的起停，水泵電機(jī)處于工頻及停止?fàn)顟B(tài)，起動(dòng)方式有軟起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)或直接起動(dòng)。變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，根據(jù)用水量大小進(jìn)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(dòng)（對(duì)電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長(zhǎng)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(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)、水泵、壓力傳感器。
2 供水系統(tǒng)方案及比較
水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網(wǎng)系統(tǒng)－用水點(diǎn)是目前國(guó)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(kāi)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(yùn)行時(shí)間，有效地防止因?yàn)閭溆帽瞄L(zhǎng)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(hù)費(fèi)用。
水池－水泵－高位水箱－用水點(diǎn)這種供水方式通過(guò)水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶(hù)。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。
圖1 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路
3 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案
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(chǎng)商會(huì)采用不同方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能。
3.1 方案1
采用PLC控制系統(tǒng)實(shí)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(shí)施系統(tǒng)。
圖2 PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供水
在工作過(guò)程中，壓力傳感器將管網(wǎng)水壓變換為電壓或電流信號(hào)，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(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行PID運(yùn)算，由PLC將速度命令發(fā)送至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的頻率，PLC與變頻器間采用Modbus通信、0-10V/4-20mA控制。
3.2 方案2
不配置PLC采用變頻器內(nèi)部的PID功能，變頻器驅(qū)動(dòng)水泵臺(tái)數(shù)較少，一般為2臺(tái)，水泵的切換循環(huán)功能也由變頻器控制。
圖3 PID內(nèi)部功能實(shí)現(xiàn)供水
3.3 方案3
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(tái)以上，由PLC實(shí)現(xiàn)靈活的循環(huán)控制及故障切換保護(hù)。
4 臺(tái)達(dá)CP2000變頻器功能與設(shè)置
臺(tái)達(dá)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(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)以上功能。
4.1 PID控制功能
CP2000變頻器內(nèi)部PID回授信號(hào)可以選擇正回授及負(fù)回授兩種方式（08-00），負(fù)回授對(duì)應(yīng)，當(dāng)輸出頻率增加，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度增大時(shí)，檢測(cè)反饋信號(hào)也會(huì)增大的應(yīng)用場(chǎng)合；當(dāng)需要減小輸出頻率時(shí)檢測(cè)反饋信號(hào)增大時(shí)，選擇正回授�；厥诮涌诙俗拥倪x參數(shù)設(shè)置如表1所示。
表1 回授接口端子的選參數(shù)
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回授信號(hào)端子
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參數(shù)設(shè)置
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實(shí)際信號(hào)類(lèi)型
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信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系
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AVI1為回授信號(hào)
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03-00=5
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0-10V
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0-100%
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ACI 為回授信號(hào)
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03-01=5
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0-20/4-20mA
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0-100%
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AVI2 為回授信號(hào)
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03-02=5
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0-10V
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-100--+100%
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PID的目標(biāo)值參數(shù)設(shè)置如表2所示。
表2 PID目標(biāo)值參數(shù)
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PID目標(biāo)設(shè)定值選擇
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參數(shù)設(shè)置
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數(shù)字操作器
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00-20=0
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通訊RS485輸入
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00-20=1
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AVI1為輸入給定
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03-00=4，00-20=2
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ACI為輸入給定
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03-01=4，00-20=2
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AVI2為輸入給定
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03-02=4，00-20=2
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4.2 睡眠喚醒功能
CP2000可設(shè)置睡眠頻率08-10、睡眠時(shí)間08-12和蘇醒頻率08-11，當(dāng)頻率命令低于睡眠頻率時(shí)，在睡眠時(shí)間內(nèi)，變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為睡眠頻率08-10，當(dāng)給定低于睡眠頻率的時(shí)間超過(guò)睡眠時(shí)間時(shí)，變頻器進(jìn)入睡眠狀態(tài)，輸出頻率為0，直至速度命令達(dá)到蘇醒頻率時(shí)，變頻器進(jìn)入蘇醒狀態(tài)，按頻率給定命令運(yùn)行。圖4為睡眠、蘇醒功能示意圖。
圖4 睡眠、蘇醒功能示意圖
4.3 多泵循環(huán)功能
CP2000有五種循環(huán)方式，一臺(tái)變頻器最多可驅(qū)動(dòng)8組電機(jī)。
4.4 定時(shí)循環(huán)
最多可以控制8臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)工作于變頻或停止?fàn)顟B(tài)，每個(gè)時(shí)刻有一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)按順序運(yùn)行設(shè)定的時(shí)間（參數(shù)12.02設(shè)定）后停止，延時(shí)（參數(shù)12.03）后，起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)，循環(huán)控制多臺(tái)電機(jī)，防止某些電機(jī)長(zhǎng)期工作，而某些電機(jī)長(zhǎng)期不工作的情況出現(xiàn)。
圖5 以4臺(tái)電機(jī)為例定時(shí)循環(huán)控制配線(xiàn)圖
4.5 定量循環(huán)
最多可以控制4臺(tái)電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)可以工作于變頻和工頻狀態(tài)。加泵過(guò)程，當(dāng)現(xiàn)有運(yùn)行電機(jī)不能滿(mǎn)足壓力或流量要求時(shí)，將變頻運(yùn)行的電機(jī)加速后切換至工頻電源驅(qū)動(dòng)，再變頻起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)，依次增加電機(jī)數(shù)量，最后工作于若干臺(tái)電機(jī)工頻運(yùn)行與一臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行模式。
減泵過(guò)程，當(dāng)運(yùn)行時(shí)的壓力（或）流量大于設(shè)定值時(shí)，需要減泵降速運(yùn)行，變頻電機(jī)開(kāi)始減速；若減速到某轉(zhuǎn)速時(shí)，滿(mǎn)足要求，系統(tǒng)維持狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行；若變頻電機(jī)速度停止運(yùn)行后，壓力（或流量）仍大于設(shè)定值，系統(tǒng)將停止一臺(tái)工頻電機(jī)。若此時(shí)壓力（或流量）仍大于設(shè)定值，則系統(tǒng)再停止一臺(tái)工頻電機(jī)；若此時(shí)壓力或（流量）小于設(shè)定值時(shí)，將一臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)工作于變頻狀態(tài)，保持若干電機(jī)工頻運(yùn)行、一臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行的模式。
圖6 以4臺(tái)電機(jī)為例定量循環(huán)控制配線(xiàn)圖（最多4臺(tái)）
4.6 定量控制
最多可以驅(qū)動(dòng)8臺(tái)工頻運(yùn)行電機(jī)和1臺(tái)變頻運(yùn)行的電機(jī)。
加泵過(guò)程，第1臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)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(tái)工頻運(yùn)行的電機(jī)，最后系統(tǒng)工作于一臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行、若干臺(tái)電機(jī)工頻運(yùn)行狀態(tài)。
減泵過(guò)程，若系統(tǒng)的壓力（或流量）大于設(shè)定值，首先變頻運(yùn)行的電機(jī)開(kāi)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(yùn)行電機(jī)，直到反饋值小于給定值時(shí)，變頻電機(jī)加速到合適轉(zhuǎn)速，最后系統(tǒng)也工作于一臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行、若干臺(tái)電機(jī)工頻運(yùn)行狀態(tài)。
圖7 以4臺(tái)電機(jī)為例定量控制配線(xiàn)圖（最多8臺(tái)電機(jī)）
4.7 定時(shí)循環(huán)+定量循環(huán)
系統(tǒng)處于定量循環(huán)模式工作時(shí)，壓力（或流量）需求較少時(shí)，只有部分電機(jī)工作，有的電機(jī)可能處于較長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行，這時(shí)可以用定時(shí)循環(huán)的模式循環(huán)運(yùn)行電機(jī)。
定時(shí)循環(huán)+定量控制主要實(shí)現(xiàn)方式是，系統(tǒng)在定量控制模式工作時(shí)，壓力（或流量）需求較小時(shí)，只有部分電機(jī)工作，有的電機(jī)會(huì)處于長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)可以增加定時(shí)循環(huán)功能使電機(jī)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。
表3 恒壓供水系統(tǒng)CP2000變頻器關(guān)鍵參數(shù)
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參數(shù)碼
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參數(shù)名稱(chēng)
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單位
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數(shù)值
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注釋
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00-11
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速度模式選擇
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0
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V/F控制
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03-00
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AVI模擬輸入功能選擇
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4
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AVI為目標(biāo)設(shè)定值
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03-01
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ACI模擬輸入功能選擇
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5
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ACI為PID回授值
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08-00
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PID回饋端子選擇
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1
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選擇負(fù)回授
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08-10
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睡眠參考點(diǎn)
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Hz
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30.00
|
|
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08-11
|
蘇醒參考點(diǎn)
|
Hz
|
35.00
|
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08-12
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睡眠時(shí)間
|
s
|
10.0
|
|
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08-20
|
PID模式選擇
|
|
0
|
|
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12-00
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循環(huán)控制
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2
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定量循環(huán)
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12-01
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連接電機(jī)臺(tái)數(shù)
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3
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12-03
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加速時(shí)電機(jī)切換延遲時(shí)間
|
s
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5
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12-04
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減速時(shí)電機(jī)切換延遲時(shí)間
|
s
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5
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12-05
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定量循環(huán)時(shí)電機(jī)切換時(shí)間
|
s
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20
|
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12-06
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定量循環(huán)時(shí)電機(jī)切換頻率
|
Hz
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50
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作者簡(jiǎn)介：
邱佩服，男，出生于1980年12月，畢業(yè)于北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)�，F(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司變頻器產(chǎn)品處高級(jí)應(yīng)用工程師，從事變頻器項(xiàng)目類(lèi)應(yīng)用相關(guān)技術(shù)工作。
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