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臺達CP2000變頻器在供水行業(yè)的應用

中達電通股份有限公司
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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,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狀態(tài),起動方式有軟起動、自耦變壓器起動或直接起動。變頻調速系統(tǒng)對電機的轉速實現(xiàn)無級調速,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、計算機控制技術、交流調速技術,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。
 
供水系統(tǒng)方案及比較
水池-水泵(恒壓變頻或氣壓罐)-管網系統(tǒng)-用水點是目前國內外普遍采用的方法。該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式,以“先開先關”的順序關泵,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。
  圖1 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路
 
變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案
供水系統(tǒng)主要應用的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。
 
3.1 方案1
采用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)PID控制和多泵循環(huán)功能,變頻器僅做基本調速。圖2為方案1實施系統(tǒng)。
2 PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)供水
 
在工作過程中,壓力傳感器將管網水壓變換為電壓或電流信號,經模擬量輸入通道輸入PLC系統(tǒng),PLC根據(jù)給定的壓力設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。
 
3.2 方案2
    不配置PLC采用變頻器內部的PID功能,變頻器驅動水泵臺數(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。
圖3 PID內部功能實現(xiàn)供水
 
3.3 方案3
采用變頻器內部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變頻器功能與設置
 
臺達CP2000系列變頻器擁有內部PID功、多泵循環(huán)功能以及內置PLC,可以通過變頻器實現(xiàn)以上功能。
4.1 PID控制功能
CP2000變頻器內部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,當輸出頻率增加,電機運轉速度增大時,檢測反饋信號也會增大的應用場合;當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)設置如表1所示。
表1 回授接口端子的選參數(shù)
回授信號端子
參數(shù)設置
實際信號類型
信號對應關系
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)設置如表2所示。
表2 PID目標值參數(shù)
PID目標設定值選擇
參數(shù)設置
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
 
 
4.2 睡眠喚醒功能
    CP2000可設置睡眠頻率08-10、睡眠時間08-12和蘇醒頻率08-11,當頻率命令低于睡眠頻率時,在睡眠時間內,變頻器運轉頻率為睡眠頻率08-10,當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
4.3 多泵循環(huán)功能
     CP2000有五種循環(huán)方式,一臺變頻器最多可驅動8組電機。
 
4.4 定時循環(huán)
    最多可以控制8臺電機,每臺電機工作于變頻或停止狀態(tài),每個時刻有一臺電機運行,電機按順序運行設定的時間(參數(shù)12.02設定)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)。
 
      圖5  以4臺電機為例定時循環(huán)控制配線圖
4.5 定量循環(huán)
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,當運行時的壓力(或)流量大于設定值時,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。
   圖6 以4臺電機為例定量循環(huán)控制配線圖(最多4臺)
4.6 定量控制
最多可以驅動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定頻率,若壓力(或流量)仍大于設定值,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)。
 
圖7 以4臺電機為例定量控制配線圖(最多8臺電機)
 
4.7 定時循環(huán)+定量循環(huán)
     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變頻器關鍵參數(shù)設置。
 
表3 恒壓供水系統(tǒng)CP2000變頻器關鍵參數(shù)
 
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   
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
 
 
 
作者簡介:
邱佩服,男,出生于1980年12月,畢業(yè)于北京機械工業(yè)學院,自動化專業(yè)。現(xiàn)任中達電通股份有限公司變頻器產品處高級應用工程師,從事變頻器項目類應用相關技術工作。

 


 
 
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