ABB變頻器在變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備控制系統(tǒng)的應(yīng)用
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備系統(tǒng)的構(gòu)成及原理
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備控制系統(tǒng)通過測(cè)到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)變頻器的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后，調(diào)節(jié)輸出頻率，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號(hào)（一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號(hào)）可適時(shí)通知PLC進(jìn)行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的啟停將聯(lián)動(dòng)其出口閥門。
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備選型說明
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備供水系統(tǒng)主要由變頻控制柜、壓力傳感器、水泵等組成。變頻控制柜由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、PLC等組成。
1. 供水系統(tǒng)選用原則
(1)蓄水池容量應(yīng)大于每小時(shí)最大供水量。
(2)水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度。
(3)水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。
(4)變頻控制柜選型：
用戶可根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號(hào)及臺(tái)數(shù)，然后對(duì)控制柜進(jìn)行選型。
2. 變頻器
根據(jù)工藝要求，建議配用ABB ACS600系列變頻器。ACS 600系列變頻器是ABB公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性完整的保護(hù)功能以及靈活的編程能力，較高的可靠性和較小的體積。
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備主要技術(shù)數(shù)據(jù)：
·功率范圍：2.2-3000kW
·電源電壓：380/400/415/440/460/480/500VAC 3相±10%；
·電源頻率：48-63Hz
·控制連接：2個(gè)可編程的模擬輸入（AI）；1個(gè)可編程的模擬輸出（AO）；5個(gè)可編程的數(shù)字輸入（DI）；2個(gè)可編程的數(shù)字輸出（DO）。
·連續(xù)負(fù)載能力：150% In，每10分鐘允許1分鐘
·串行通訊能力：標(biāo)準(zhǔn)的RS—485接口可使變頻器方便地與計(jì)算機(jī)連接。
·保護(hù)特性：過流保護(hù)、I2t、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)、短路保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓緩沖、電機(jī)欠/過載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、串行通訊故障保護(hù)、AI信號(hào)丟失保護(hù)等。
外型結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。產(chǎn)品經(jīng)過多種電氣安全規(guī)范認(rèn)證，符合GE、UL及質(zhì)量認(rèn)證體系ISO9001和ISO4001等。
ABB變頻器獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）功能是目前最佳的電機(jī)控制方式，它可以對(duì)所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，無需速度反饋就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。
ACS600變頻器內(nèi)置PID、PFC、預(yù)磁通等八種應(yīng)用宏，只需選擇需要的應(yīng)用宏，相應(yīng)的所有參數(shù)都自動(dòng)設(shè)置，輸入輸出端子也將自動(dòng)配置，這些預(yù)設(shè)的應(yīng)用宏配置大大節(jié)約了調(diào)試時(shí)間，減少出錯(cuò)。
3. 可編程序控制器
PLC建議采用西門子S7-200型。SIMATIC S7-200 可編程序控制器是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用；大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù)，各種單獨(dú)的模塊之泛組合以用于擴(kuò)展；簡單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活；方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)；當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可以自由擴(kuò)展；大范圍的集成功能使得它的功能非常強(qiáng)勁。
多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備應(yīng)用范圍
1. 該系統(tǒng)既可用于生產(chǎn)、生活用水，亦可用于熱水供應(yīng)，恒壓噴淋等系統(tǒng)。
a. 可廣泛用于工業(yè)企業(yè)、生活、生產(chǎn)供水系統(tǒng)及企業(yè)自備并改造工程，自來水廠、生活小區(qū)及消防供水系統(tǒng)。
b. 可用于各種場(chǎng)合的恒壓、變壓、冷卻水和循環(huán)供水系統(tǒng)。
c. 可用于污水泵站、污水處理及污水提升系統(tǒng)。
d. 可用于農(nóng)業(yè)排灌、園林噴淋、水景和音樂噴泉系統(tǒng)。
e. 可用于賓館、大型公共建筑供水及消防系統(tǒng)。
2. 技術(shù)指標(biāo)
a．最大供水高度：200米
b．最大流量：1000立方米/小時(shí)
c．壓力波動(dòng)：≤0.25兆帕
d．水泵電機(jī)功率：0.75KW-280KW
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備概述
長沙中贏供水設(shè)備有限公司建廠以來一直從事變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備的研制，開發(fā)和生產(chǎn)。專業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備，恒壓供水設(shè)備，無塔供水設(shè)備，管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備，變頻調(diào)速供水設(shè)備，不銹鋼無負(fù)壓變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備，無負(fù)壓供水設(shè)備，自來水供水設(shè)備。
該變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備突出優(yōu)點(diǎn)是，不需建造水塔，投資小、占地少，采用水氣自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能與自來水自動(dòng)并網(wǎng)，停電后仍可供水，調(diào)試后數(shù)年不需看管。比建造水塔節(jié)約投資70％，比建造高位水箱節(jié)約投資60％，大大節(jié)約土建投資，廣泛用于企事業(yè)單位、住宅區(qū)及農(nóng)村的生產(chǎn)、生活、辦公用水。供水戶在20--20000戶。日供水量在20—50000m3，供水高度達(dá)150米，即50層樓房。
使用我公司變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備，只需在鍋爐房或地下室，擠出一點(diǎn)地方即可安裝，有自來水的單位，使用該設(shè)備可以調(diào)節(jié)高峰用水量，增加水壓，能在高峰用水時(shí)，滿足大面積用水和高樓層用水。沒自來水的單位、工廠或農(nóng)村，只需用該設(shè)備接通水源即可得到同水塔一樣的效果，使您滿意的用上自來水，我公司生產(chǎn)的設(shè)備為一體型設(shè)備，保證現(xiàn)場(chǎng)施工5天安裝完畢。歡迎廣大用戶到公司看樣訂貨。
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備特點(diǎn)
■ 采用微機(jī)控制、壓力分級(jí)控制及手動(dòng)控制等三種不同控制方式，確保設(shè)備的可靠性。
■ 能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，大大減少啟動(dòng)負(fù)荷和壓力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果顯著。
■ 采用高可靠性管路附件及電器無觸點(diǎn)控制方式，大大提高了設(shè)備使用壽命。
■ 系統(tǒng)配備小型緩沖壓力調(diào)節(jié)罐，大大減輕管網(wǎng)的水錘現(xiàn)象。還配備小流量定壓泵，起小流量范圍內(nèi)的供水及保證消防系統(tǒng)常備壓的作用。
■ 設(shè)有斷相、過壓、過流、過載、失速及無水等各種保護(hù)功能及故障顯示和報(bào)警裝置。
■ 設(shè)備占地面積和高度較小，靈活機(jī)動(dòng)，安裝調(diào)試方便，省工省時(shí)，節(jié)省投資。
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備適用范圍：
● 生產(chǎn)用水：供水量1～1300m3/h
● 生活用水：可供1～120000戶居民用水
● 消防用水：可用于1～3類建筑物的消防用水
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備變頻應(yīng)用方式
通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全開，供水量小時(shí)開一臺(tái)或兩臺(tái)。在采用變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺(tái)變頻器；其二是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向，我公司開發(fā)NKL-A系列變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達(dá)的功能。下面講到的原理都是一變頻器拖動(dòng)多馬達(dá)的系統(tǒng)。
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備變頻控制原理
用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著（可根據(jù)具體情況計(jì)算出來）。其優(yōu)點(diǎn)是：
a、 起動(dòng)平衡，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；
b、 由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命；
c、 可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)；
一般地說，當(dāng)由一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量與實(shí)際電動(dòng)機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)等于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量之和。但如在高峰負(fù)載時(shí)的用水量比兩臺(tái)水泵全速供水量相差很多時(shí)，可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的容量。
雖然水泵在低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過電動(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱。因此，電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)是必需的。對(duì)于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以應(yīng)采用熱繼電器來進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)。
在主要功能預(yù)置方面，最高頻率應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時(shí)間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時(shí)間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時(shí)，只要在預(yù)置時(shí)設(shè)定PID功能有效，則所設(shè)定的升速和降速時(shí)間將自動(dòng)失效。
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備PID控制原理
根據(jù)反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點(diǎn)是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動(dòng)較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時(shí)采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時(shí)現(xiàn)該算法，同時(shí)對(duì)PLC的編程來時(shí)現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實(shí)踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價(jià)也不高。
變頻穩(wěn)壓給水設(shè)備要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。
