變頻器內(nèi)置PID功能在中贏無負(fù)壓供水設(shè)備中的應(yīng)用
變頻器內(nèi)置PID功能在中贏無負(fù)壓供水設(shè)備中的應(yīng)用
一、引言
自從通用變頻器問世以來,變頻調(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速無負(fù)壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,變頻器的功能也越來越強(qiáng)。
二、傳統(tǒng)的變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備設(shè)計(jì)方案
傳統(tǒng)的變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備往往采用圖1所示的設(shè)計(jì)方案。
無負(fù)壓供水設(shè)備中變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速,從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓,壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后,經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算,輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入PID回路調(diào)節(jié)器,由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后,輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號,如圖1中虛線所示。一般的供水設(shè)備控制1~3臺水泵,1~2臺工作,1臺備用。在這些水泵中,一般只有一臺變頻泵。當(dāng)供水設(shè)備供電開始工作時,先起動變頻泵,管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值時,變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。而當(dāng)用水量增加,水壓降低時,傳感器將這一信號送入可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器,可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器則送出一個較用水量增加前大的信號,使變頻器的輸出頻率上升,水泵的轉(zhuǎn)速提高,水壓上升。如果用水量增加很多,使變頻器的輸出頻率達(dá)到最大值,仍不能使管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值時,可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器就發(fā)出控制信號,起動一臺工頻泵,其他泵依次類推。反之,當(dāng)用水量減少,變頻器的輸出頻率達(dá)到最小值時,則發(fā)出減少一臺工頻電機(jī)的命令。圖1中M1~M3為電機(jī),P1~P3為水泵,JC1~JC6為電機(jī)起、停、互相切換的交流接觸器。
由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的,所以對可編程控制器來講,既要有模擬量輸入接口,又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價格很高,這無形中就增加了供水璞傅某殺盡H舨捎么心D飭渴淙?數(shù)字量輸出的可編程控制器蛞誑殺喑炭刂破韉氖至渴涑隹諏斫右豢镻WM調(diào)制板,將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂谱冾l器轉(zhuǎn)速的模擬信號,造成可編程控制器的成本沒有降低,還增加了連線和附加設(shè)備,降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個開關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個PID回路調(diào)節(jié)器,其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以,在變頻調(diào)速無負(fù)壓給水控制設(shè)備中,PID控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
三、新型變頻調(diào)速無負(fù)壓供水設(shè)備的解決方案
針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處,國外近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品,如ABB公司的ACS600、ACS400系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi),形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。這類變頻器的價格僅比通用變頻器略高一點(diǎn),但功能卻強(qiáng)很多,所以我們在山東新建的生活小區(qū)中就采用了這種新型的設(shè)計(jì)方案。
該無負(fù)壓供水設(shè)備采用2臺水泵,一用一備,由可編程控制器定時切換。若用水量大,變頻器也可以通過可編程接口向可編程控制器發(fā)出信號,由可編程控制器控制兩臺泵同時工作,一臺變頻運(yùn)行,一臺工頻運(yùn)行。圖2中傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸入口AI2+、AI2-,而壓力設(shè)定既可以使用變頻器的鍵盤以數(shù)字量的形式設(shè)定,也可以采用一只電位器以模擬量的形式送入AI1+、AI1-。這樣通過變頻器的控制面板,在變頻器的PID選項(xiàng)中選擇合適的PID參數(shù),并經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試校正,設(shè)備就可以正常運(yùn)行了。
由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部,這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程,而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易,這不僅降低了生產(chǎn)成本,而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法,所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑,穩(wěn)定。同時,為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值,可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù),同時還可對反饋信號進(jìn)行換算,使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。該設(shè)備自2010年10月在該生活小區(qū)運(yùn)行以來,一直保持良好的運(yùn)行狀態(tài),管網(wǎng)水壓非常穩(wěn)定,受到了小區(qū)用戶的一致好評.
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