多臺深井水泵采用一臺供水專用變頻器改造研究

宋思普 熊召群

（泰山玻璃纖維有限公司，山東 泰安 271000）

1 引言

某公司共有六口水井，水井潛水泵電機功率均為37kW，一臺水泵為浮球上下限控制，其余均為手動泵。平時兩臺水泵供水，一臺手動泵全天運行，一臺浮球泵上下限控制水位的平衡。但是當用水量小于一臺供水泵的供水量時，水塔容易出現溢水現象，當用水量大于兩臺水泵供水量時又會出現水塔缺水現象，為此采用專用供水變頻器控制供水改造。

2 系統原理

由水位變送器從水塔上取回4～20m A水位信號送入變頻器，變頻器對設定水位值、與實際水位值進行比較，控制變頻器的頻率，當實際水位的值小于設定值時，變頻器提升頻率，供水量增加，當變頻器的頻率達到最高時若還沒有使實際水位達到設定值，變頻器內部PLC將給2#水泵控制器發出開啟2#水泵的信號指令，2#水泵開啟，此時有兩種情況，一是供水量大于用水量，實際水位將會大于設定值，變頻器將降低頻率，第二種情況，供水量還是小于用水量，此時變頻器將自動開啟3#水泵，以此類推直到6臺水泵全部開啟，以保證供水量與用水量的平衡。當用水量減小時，1#變頻泵首先開始降低頻率當頻率降低到設定最低頻率時，實際水位還是大于設定水位變頻器將發出2#泵的停止指令，此時若實際水位仍然大于設定水位變頻器將發出3#水泵的停止指令。以此類推直到所有的供水泵全部停止，以保證實際用水量與供水量的平衡。1#泵為變頻調速控制泵，由水位變送器作為水位檢測元件與變頻器構成閉環反饋控制。

圖1 控制方式示意圖

圖2 變頻器接線示意圖

3 系統優點

（1）采用專用變頻器進行恒水位PID控制，水位控制精度高。避免了上下限水位控制帶來的水位波動太大的弊端。

（2）變頻器內置供水專用PLC，內部程序由研究供水多年的資深專家編制而成，充分考了供水的各種情況，揚長避短，使供水更具人性化，科學化。

（3）由一臺變頻器控制多達7臺水泵的供水，使系統成本大大降低。

（4）工頻泵用無線的方式進行開?？刂疲缺苊饬税惭b線路造成的對環境的美觀破壞，還非常方便安裝，節約安裝費材料費。對于遠距離控制極為有利。

（5）設有休眠功能，該功能特別適合夜間用水量急劇減少的情況，可設定休眠的開始和停止時刻，并可設定水位的給定值，休眠期間，休眠小泵工作，變頻器只對水位進行檢測，當水位低于設定休眠下限水位時，系統自動喚醒，變頻器投入工作，而當水位再次超過休眠上限水位時系統再次進入休眠狀態，休眠期間只有休眠小泵工作，最大限度的節約了用電能。（本例中沒有使用休眠功能）

4 2#-6#泵的控制方式

由于2#-6#泵為工頻泵，開、停僅需要一開關量即可控制，但由于每個水井之間相距較遠，并且分布在廠區，若用有線控制，則電纜的架設或掩埋比較困難，故考慮采用無線控制方式。供水專用變頻器發出開泵信號傳給無線發射器，發射器每隔1分鐘發出一次2s長短的啟動信號，表示這臺水泵正在運行。接收器安裝在2#-6#泵房內，接到命令后立即開啟水泵，水泵的啟動方式為自耦降壓啟動方式，并且有時間繼電器控制，3m in內沒有開啟信號水泵將自動停止。變頻器安裝在1#水泵房，控制1#水泵的供水量，變頻器內部繼電器控制2#-6#發射器的工作情況。

5 發射器與接收器

無線發射器與接收器構成了無線遙控控制的核心部件，每個發射器與每個接收器有特定的編碼信號，用聲表面波濾波器來穩定輸出頻率。發射器發射功率為3W發射距離為2000～5000m，發射器與接收器需要配置專用天線，才能保證有較遠的發射距離，如有高建筑物阻擋應適當抬高室外天線的架設高度。無線發射器發出特定編碼電波，并且為了延長發射管的壽命編碼信號每隔一分鐘發射一次，每發射一次時間為2s。無線接收器接收到信號后立即控制繼電器動作，繼電器常開點閉合，開啟自耦降壓啟動柜，水泵開始運行，若3m in內無信號接收繼電器將自動釋放，停掉水泵。因為發射起每隔1m in無線發射器接受器完成了相當于有線的開關量的傳遞工作。

6 變頻器的參數設置：（以TD2100系列供水專用型變頻器為例）

變頻器在自動供水系統中起到舉足輕重的作用，從水位的自動恒定控制，到控制其他泵的運行與停止，都由變頻器控制，變頻器內部專用PLC對供水進行專門的管理，使供水更人性化。變頻器參數是變頻器工作的軟件，正確的參數設置將是變頻器工作的前提。

（1）閉環功能參數設置

F87設置成1顯示閉環參數設置

F88給定量通道選擇設置成2由VIC模擬0～10V電壓給定，也可以設定為0數字電壓給定，這時設定水位要在功能碼F89中設定。

F90反饋量輸入通道選擇，設定1，即由CCI模擬4～20mA電流反饋，并將主控板的跳線插在I位置上。

F92最小給定量對應的反饋量應設置成20%，因為給定量為0～10V電壓，最小值對應4～20mA的4mA。

F98比例增益P，調試時設定。比例增益反映了系統對輸出量與給定量進行誤差比較后安比例反饋給輸出量的大小。參數設置越大同樣的誤差量反饋到輸入端的量就越大。系統輸入與輸出的誤差就會減小，但是有余反饋量過大系統的穩定性會變差。

F99積分時間，此參數數值越大系統越穩定但是系統從一個擾動轉為穩定所需時間越長，也就是系統的調整反應速度變慢。

F100微分時間，此參數數值越大，系統越不穩定但是系統從一個擾動轉為穩定所需時間越短，也就是系統的反應速度越快。

PID參數設置設置說明：有水塔恒水位控制系統特點，系統應當屬于“大穩緩”的特點，水泵開啟后不能夠立即使水位有很大提高。的由于本系統對于保證供水水位精度要求不高，不像對于機械方面恒速控制要求一樣，并且要求系統穩定性很關鍵，因為若系統不穩定水文位波動很大，就很容易出現溢水問題，故原則上比例增益可調的小一點，積分時間參數調的適當大一點，這樣對于系統穩定大有好處。

（2）供水基本參數設置

供水基本參數設置，是供水變頻器特有的參數，

F24供水方式選擇1，為普通PI閉環控制。

F25供水模式選擇應設置成0，（變頻泵1臺，普通泵5臺）

F43日期設定，根據實際日期設定。

F44實時時間，根據實際設定。

F45泵的定時輪換周期，定時輪換的設置，可以有效的防止因設備長期不用而發生銹死現象，提高了設備的利用率，降低了維護費用。當水泵的功率基本相同時，選擇定時輪換比較合適，系統工作不易振蕩，當參數F25設置成1、2、3、5、6、7時所有泵將參與輪換，當參數F25設置成0或4時變頻泵井不參與輪換。

（3）基本運行參數設置

F00設置為1，顯示F1-F23功能碼。

F03設置為0，為面板控制方式。

F04運轉方向設定，此參數可任意改變電動機的轉動方向，根據實際調整。

F05最大輸出頻率，設置50Hz。

F06設置成20Hz，當水位超過設定水位時變頻器開始降低頻率，次頻率是降低到的最低頻率。此頻率設置的最佳應該是使電流最小。

F07最大輸出電壓，設置為：380V

F08V/F曲線控制模式，此參數與負載性質有關，參數設置正確可是轉速提升是不至于時電流波動太大。水泵可設定為1。

F14起動方式，設置為1，轉速跟蹤再起動，變頻器在起動前，通過檢測電動機的轉向，實施對旋轉中電動機的平滑無沖擊起動。

F19故障自動復位次數是設置3次

F22變頻器故障處理方式設置成1，出現故障時全部水泵停止運行。

基本參數設置說明：基本參數是普通變頻器都具有的參數，特別引起注意的是，當設置故障自動復位功能是，若此時起動信號沒有消失，應有必要的措施防止水泵突然開啟帶來的危害。

7 控制系統抗干擾的措施

無線發射器、變頻器在工作中都能夠發出高次諧波，將會對變頻器的信號采集以及正?？刂茙砦：?，必須進行有效的的措施：①水位信號必須用屏蔽電纜引入變頻器，并盡量遠離電力纜，以及變頻器負荷線；②無線發射器安裝在房頂，一是可以增加發射距離，二是可有效避免輻射對弱信號的影響。

8 結論

由于供水專用變頻器，內部軟件專門為供水系統開發，具有優秀的供水性能，一臺變頻控制多臺水泵節約了大量的資金，無線方式實現遠距離控制，所以該技術改造項目，改造投資成本小，方便安裝，有利于推廣。

[1] TD 2100系列供水專用變頻器用戶手冊.