基于變頻器PID功能的恒壓供水系統的應用

趙海濤（洛陽三隆安裝檢修有限公司,河南 洛陽 471012）

基于變頻器PID功能的恒壓供水系統的應用

趙海濤
（洛陽三隆安裝檢修有限公司,河南 洛陽 471012）

摘 要：PID閉環控制系統是由壓力傳感器和變頻器組成；水泵的工頻/變頻切換和數量控制由PLC依據變頻器輸出的頻率上下限信號通過繼電器組來完成；兩者的結合實現了恒壓供水，從而較好地解決了工業、消防、高層建筑等供水需求。

關鍵詞：恒壓供水；變頻器；PID

隨著科技的飛速發展，恒壓供水系統在農田灌溉、自來水廠、企業生產用水等領域得到了廣泛應用，而基于變頻器PID功能的恒壓供水系統優勢明顯，其具有自動化程度高、節能、工作穩定可靠、供水質量高等特點，對其分析、討論和研究意義重大。

1　 恒壓供水的實現方法

（1）基于變頻器PID功能的恒壓供水系統；

（2）具備多泵工頻/變頻切換和PID恒壓調節功能的基于變頻器多泵切換功能的恒壓供水系統；

（3）PLC控制的具有PID功能的恒壓供水系統，但這一系統由于增加了PLC的控制，為此要相應的添加A/D、D/A轉換器；

（4）外置PID調節器，變頻器根據其對反饋量和給定量的PID運算結果對系統進行調節，但此系統需添加外置PID調節器，增加了成本。

2　 系統構成和原理

恒壓供水指的是無論管網中水量的大小，管網中的水壓總保持基本恒定，這樣既不會使電機空轉造成電能浪費，同時又能滿足不同樓層用戶對水壓的要求。為實現這一目標，恒壓供水系統的控制方式是：用可編程控制器（PLC）和電機調速裝置組成控制系統，自動調整泵組的運行臺數，并對控制泵組的調速運行進行優化，這樣管網的供水壓力可以實現閉環控制，當管網中的水流量發生變化時，管網的水壓能保持穩定，還能節約電能。其中PLC（FX1S）、觸摸屏（MT506M）、變頻器（FR-A540）、繼電器組、壓力傳感器（3線電流型）、水泵是系統的主要構成組件。PID具備差分和比較的功能，恒壓控制由變頻器內置PID來完成。

變頻器運行頻率的調節主要依據水網壓力和既定壓力的高低來完成，水網壓力高于既定壓力，此時變頻器將降低運行頻率，水網壓力低于既定壓力，此時變頻器將提高運行頻率。水網用水量的突然增大會使變頻泵壓力的突然變小，這時就需要增加水泵，但此時只有一臺水泵在變頻運行。三臺水泵投入運行的泵數和水泵工頻/變頻的切換控制，由PLC控制來完成。這樣水網即可以保證供水壓力的恒定，并且可以優先監控系統并節約能源。

3　 變頻器相關參數的設置

3.1 采用三菱FR-A540變頻器

系統采用三菱FR-A540變頻器，這種變頻器，性價比高，應用極其廣泛，智能功率模塊（IPM）和789t-PWM調制原理，使變頻器輸出波形更好、抗干擾能力更強、電動機的噪音更低。而FR-A540變頻器的內置PID控制功能、變頻/工頻順序制動和順序切換功能、停電時減速停止功能，使其能同時滿足在各種工業現場的應用。具體參數設置見文獻[1]。

3.2 變頻器的頻率參數設置

變頻器的參數設置首先要清除所有已有參數后再設置，參數設置完成后，要將變頻器斷電再送電后，新的參數才能生效。變頻器的參數設定通常要注意以下幾點：

（1）上限頻率。通常來說，設定上限頻率等于額定頻率為最宜，略低一些也可以；

（2）下限頻率。下限頻率設置的不宜太低，因為太低會使水泵出現全揚程小于實際揚程，造成水泵空轉；

（3）最高頻率。變頻器的工作頻率不能超過其額定頻率，因此最高頻率也只能設定為額定頻率，若自身轉速超過額定轉速時，矩陣將呈平方律增加，對變頻器自身會造成較大損害。

3.3 變頻器的PID參數設置

PID的參數設置必須要保證系統的運行穩定。調試過程中，要觀察壓力監測點的實際測量值。變頻器的PID設置流程如下:

（1）設定值的確定。先要確定被調節壓力的設定值；

（2）百分數的轉換。計算傳感器的輸出值與設定值之間的相應關系，若傳感器電流為20mA對應0.5MPa，4mA對應0MPa，那么0.1MPa則相當于20%，相對應為7.2mA；

（3）設定值的設置。從端子2、5端口輸入的電壓應依據設定值的百分數來設置，本例是在2、5端輸入1V電壓；

（4）運行。微分時間設定的要小一點，積分時間和比例范圍設定的要大一點；

（5）運行時，目標值不能保持平穩，則把微分時間減少一點，把積分時間和比例范圍增大一點，保證目標值的穩定。

（6）目標值平穩時，可適當增加一點微分時間，減少積分時間、減小比例范圍。

4　系統控制的相關要求

（1）系統采用3臺水泵供水，三臺水泵根據變頻器輸出信號的頻率依次變頻啟動和轉為工頻運行。先后多次出現頻率上限信號時，從1號到3號水泵依次變頻啟動運行，前一臺水泵轉為工頻。出現下限信號時，從3號到1號水泵先后停止，后一臺水泵轉為變頻運行；

（2）系統可手動切換或自動換，但系統中要有過載、聯鎖等相應保護措施；

（3）通常情況下，為均衡水泵的工作時間，應使3臺泵交替工作。

5　總結

相比與傳統的水塔、水箱、氣壓罐等供水方式，基于變頻器PID功能的恒壓供水系統具有效率高、損耗小、抗干擾能力強、可靠性高、運行穩定、精度高、調速供水節能效果突出、動態響應快的特點，隨著科技的不斷發展進步，其應用范圍也將越來越廣，必將成為供水網的換代產品。

參考文獻：

[1]黃立培,張學.變頻器應用技術及電動機調速[M].人民郵電出版社,1999.

[2]岳慶來.變頻器,可編程控制器及觸摸屏綜合應用技術[M].北京:機械工業出版社,2007:601.

[3]宋峰青.變頻技術[M].北京:中國勞動出版社,2004:107.