變頻器內(nèi)置PID功能在造紙廠消防系統(tǒng)中的應(yīng)用

屈細(xì)紅

摘要：造紙廠是一級(jí)防火單位，在目前的造紙消防系統(tǒng)中，很多利用變頻器調(diào)速以使供水設(shè)備恒壓。本文介紹了帶有內(nèi)置PID功能的變頻器。根據(jù)造紙廠消防系統(tǒng)中水管壓力變化，利用變頻器內(nèi)置PID功能，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率而使水泵中的電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，通過(guò)調(diào)節(jié)水泵的供水能力，保持管網(wǎng)水壓力恒定，確保消防系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定可靠。此變頻器適用于造紙等一級(jí)消防單位消防系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：變頻器； PID；壓力；恒壓供水

中圖分類號(hào)：TP2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：1011980/jissn0254508X201802009

隨著國(guó)家對(duì)于消防安全要求的提高以及工廠規(guī)模的不斷增大，消防泵的作用越來(lái)越大。在試驗(yàn)消防水泵、火災(zāi)初期噴水量不大的情況下，水泵全速運(yùn)行容易造成超壓事故甚至爆管，因此利用變頻器的PID功能調(diào)控消防系統(tǒng)壓力，可增加消防系統(tǒng)的安全性。現(xiàn)在造紙單位消防系統(tǒng)中，很多利用變頻器調(diào)速以使供水設(shè)備恒壓，采用了帶有模擬量輸入輸出的可編程控制器，這樣可在一定程度上提升消防系統(tǒng)的安全性。然而這會(huì)使設(shè)備成本升高，增加調(diào)試?yán)щy。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，帶有內(nèi)置PID功能的變頻器可以替代原有的可編程控制器，不僅可以降低供水設(shè)備成本、提高生產(chǎn)效率且運(yùn)行安全可靠。本文對(duì)該變頻器進(jìn)行介紹。

1消防系統(tǒng)配置

造紙單位是一級(jí)防火單位，消防安全至關(guān)重要。某造紙單位消防系統(tǒng)配置了2臺(tái)功率為160 kW消防水泵及2臺(tái)75 kW穩(wěn)壓水泵，均采用VACON變頻器控制消防系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置情況如圖1所示。

在試驗(yàn)消防水泵或火災(zāi)初期噴水量不大的情況下，水泵全速運(yùn)行容易造成超壓事故甚至爆管。因此宜啟用2臺(tái)160 kW消防泵，利用變頻器內(nèi)部PID功能調(diào)節(jié)管道壓力，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有操作按鈕箱，電氣控制柜上有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式，手動(dòng)有本柜手動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)控制箱上手動(dòng)控制兩種模式。無(wú)論手動(dòng)還是自動(dòng)模式都可以啟動(dòng)或停止水泵運(yùn)行。水泵運(yùn)行速度通過(guò)管道上壓力傳感器輸出的電信號(hào)值與變頻器內(nèi)部的PID值來(lái)調(diào)節(jié)，消防系統(tǒng)除了在控制柜和現(xiàn)場(chǎng)按鈕箱上能控制消防水泵的啟停外，還能在值班室控制消防水泵啟停，如遇上火災(zāi)等緊急情況時(shí)，拍下標(biāo)有火警消防按鈕（XF），則變頻器立即轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl全速運(yùn)行（50 Hz），并以最高的運(yùn)轉(zhuǎn)速率確保最大水泵供水能力。

在正常情況下，特別是消防水管獨(dú)立設(shè)置時(shí)，消防用水量極少，為了防止在低頻下2臺(tái)160 kW消防水泵頻繁啟停，本設(shè)計(jì)采用2臺(tái)75 kW穩(wěn)壓水泵來(lái)控制消防水泵的啟停。穩(wěn)壓水泵也有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制模式，手動(dòng)模式即根據(jù)需要人為需求啟停水泵，在正常情況下2臺(tái)恒壓水泵均設(shè)置為自動(dòng)模式，即根據(jù)水管壓力自動(dòng)啟動(dòng)穩(wěn)壓水泵。現(xiàn)場(chǎng)安裝有接點(diǎn)式壓力表，壓力表可根據(jù)需要設(shè)置兩個(gè)不同的壓力值，即穩(wěn)壓壓力值和超高壓力保護(hù)值。某單位設(shè)定穩(wěn)壓壓力值為07 MPa（綠色表針）及超高壓壓力保護(hù)值09 MPa（紅色表針），即當(dāng)水管實(shí)際總壓力低于07 MPa時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)穩(wěn)壓水泵（自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)或二臺(tái)）來(lái)補(bǔ)充水管壓力，當(dāng)水管總壓力高于07 MPa時(shí)，穩(wěn)壓泵會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行。當(dāng)接點(diǎn)式壓力表綠色表針設(shè)置失效時(shí)，超高壓壓力會(huì)進(jìn)行工作，當(dāng)實(shí)際壓力高于09 MPa時(shí)，穩(wěn)壓水泵自動(dòng)停止運(yùn)行，超高壓力開始起到保護(hù)作用，變頻器參數(shù)設(shè)置如表1所示。根據(jù)表1可知：160 kW大泵設(shè)定壓力為065 MPa，即管道壓力低于065 MPa時(shí)，2臺(tái)160 kW消防水泵才啟動(dòng)，這樣有效避免了在正常情況下用水量少時(shí)，2臺(tái)160 kW消防水泵長(zhǎng)期低頻運(yùn)行的不利情況。

2消防系統(tǒng)電氣控制原理及參數(shù)設(shè)置

21消防系統(tǒng)電氣控制原理

圖2為某造紙單位消防系統(tǒng)160 kW水泵電氣控制原理圖，當(dāng)圖2電路中斷路器QF1合上后，如在本地手動(dòng)模式下，合上SB2按鈕或者在現(xiàn)場(chǎng)操作箱上合上SB4按鈕，或者換至自動(dòng)模式，KA1接觸器均得電吸合，電機(jī)將啟動(dòng)運(yùn)行，此時(shí)電磁閥DCF1因未得電處在常開狀態(tài)，電磁閥DCF2也因未得電，處在常閉狀態(tài)，壓力傳感器能檢測(cè)到管網(wǎng)的供水實(shí)際壓力，檢測(cè)到的壓力作為控制流量變化的參考變量，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送至變頻器。當(dāng)用水量減少，

供水能力大于用水需求時(shí)，水壓上升，經(jīng)壓力傳感器反饋的電信號(hào)變大，變頻器內(nèi)部設(shè)定的目標(biāo)值與反饋值的偏差值變小，該比較信號(hào)經(jīng)變頻器內(nèi)部PID處理后的頻率給定信號(hào)變小，變頻器輸出頻率下降，消防水泵轉(zhuǎn)速下降，供水能力下降，直到壓力值等于目標(biāo)值，供水能力與用水需求之間達(dá)到平衡時(shí)，即實(shí)現(xiàn)恒壓供水。反之當(dāng)用水量增加，供水能力小于用水需求時(shí)，水壓下降，經(jīng)壓力傳感器反饋的電信號(hào)變小，變頻器內(nèi)部設(shè)定的目標(biāo)值與反饋值的偏差值變大，該比較信號(hào)經(jīng)變頻器內(nèi)部PID處理后的頻率給定

值信號(hào)變大，變頻器輸出頻率增加，消防水泵轉(zhuǎn)速加大，供水能力提升，直到壓力值等于目標(biāo)值，供水能力與用水需求之間達(dá)到平衡時(shí)，即又實(shí)現(xiàn)恒壓供水。

當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，按下值班室XF按鈕，繼電器KA4得電，常開電磁閥DCF1得電關(guān)閉，常閉電磁閥DCF2得電打開，這樣傳感器檢測(cè)到的壓力始終趨近于0，經(jīng)壓力傳感器反饋的電信號(hào)變小，趨近于最低值，變頻器內(nèi)部設(shè)定的目標(biāo)值與反饋值一直處于最大偏差，該比較信號(hào)經(jīng)變頻器內(nèi)部PID處理后的頻率給定值信號(hào)一直處于最大值，變頻器以最大頻率（50 Hz）輸出，消防水泵以工頻速率運(yùn)行。如按下XF按鈕，則恢復(fù)之前的運(yùn)行模式。消防水泵管道實(shí)際壓力顯示在AT儀表盤上。2臺(tái)75 kW穩(wěn)壓水泵的電氣控制，利用壓力繼電器信號(hào)作為變頻器的啟停控制信號(hào)，因電機(jī)功率小，速度可選用固定頻率設(shè)置即可。

22變頻器電路原理圖及參數(shù)設(shè)置

VACON變頻器內(nèi)置PID功能電路原理圖如圖3所示。

圖3中VACON變頻器端子+24V和DIN1接KA1繼電器的一對(duì)常開觸點(diǎn)，常開觸點(diǎn)閉合可以啟動(dòng)變頻器運(yùn)行，常開觸點(diǎn)打開可以停止變頻器運(yùn)行，R01是變頻器運(yùn)行反饋信號(hào)，R02是變頻器故障信號(hào)，AI2+和+24V 接來(lái)自管道上壓力傳感器線。

VACON變頻器在菜單M6下的S62中選擇PID應(yīng)用宏。變頻器參數(shù)設(shè)置見表1。

系統(tǒng)中，采用0～1 MPa的壓力傳感器，管道壓力要求穩(wěn)定在065 MPa，則065 MPa 對(duì)應(yīng)的百分?jǐn)?shù)為65%，故在VACON變頻器M3菜單參數(shù)P34設(shè)置為65%。將VACON變頻器內(nèi)部菜單M2下參數(shù)P211，P212，P213，P214，P215，P216，P217，P218，P219，P2110，按照表1數(shù)據(jù)設(shè)置。VOCON變頻器M2菜單下參數(shù)P2111將PID控制器參考信號(hào)源設(shè)置為1=模擬電流輸入。VACON變頻器M2菜單下P226、P2223， P2224， P238， P239按照表1數(shù)據(jù)設(shè)置完成。

3結(jié)語(yǔ)

根據(jù)消防系統(tǒng)中水管內(nèi)壓力變化，變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率而使水泵中電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，并且通過(guò)內(nèi)部PID的調(diào)節(jié)，保持管網(wǎng)水壓力恒定，不僅高效節(jié)能，且對(duì)管網(wǎng)的沖擊小，運(yùn)行平穩(wěn)。另外，造紙單位為消防重點(diǎn)單位，設(shè)計(jì)好消防系統(tǒng)的電氣控制，對(duì)造紙單位消防安全非常重要。

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（責(zé)任編輯：吳博士）