國(guó)內(nèi)幾種常用變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的比較分析
1．概述
目前，我國(guó)的能源工業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，有效地利用電能是必須面對(duì)的問題。隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，在我國(guó)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，同時(shí)取得了良好的效果。采用變頻器和可編程控制器等現(xiàn)代控制設(shè)備和技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒定水壓供水，是供水領(lǐng)域技術(shù)革新的必然趨勢(shì)，然而傳統(tǒng)的水塔供水既不衛(wèi)生又不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)對(duì)水資源也造成了大量的浪費(fèi)。
本網(wǎng)頁(yè)通過對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的介紹，對(duì)比幾種變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，有效的解決傳統(tǒng)供水方式的弊端，說明變頻恒壓供水控制系統(tǒng)是具有實(shí)用價(jià)值的調(diào)速系統(tǒng)，同時(shí)為已有的供水系統(tǒng)技術(shù)的改造提供了切實(shí)可行的途徑。合理有效的利用變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)降低成本的同時(shí)并保證產(chǎn)品質(zhì)量。
2.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)
供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩方面：一方面是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；另一方面是微電腦控制器和變頻器電氣控制方面的設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)控制功能的前提；微電腦控制器對(duì)變頻器的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制功能的核心部分。
2.1基于PLC的變頻供水控制系統(tǒng)
圖1為變頻恒壓供水系統(tǒng)。其中，變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源，這樣可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)極調(diào)速功能，從而達(dá)到管網(wǎng)水壓的連續(xù)變化。傳感器的作用是檢測(cè)管網(wǎng)水壓，測(cè)試的水壓與預(yù)期的水壓期望值相比較，并提供滿足要求的水壓。壓力的設(shè)定信號(hào)和壓力的反饋信號(hào)輸入到可編程控制器之后，經(jīng)過可編程控制器的PID控制程序運(yùn)算，再輸出一個(gè)控制信號(hào)到變頻器中。另外一種方法是，將壓力的設(shè)定信號(hào)和壓力的反饋信號(hào)同時(shí)輸入到PID回路調(diào)節(jié)器中，由內(nèi)置的PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器的內(nèi)部經(jīng)過計(jì)算之后，再輸出一個(gè)控制信號(hào)到變頻器中，如圖1中虛線所示。
供水設(shè)備控制著1—3臺(tái)水泵，其中只有一臺(tái)是變頻泵。當(dāng)供水設(shè)備供電開始工作時(shí)，先啟動(dòng)的是變頻泵，待管網(wǎng)水壓達(dá)到預(yù)期的設(shè)定值時(shí)，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在這一數(shù)值上。而當(dāng)用水量增加，水壓降低時(shí)，傳感器將該控制信號(hào)輸入到可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器中，可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器則輸出控制信號(hào)從而達(dá)到增加水量的作用，這樣使得變頻器的輸出頻率上升，同時(shí)水泵的轉(zhuǎn)速提高和水壓上升。
假如用水量徒增的話，達(dá)到了變頻器輸出頻率的Z大值，此時(shí)管網(wǎng)水壓仍然不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)定值，可編程序控制器或PID回路調(diào)節(jié)器輸出一個(gè)控制信號(hào)用來(lái)啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵，在該工作原理上其他泵依次類推工作。反之，當(dāng)用水量減少，變頻器的頻率達(dá)到Z小值時(shí)，則輸出控制信號(hào)來(lái)減少一臺(tái)工頻泵的信號(hào)，其他泵依次類推。圖1中M1-M3為電機(jī)，P1-P3為水泵，KM1-KM6為電機(jī)起、停、互相切換的交流接觸器。
由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器輸出的信號(hào)，該控制信號(hào)控制變頻器的轉(zhuǎn)速，因此，對(duì)于可編程控制器來(lái)說，不僅具有模擬量的輸入接口，還具有模擬量的輸出接口。由于同時(shí)帶有模擬量輸入接口和輸出接口的可編程控制器的成本很高，從而使得供水設(shè)備的成本不得不增加；若采用同時(shí)帶有模擬量輸入和數(shù)字量輸出的可編程控制器，必須要在輸出端上另接一塊PWM調(diào)制板，PWM的作用是將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量。
因此，變頻恒壓供水控制設(shè)備中，降低設(shè)備成本的投入的關(guān)鍵就是解決PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出。
圖1.變頻恒壓供水系統(tǒng)
基于PLC的變頻供水控制系統(tǒng)的幾種設(shè)計(jì)方案：
(1)有供水基板的變頻器+水泵機(jī)組+壓力傳感器
這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能。該結(jié)構(gòu)雖然微化了電路結(jié)構(gòu)和降低了設(shè)備的成本，但是在壓力的設(shè)定值和壓力的反饋值的顯示上就不是那么方便，無(wú)法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)的優(yōu)化比較困難，而且調(diào)節(jié)的范圍比較小，同時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能不是很穩(wěn)定。該結(jié)構(gòu)由于輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場(chǎng)合。
(2)通用變頻器+單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器
這種設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，具有控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有較高的性價(jià)比，但是開發(fā)的周期長(zhǎng)，如果程序一旦固化，修改就比較麻煩，因此該結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性比較差，同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，因此必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性。該結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。
(3)通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器
這種控制系統(tǒng)的控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以很便捷的與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和交換，集成度高，通用性強(qiáng)；由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，根據(jù)不同要求的控制系統(tǒng)用戶可以靈活地組成各種規(guī)模結(jié)構(gòu)；在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)用戶的控制要求發(fā)生改變時(shí)，只需改變存貯器中的控制程序，同時(shí)用戶可以通過PC機(jī)進(jìn)行修改控制程序，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試很方便。同時(shí)由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。
2.2新型變頻調(diào)速供水設(shè)備
根據(jù)傳統(tǒng)供水控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和不足，國(guó)內(nèi)外的不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)推出了一系列供水設(shè)備的產(chǎn)品，如華為的TD2100，SANKEN的SAMCO-I系列，富士公司的G11S/P11S系列等。這些新產(chǎn)品是對(duì)變頻器進(jìn)行了改變，將PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能集成到變頻器中，從而形成帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器利用的是優(yōu)化算法，在水壓的調(diào)節(jié)和控制方面表現(xiàn)的十分平滑和穩(wěn)定。同時(shí)，為了能夠保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確和不失值，可以對(duì)該反饋信號(hào)進(jìn)行濾波時(shí)間常數(shù)的設(shè)置，同時(shí)還可以對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試變得更加簡(jiǎn)單、方便。2.3供水專用變頻器
供水專用變頻器，在普通變頻器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將PLC控制器集成到普通變頻器上，供水專用變頻器是集供水管控一體化的系統(tǒng)，內(nèi)置了供水專用的PID調(diào)節(jié)器，在此基礎(chǔ)上加上壓力傳感器就可以組成一個(gè)供水閉環(huán)的控制系統(tǒng)。傳感器將反饋的水壓信號(hào)直接輸入到變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器中，同時(shí)該結(jié)構(gòu)中壓力設(shè)定可以使用變頻器的鍵盤進(jìn)行設(shè)定，也可以使用電位器以模擬量的形式送入。
結(jié)語(yǔ)：
隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，在我國(guó)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，同時(shí)取得了良好的效果。供水系統(tǒng)采用變頻供水技術(shù)不僅可以改善供水水質(zhì)，而且自動(dòng)化程度高和便于操作和控制，更可以達(dá)到節(jié)約資源的目的。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的使用是供水領(lǐng)域技術(shù)的必然趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的研究有很重要的意義。
首頁(yè) > 變頻器應(yīng)用 > 日期：2022-6-25 來(lái)源：m.foiya.com 作者：李工 瀏覽量：
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