水泵用变频器的多台水泵的切换功能

    由于在不同时间（如白天和夜晚）、不同季节（如冬季和夏季），用水流量的变化是很大的。为此，采用若干台水泵同时供水，本着多用多开、少用少开的原则，既满足了系统对恒压供水的要求，又可以节约能源。    大体上说，多泵供水主要有三种类型：    1．“1控X”方式供水系统由若干台容量相同或接近的水泵组成。为了减少设备投资，由一台变频器进行统一控制。    (1)控制过程。在用水量较少的情况下，先由“1号泵”在变频控制的情况下进行恒压供水；    当用水量增大，“1号泵”已经到达上限频率而水压仍不足时，经过短暂的延时，确认系统的用水流量已经增大后，将“1号泵”切换为工频工作。同时，变频器的输出频率迅速降为0Hz，然后使“2号泵”投入变频运行，并实现恒压供水。    当“2号泵”也到达额定频率而水压仍不足时，又使“2号泵”切换为工频工作，而“3号泵”投入变频运行，以此类推。    当用水量减少，变频泵已经到达下限频率，而管网压力仍偏高时，则各泵依次退出运行。    (2)控制举例。以1台森兰B12S系列变频器控制3台水泵（简称1控3）为例，如图8-23所示。
    图8-23    1控3的电路    接触器KM1用于将电源接至变频器；接触器1KM2、2KM2和3KM2分别用于将电动机M1、M2、M3接至变频器；接触器1KM3、2KM3、3KM3分别用于将电动机M1、M2、M3接至工频电源。    由于接触器1KM2和1KM3、2KM2和2KM3、3KM2和3KM3一旦同时接通，将使工频电源与变频器的输出端相接，使变频器的逆变桥迅速损坏，故必须可靠互锁，建议选用具有机械联锁的接触器。    在进行多台切换控制时，须附加一块继电器扩展板。图中，J2是连接继电器扩展板的接口，由专用的16线电缆进行连接。    对于接触器1KM2和1KM3、2KM2和2KM3、3KM2和3KM3之间的电路互锁，由继电器扩展板内部电路来完成。    (3)主要功能设置见表8-1。    表8-1    森兰B12S系列变频器主要功能设置
    2．一主多辅方式上述的切换控制系统中，当进行变频与工频切换时，如处理不当，常常容易出现过电流等问题。为了避免变频与工频之间的切换，有的供水系统采用了一主多辅的控制方式。    (1)基本构成。以一主三辅为例，供水系统的基本构成是：    一台主泵：容量较大，进行变频调速，如图8-24中的电动机M；    三台辅助泵：容量较小，都由工频电源直接供电．但其起动和停止由变频器控制，如图8-24中的电动机M01、M02和M03。
    图8-24    一主多辅供水系统    (2)工作特点。一主多辅供水系统中的所有电动机都不必进行变频和工频之间的切换，而只需进行辅助泵的加泵或减泵控制。具体地说，则当主泵已经在上限频率下运行，但供水系统的压力仍偏低时，应增加一台辅助泵（加泵），以保证系统的压力恒定。如果因为用水流量增加使压力又偏低时，则再增加一台辅助泵（加泵），以此类推；    反之，当主泵已经在下限频率下运行，但供水系统的压力仍偏高时，应停止一台辅助水泵（减泵），以保证系统的压力恒定。如果因为用水流量进一步减小，使压力又偏高时，则再停止一台辅助泵（减泵），以此类推。    (3)控制举例。以西门子430系列变频器为例，其主要特点是：以PID的调节量是否超过限值作为加泵或减泵的依据，如图8-25所示。今说明如下：    1)加泵控制。当变频器的输出频率fx因受上限频率fH的限制而不能再上升，而管网压力仍偏低时，PID的调节量△PID将超过上限值△H，△PID每次超过△H，变频器都将计时，当△PID超过△H的时间超过确认时间tY1，说明确实需要加泵。这时加泵的过程如下所述。
    图8-25    430系列变频器的加泵控制    a)运行频率b）PID调节量c）辅助泵状态    加泵的准备阶段：变频器把输出频率按预置的减速时间下降至“加减泵控制频率”fs（降速所需时间为tY2），在此过程中，变频器的PID调节功能将暂停；    加泵的实施阶段：起动一台辅助泵M01（如M01已在运行，则起动M02…）；    加泵的完成阶段；变频器在输出频率为fs的状态下维持时间tY3，在这段时间内，将禁止再次加泵。设置tY3的目的是防止在加泵过程中，由于△PID尚未回到正常范围而再次加泵。    2)减泵控制。当变频器的输出频率fx因受下限频率fL的限制而不能再下降，而管网压力仍偏高时，PID的调节量△PID将低于下限值△L（△L为负值），当△PID低于△L的时间超过确认时间tY1，说明确实需要减泵。这时减泵的过程如下所述。    减泵的准备阶段：变频器首先把输出频率按预置的加速时间上升至“加减泵控制频率”fs（加速所需时间为tY2），在此过程中，变频器的PID调节功能将暂停；    减泵的实施阶段：停止一台辅助泵M01（如M01、M02、M03都在运行，则可以先停M03）；    减泵的完成阶段：变频器在输出频率为fs的状态下维持时间tY3，在这段时间内，将禁止再次减泵。这是为了防止再减泵时，由于△PID尚未回到正常范围而再次减泵。    上述过程如图8-26所示。
    图8-26    西门子430系列变频器的减泵控制    a)运行频率b）PID调节量c）辅助泵状态    (4)相关功能设置见表8-2。    表8-2    西门子430系列变频器相关功能设置
    3．“1控1”方式即每台水泵都配置一台变频器。从节能的观点看，这种控制方式的节能效果是最好的。    (1)多台同时变频时的PID控制。以两台水泵同时进行变频调速为例，关于PID控制方案有：    1)两台变频器的PID功能都有效，即两台变频器都进行PID调节。但由于两台变频器的步调不可能一致，故系统容易发生振荡；    2)由1号泵进行PID调节，让2号泵跟踪1号泵。结果因为2号泵的升速时间和降速时间都较长，系统也容易发生振荡；    3)不用变频器的PID功能，而外接一台PID调节器，由外接的PID调节器同时控制两台变频器，如图8-27所示。
    图8-27    两台变频泵的控制    (2)外接PID控制要点    1)因为变频器的PID功能无效，故频率给定端输入的是频率给定信号，且加速时间和减速时间等均有效；    2)因为压力变送器和变频器之间的距离一般较长，故PID调节器采用电流输出信号，两台变频器的电流给定端之间应该串联。    3)第2台变频器UF2的工作与否，由第1台变频器UF1的工作频率决定。今以LC-iS5系列变频器为例，说明如下：    将功能码I/D-44预置为“4”，则UF1的输出端“AXA-AXB”设定为“频率检测”功能，其相关功能与含义如图8-28所示；
    图8-28    频率检测功能    功能码I/D-42预置为“49”，则UF1的输出频率上升到49Hz时，触点“AXA-AXB”闭合，继电器KA2得电，使UF2开始运行；    功能码I/D-43预置为“19”，则UF1的输出频率从49Hz下降19Hz（即输出频率为30Hz）后，触点“AXX-AXB”断开，KA2断电，UF2停止运行。    接触器KM2与继电器KA3之间的配合，应符合7.3.1节所述原则。适当设计控制电路，可使两台变频器轮流工作。