变频恒压供水控制系统的工作原理

    1．水泵供水的主要参数    水泵供水的主要参数如表8-1所示。    表8-1    水泵供水的主要参数
    2．变频调速恒压供水系统    (1)恒压供水的控制要求    对供水系统进行控制，实质就是为了满足用户对流量的需求，所以流量是供水系统的基本控制对象，而流量的大小取决于水泵的扬程。但扬程难以进行具体测量和控制，考虑到在动态情况下，管道中水压的大小与供水能力（用供水流量QG表示）和用水需求（用水流量Qu表示）之间的平衡情况有关，即    若供水能力QG>用水需求Qu，则压力上升（P↑）；    若供水能力QG<用水需求Qu，则压力下降(P↓)；    若供水能力QG=用水需求Qu，则压力不变（P=常数）。    可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在流体压力上的变化，从而压力就成为用来作为控制流量大小的参变量。这就是说，保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，这就是恒压供水所要达到的控制要求。    (2)恒压供水系统构成和工作原理    ①恒压供水系统构成。恒压供水系统框图如图8-10所示，由图可知变频器有两个控制信号：
    图8-10    恒压供水系统框图    目标信号XT，即给定端2上得到的信号，该信号与压力的控制目标相对应，通常用百分数表示，也可以用键盘直接给定。    反馈信号XF，即反馈信号端4上得到的信号，是压力传感器SP反馈回来的信号，该信号是一个反映实际压力的信号。    ②某生活小区恒压供水控制系统。如图8-11所示是某生活小区住宅楼宇自动恒压供水泵站的控制系统电路图。
    图8-11    某生活小区恒压供水控制系统电路图    a．主电路。该装置主电路采用变频常用泵和工频备用泵自动与手动双重运行模式。由于管道设计采取了易分解结构，各泵可以独立运行、检修。两台水泵中一台变频运行，当SK1打到自动时，用户用水量增加，变频调速达到上限值，SU输出为ON，KA1线圈吸合，常开接通KM1线圈，自动切换到工频备用泵运行，原变频常用泵继续以较低频率运行，以满足用户用水量要求。当SK1打到手动时，需按下SB2启动KA2，其常开触点接通STF和SD端子，变频器拖动电机M2正转启动运行。当用户用水量增加，变频调速达到上限值时，需人为按下SB4接通KM1使电机M1工频运行。图8-11中M2为主泵电机，M1为备用泵电机，QF1、QF2、QF3为低压断路器，HL2、HL3分别为工频、变频运行指示灯。    b．控制电路。该电路主要由三菱FR-A540变频器和外围控制电路组成。    ·该控制电路可以实现变频、工频、一用一各自动与手动转换控制运行，通过内置    的频率信号变化范围，设定开关量输出，控制主泵电机和备用泵电机之间的相互    切换。    各端子含义如下。    SD-输入公共端。    SU-频率到达。    STF-正转启动。    SE-输出公共端。    A、B、C-输出保护，正常时：A-C OFF，B-C ON；    故障时：A-C ON，B-C OFF。    2-频率设定电压输出端，0～5V。    4-频率设定电流输入端，4～20mA。    5-频率设定公共端。    10- +5V DC频率设定电源端子。    ·压力给定和流量反馈通过电位器RPi和流量传感器RP2实现。    ·利用变频器内PID控制，比较给定压力信号和反馈信号的大小，输出相应的0～5 V    电压控制信号，自动控制水泵进行调速运行。    ·控制系统的各控制参数可通过变频器面板进行显示。    ·具有短路、过电流、过载等保护功能。    ③PID调节功能。系统之所以能实现恒压供水，主要是因为利用了变频器的PID调节功能。现代变频器一般都具有PID调节功能，其内部框图如图8-12中的虚线框所示。由图可知，XT与XF两者相减的合成信号XD经过PID调节处理后得到频率给定信号，从而决定变频器的输出频率fx。    当用水流量减小时，供水能力QG大于用水流量Qu，则压力上升，XF↑→合成信号XD↓→变频器输出fx↓→电机转速nx↓→供水能力QG↓，直至压力大小回复到目标值，供水能力与用水流量重新平衡(QG=Qu)时为止。反之，当用水流量增加，使QG小于用水流量Qu时，则XF↓→XD↑→nx↑→QG↑→QG=Qu，又达到新的平衡。
    图8-12    变频器的PID控制内部框图    假定管道工作压力的目标值为0.5MPa，压力传感器的量程为0～1MPa，则目标值为50%，同时对应于流量传感器在0～1MPa范围内，流量传感器中压差信号电流范围是6.4～16mA的输出。这时，对应于目标值为0.5MPa (50%)的实际流量传感器中信号电流值为12.8mA。