FR-500变频器在恒压供水系统的应用-PG电子

1.阐述恒压供水控制系统的基本控制策略是：使用电动机调压装置与可编程控制器（PLC）包含控制系统，展开优化掌控泵组的调压运营，并自动调整泵组的运营台数，已完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时超过平稳供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的入水压力，系统原作的自来水压力值与对系统的总管压力实际值展开较为，其差值输出CPU运算处置后，收到控制指令，掌控泵电动机的投运台数和运营变量泵电动机的扭矩，从而超过自来水总管压力平稳在原作的压力值上。随着电力电子技术的发展，电力电子器件的理论研究和生产工艺水平的大大提升，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面获得了相当大的发展。

转入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、号召慢、低损耗的方向发展。作为应用于现代电力电子器件与微计算机技术有机融合的交流变频调压装置，随着产品的研发创意和推广应用，使得交流异步电动机调压领域再次发生一场极大的技术革命。

目前自动恒压供水系统应用于的电动机调压装置皆使用交流变频技术，而系统的掌控装置使用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵两组、阀门的逻辑掌控，并可已完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运营参数、控制点的动态监控，并已完成系统运营工况的CRT画面表明、故障报警及打印机报表等功能。自动恒压供水系统具备标准的通讯模块，可与城市供水系统的上位机联网，构建城区供水系统的优化掌控，为城市供水系统获取了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。

2.掌控方案在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是堵塞的，泵站供水的流量是由用户用水量要求的，泵站供水的压力以符合管网中压力最有利点的压力损失P和流量Q之间不存在着如下关系：P=KQ2；式中K为系数设PL为压力最有利点所需的低于压力，则泵站出口总管压力P不应按下式关系供水，则可满足用户用水的拒绝压力值，又有最佳的节约能源效果。P=PL+P=PL+KQ2；因此供水系统的原作压力应当根据流量的变化而大大修正设定值，这种恒压供水技术称作变量恒压供水，即供水系统最有利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力倒数固定式。

典型的自动恒压供水系统的结构框图如图1右图；系统具备掌控水泵出口总管压力恒定、逆流量供水功能，系统通过加装在入水总管上的压力传感器、流量传感器，动态将压力、流量非电量信号切换为电信号，输出至可编程控制器（PLC）的输出模块，信号经CPU运算处置后与原作的信号展开较为运算，得出结论最佳的运营工况参数，由系统的输出模块输入逻辑控制指令和变频器的频率设定值，掌控泵站投运水泵的台数及变量泵的运营工况，并构建对每台水泵根据CPU指令实行软启动、硬转换及变频运营。系统可根据用户用水量的变化，自动确认泵组的水泵的循环运营，以提升系统的稳定性及供水的质量。

3.系统功能该系统搭配FR-500日本三菱变频器。该系统中具备功能：3.1自动转换变频/工频运营功能变频器获取三种有所不同的工作方式可供用户自由选择：方式0：基本工作方式。变频器一直相同驱动一台泵并动态根据其输入频率：掌控其他辅助泵启停。

即当变频器的输入频率超过仅次于频率时启动一台辅助泵工频运营、当变频器的输入频率超过大于频率时则暂停最后启动的辅助泵。由此掌控变动工频运营泵的台数。方式1：交错方式，变频器一般来说相同驱动某台泵，并动态根据其输入频率，使辅助泵工频运营，此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1泵2，当变频器输入暂停时，下一次启动顺序变成泵2泵1。

方式2：必要方式。当启信号输出时变频器启动第一台泵当该泵超过最低频率时，变频器将该泵转换到工频运营，变频器启动下一台泵变频运营，忽略当泵暂停条件正式成立时，再行暂停年所启动的泵。3.2PID的调节功能由压力传感器对系统的水压信号(4-20MA或-5V)必要送到PLC的A/D口(可以通过手执编程器)，原作等价压力值，PID参数值，并通过PLC计算出来何以须要转换泵的操作者已完成系统控制，系统参数在实际运营中调整，使系统控制号召渐趋原始。

3.3休眠状态功能系统运营时常常不会遇上用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节约能源，该系统专用设置了可以使水泵停止工作的休眠状态功能，当变频器频率输入高于其上限时，变频器暂停工作，2＃、3＃泵不工作，水泵暂停(正处于休眠状态)。当水压之后增高时将暂停1泵，当水压上升到一定值时将再行启动变频器运转2＃泵或3＃泵，当频率抵达一定值后将启动1＃泵调节2＃或3＃泵的扭矩。休眠状态值变频器输入的上限频率PR507设置。

休眠状态证实时间用参数PR506设置，当变频器的输入频率高于休眠状态值的时间如大于休眠状态时间td时，即td＜tn时变频器之后工作，当td＞tn时变频器将转入休眠状态。苏醒值由供水压力上限启动，当供水压力高于下限值时由PLC收到指令苏醒变频器工作。

经测试休眠状态值为10HZ。休眠状态证实时间td:20s苏醒值70%3.4通讯功能该系统具备计算机的通讯功能，PLC变频器皆获取有RS232或485模块PLC可搭配西门子的S7-200计算机可以与一套或多套系统展开通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、扭矩、压力等也可以掌控变频器的各类参数。

此外该系统还具备手动/自动操作者，故障报警，运营状态，电流，电压、频率状态表明缺水维护等功能。4.运营特征以三台水泵的恒压供水系统为事例，系统在自动运营方式下，可编程控制器掌控变频器软启动1#泵，此时1#泵转入变频运营状态，其扭矩渐渐增高，当供水量Q1/3Qmax时（Qmax为三台水泵全部工频运营时的仅次于流量），可编程控制器CPU根据根据供水量的变化自动调节1#泵的运营扭矩，以确保所需的供水压力。当用水量Q在1/3QmaxQ2/3Qmax之间时，1#泵已无法满足用户所需的用水量，这时可编程控制器收到指令将1#泵改以工频运营，并软启动2#泵，使2#泵转入变频运营工况，2#泵的运营扭矩由用户用水量要求，以确保供水系统最有利点所需的供水压力。当外须要供水量Q为2/3QmaxQQmax时，可编程控制器收到指令再行将2#泵置放工频运营状态，同时软启动3#泵转入变频运营工况，此时3#泵的运营扭矩由用户的用水量确认，以确保供水系统最有利点的供水压力恒定。

当外供水量增加至1/3QmaxQ2/3Qmax之间时，3#泵的扭矩渐渐降到相接近于零，此时可编程控制器收到1#泵解散运营指令。在3#泵解散运营后，3#泵的扭矩渐渐增高，之后正处于变频运营工况，其扭矩仍由外供水量要求。当外供水量之后增加至Q1/3Qmax时，可编程控制器收到2#泵解散运营指令，此时3#泵仍正处于变频运营工况。

当外供水量再行减至1/3QmaxQ2/3Qmax之间时，3#泵改以工频运营状态，可编程控制器收到1#泵软启动指令并使其转入变频运营工况，如此来回循环以构建系统的恒压供水。5.系统经济效益分析及系统优点5.1经济效益分析变量泵的功率N1、供水量Q1与泵扭矩n1三者的关系如下式：N1/Q1=（n1/n）3Q1/Q=n1/n式中Q额定流量，Q1QN额定流量Q时的轴功率n水泵的额定扭矩因额定流量Q=100%时，n=100%，N=100%，若n1=90%n时Q1=90%Q，N1=72.9%N，才可节电27.1%。若n1=80%n时Q1=80%Q，N1=51.2%N，才可节电48.8%。

5.2系统优点5.2.1恒压供水技术因使用变频器转变电动机电源频率，而超过调节水泵扭矩转变水泵出口压力，比靠调节阀门的掌控水泵出口压力的方式，具备减少管道阻力大大减少分洪损失的效能。5.2.2由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量大于额定流量时，泵扭矩减少，增加了轴承的磨损和痉挛，缩短泵和电动机的机械使用寿命。5.2.3因构建恒压自动控制，不必须操作者人员频密操作者，减少了人员的劳动强度，节省了人力。

5.2.4水泵电动机使用软启动方式，按原作的加速时间加快，防止电动机启动时的电流冲击，对电网电压导致波动的影响，同时也防止了电动机忽然加快导致泵系统的喘振。5.2.5由于变量泵工作在变频工作状态，在其运营过程中其扭矩是由外供水量要求的，故系统在运营过程中可节约相当可观的电能，其经济效益是十分显著的。由于其节电效果显著，所以系统具备交还投资慢，而长年获益，其产生的社会效益也是十分极大。

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