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一、引言 自從通用變頻器（Variable-frequency Drive)問世以來，變頻調(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。 二、傳統(tǒng)的變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備設(shè)計裝修方案 變頻器的作用是為馬達提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)（Continuity)變化。供水設(shè)備是為解決由于壓力不足，無法到達用戶用水的高度或流，而專門研發(fā)設(shè)計的新型環(huán)保節(jié)能的專業(yè)設(shè)備。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制（control)器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序(procedure)的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進行運算后，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號，如圖1中虛線所示。一般的供水設(shè)備控制1~3臺水泵，1~2臺工作，1臺備用。在這些水泵中，一般只有一臺變頻泵。當(dāng)供水設(shè)備供電開始工作時，先起動變頻泵，管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。而當(dāng)用水量增加，水壓降低時，傳感器將這一信號送入可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器，可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器則送出一個較用水量增加前大的信號，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉(zhuǎn)速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到最大值，仍不能使管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值時，可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器就發(fā)出控制信號，起動一臺工頻泵，其他泵依次類推。反之，當(dāng)用水量減少，變頻器的輸出頻率達到最小值時，則發(fā)出減少一臺工頻電機的命令。圖1中M1~M3為電機，P1~P3為水泵，JC1~JC6為電機起、停、互相切換的交流接觸器。 由于變頻（frequency conversion)器的轉(zhuǎn)速控制信號是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對可編程控制器來講，既要有模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂谱冾l器（Variable-frequency Drive)轉(zhuǎn)速的模擬信號，造成可編程控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個開關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 三、新型變頻調(diào)速供水設(shè)備的解決方案 針對傳統(tǒng)的變頻（frequency conversion)調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，國外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品(Product)，如ABB公司(Company)的ACS600、ACS400系列產(chǎn)品，富士公司的G11S/P11S系列產(chǎn)品,北京菱科LK600P系列。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。這類變頻器的價格僅比通用變頻器略微高一點，但功能卻強很多，所以我們在山東文登曲軸廠新建的生活小區(qū)中就采用了這種新型的設(shè)計方案。在這套給水設(shè)備中，我們采用了ABB公司的ACS601-0011-3帶內(nèi)置PID功能的變頻器，可編程控制器選用西門子S7-214-1BC10-0XB0型，具體原理框圖如圖2所以示。圖2中M1~M2為馬達，P1~P2為水泵，JC1~JC4為電機起、停、互相切換的交流接觸器（contactor)。 該變頻（frequency conversion)調(diào)速恒壓給水設(shè)備采用2臺水泵，一用一備，由可編程控制（control)器定時切換。二次供水設(shè)備通常人們所稱的二次供水設(shè)備，是指單位或個人將城市公共供水或自建設(shè)施供水經(jīng)儲存、加壓，通過管道再供用戶或自用的形式，因此，二次供水設(shè)備是目前高層供水的惟一選擇方式。若用水量大，變頻器也可以通過(tōng guò)可編程接口向可編程控制器發(fā)出信號，由可編程控制器控制兩臺泵同時工作，一臺變頻運行，一臺工頻運行。圖2中傳感器(transducer)反饋的水壓（特指：壓強）信號直接送入變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸入口AI2+、AI2-，而壓力設(shè)定既可以使用變頻器的鍵盤以數(shù)字量的形式設(shè)定，也可以采用一只電位器以模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)量的形式送入AI1+、AI1-。這樣通過變頻器的控制裝飾面板，在變頻器的PID選項中選擇(xuanze)合適的PID參數(shù)(parameter)，并經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試校正，設(shè)備就可以正常運行了。 由于PID運算在變頻（frequency conversion)器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率(efficiency)。供水設(shè)備是為解決由于壓力不足，無法到達用戶用水的高度或流，而專門研發(fā)設(shè)計的新型環(huán)保節(jié)能的專業(yè)設(shè)備。由于變頻器（Variable-frequency Drive)內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓（特指：壓強）的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動)。同時，為了保證水壓反饋（fǎn kuì）信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。該設(shè)備自1997年10月在該生活小區(qū)運行以來，一直保持良好的運行狀態(tài)，管網(wǎng)水壓非常穩(wěn)定，受到了小區(qū)用戶的一致好評。 |
