摘  要：本文主要講述應(yīng)用臺達(dá)C2000變頻器在工廠自動化控制中智能恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用，介紹恒壓供水控制系統(tǒng)配置和控制工藝，以及臺達(dá)C2000變頻器的應(yīng)用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：恒壓供水 變頻器 C2000

      在傳統(tǒng)的區(qū)域供水系統(tǒng)中，用戶對供水壓力的要求都是經(jīng)由市政供水管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓或高位水塔儲水池來滿足的。

      日常供水控制通常采用水泵恒速運(yùn)行加調(diào)整出口閥開度的方式調(diào)節(jié)供水的水量水壓，這種供水的方式會使大量能量消耗在出口閥門，造成能源浪費(fèi)；而且儲水池也會有二次污染的問題。采用變頻器作恒壓供水恰好可以克服這些問題。

      臺達(dá)新近推出的C2000變頻器應(yīng)用在新塘牛仔城一家做7.5kW水泵的恒壓供水改造的牛仔布漂染廠中，很好的滿足了該應(yīng)用場合的適用特性。

恒壓供水控制原理 

      水泵變頻恒壓供水方式基于PID控制原理，維持管路供水壓力的恒定。當(dāng)用戶用水量加大時(shí)，管路壓力減小，變頻器轉(zhuǎn)速要提高以增加流量補(bǔ)充壓力；反之，用戶用水量減小時(shí)，管路壓力增大，變頻器轉(zhuǎn)速要降低，使流量適當(dāng)降低以使壓力恒定。這樣就可以使用戶得到穩(wěn)定的供水壓力。

圖1 恒壓供水控制原理圖

      如圖1所示，P_A~P_B是超高壓區(qū)，即使變頻器停止運(yùn)轉(zhuǎn)水泵電機(jī)也無法降低的供水壓力的區(qū)間，這種情況是自來水供水壓力嚴(yán)重偏高造成的，但發(fā)生幾率比較小，或因?yàn)橛脩粲盟繕O少甚至沒有時(shí)發(fā)生，此時(shí)就需要變頻器停止水泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；P_B~P_C是變頻器恒壓供水壓力區(qū)。P_D~0區(qū)間是低壓區(qū)，即使變頻器控制水泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到最大速度也無法提高供水壓力的區(qū)間，這種情況可能是市政供水系統(tǒng)發(fā)生問題（例如供水管道破裂等），或客戶端用水量過大造成，需要考慮更換供水設(shè)備或調(diào)整用水量。

PID回路控制原理

圖2 PID回路控制原理圖

      如圖2所示，K_P 比例增益(P 控制)，T_i 積分時(shí)間(I 控制)，T_d 微分時(shí)間(D 控制)，S 演算。

1．比例（P）控制

      比例P 控制的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系，當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。

2．積分（I）控制

      在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或稱之為有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須加入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會增大。如此一來，即使誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時(shí)間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例(P)+積分(I)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。

3．微分（D）控制

      在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。具有抑制誤差的作用，使抑制誤差作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。比例(P)+微分(D)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。

控制工藝要求

(1)設(shè)備要求能夠設(shè)定系統(tǒng)給定壓力值（5~6kg），即PID控制的目標(biāo)值；

(2)壓力傳感器將實(shí)時(shí)采取數據(jù)作為PID控制的檢出值；

(3)PID 控制的目標(biāo)值與壓力傳感器檢出值大小比較后產(chǎn)生誤差量，將PID 控制的運(yùn)算結(jié)果輸出給控制供水泵電機(jī)的變頻器；

(4)控制變頻器拖動供水泵輸出不同轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)供水恒壓的控制效果；

(5)提供比例增益P、積分時(shí)間I、微分時(shí)間D參數(shù)的微調(diào)窗口；

(6)兩臺水泵實(shí)現(xiàn)24h輪換使用控制；

(7)單臺泵供水壓力不夠時(shí)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前供水泵工頻切換，和變頻啟動第2臺供水泵。

方案選型

1．變頻器：VFD075C43A；

2、壓力傳感器：量程0~16kg/輸出4~20mA。

電氣原理圖

    電氣原理圖見圖3。

圖3 電氣原理圖

程序編輯

圖4 部分程序

參數(shù)調(diào)整

00-04=10（多功能顯示：顯示PID 回授值%（b））

00-20=0（面板設(shè)定目標(biāo)值）

00-21=1（外部控制啟停）

02-01=51（MI1功能=PLC 模式切換的選擇bit 0）

03-01=5（ACI為PID回授）

08-00=1（PID負(fù)回授）

00-25=32H，（顯示單位：kg；2位小數(shù)）

00-26=16.00；（最大量程16.00kg）

應(yīng)用效果

      C2000的功能還比較強(qiáng)，調(diào)整參數(shù)后，基本能夠穩(wěn)定控制供水壓力5±0.1kg以內(nèi)，滿足客戶要求。

      通過這個(gè)項(xiàng)目測試了C2000在這恒壓供水的行業(yè)應(yīng)用可行性，以及可靠性，至目前為止客戶反映使用正常。若增加F系列的變頻器專門的水泵控制參數(shù)，估計(jì)會更好應(yīng)用，直接定義參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)多泵切換，和定時(shí)切換。

作者簡介：

      林星華，出生于1974年2月，畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，具有十多年的自動化領(lǐng)域技術(shù)和服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，目前就職于中達(dá)電通華南大區(qū)，負(fù)責(zé)臺達(dá)PLC、HMI、AMD、AIC、ASD等機(jī)電產(chǎn)品的技術(shù)支持。