【摘要】本文主要介紹臺達(dá)CP2000變頻器在供水行業(yè)的應(yīng)用。
【Abstract】The paper mainly introduces the application of Delta CP2000 frequency converter in water supply industry.
【關(guān)鍵詞】恒壓供水；PID；多泵循環(huán)；睡眠功能；
【Keywords】Constant voltage water supply; PID; Multiple pump cycle; Sleeping function;
1.供水系統(tǒng)概況
      供水控制系統(tǒng)是以某一參量作為控制目標(biāo)，通過對水泵電機(jī)進(jìn)行控制來改變水泵的運(yùn)行工況（如流量、揚(yáng)程、功率），以達(dá)到用戶的需求。根據(jù)控制目標(biāo)對象的不同可分為壓力控制、液位控制及其他特殊控制方式，如溫度、差壓和溫差。從電控系統(tǒng)類型上分有普通繼電控制型和變頻調(diào)速控制型，普通繼電型通過控制交流接觸器控制水泵電機(jī)的起停，水泵電機(jī)處于工頻及停止?fàn)顟B(tài)，起動方式有軟起動、自耦變壓器起動或直接起動。變頻調(diào)速系統(tǒng)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，根據(jù)用水量大小進(jìn)行變速供水，保證出水壓力不變。既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動（對電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長了水泵壽命。高層建筑及生活小區(qū)供水系統(tǒng)的發(fā)展方向是采用現(xiàn)代檢測技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、交流調(diào)速技術(shù)，形成組合化、模塊化、可編程、可通信的系統(tǒng)。主要組成部分是PLC系統(tǒng)、PID控制器、變頻器、電機(jī)、水泵、壓力傳感器。
2  供水系統(tǒng)方案及比較
　　　水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網(wǎng)系統(tǒng)－用水點(diǎn)是目前國內(nèi)外普遍采用的方法。該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定。這樣既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運(yùn)行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費(fèi)用。
　　　水池－水泵－高位水箱－用水點(diǎn)這種供水方式通過水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶。但是這第種二次供水方式不可避免造成二次污染，影響居民的身體健康，所以這種方案終將淘汰。

  圖1 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路

3  變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案
　　供水系統(tǒng)主要應(yīng)用的PID恒壓控制功能、多泵循環(huán)控制功能以及睡眠功能，不同水泵廠商會采用不同方案來實(shí)現(xiàn)這些功能。
3.1 方案1
　　采用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PID控制和多泵循環(huán)功能，變頻器僅做基本調(diào)速。圖2為方案1實(shí)施系統(tǒng)。

圖2 PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供水

　　在工作過程中，壓力傳感器將管網(wǎng)水壓變換為電壓或電流信號，經(jīng)模擬量輸入通道輸入PLC系統(tǒng)，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測值進(jìn)行PID運(yùn)算，由PLC將速度命令發(fā)送至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的頻率，PLC與變頻器間采用Modbus通信、0-10V/4-20mA控制。
3.2 方案2
    不配置PLC采用變頻器內(nèi)部的PID功能，變頻器驅(qū)動水泵臺數(shù)較少，一般為2臺，水泵的切換循環(huán)功能也由變頻器控制。

圖3 PID內(nèi)部功能實(shí)現(xiàn)供水

3.3 方案3
　　采用變頻器內(nèi)部PID控制功能，水泵數(shù)量較多，一般在三臺以上，由PLC實(shí)現(xiàn)靈活的循環(huán)控制及故障切換保護(hù)。
4  臺達(dá)CP2000變頻器功能與設(shè)置
　　　臺達(dá)CP2000系列變頻器擁有內(nèi)部PID功、多泵循環(huán)功能以及內(nèi)置PLC，可以通過變頻器實(shí)現(xiàn)以上功能。
4.1 PID控制功能
　　　CP2000變頻器內(nèi)部PID回授信號可以選擇正回授及負(fù)回授兩種方式（08-00），負(fù)回授對應(yīng)，當(dāng)輸出頻率增加，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度增大時，檢測反饋信號也會增大的應(yīng)用場合；當(dāng)需要減小輸出頻率時檢測反饋信號增大時，選擇正回授?；厥诮涌诙俗拥倪x參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 回授接口端子的選參數(shù)

PID的目標(biāo)值參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 PID目標(biāo)值參數(shù)

4.2 睡眠喚醒功能
    CP2000可設(shè)置睡眠頻率08-10、睡眠時間08-12和蘇醒頻率08-11，當(dāng)頻率命令低于睡眠頻率時，在睡眠時間內(nèi)，變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為睡眠頻率08-10，當(dāng)給定低于睡眠頻率的時間超過睡眠時間時，變頻器進(jìn)入睡眠狀態(tài)，輸出頻率為0，直至速度命令達(dá)到蘇醒頻率時，變頻器進(jìn)入蘇醒狀態(tài)，按頻率給定命令運(yùn)行。圖4為睡眠、蘇醒功能示意圖。

　　　　    圖4 睡眠、蘇醒功能示意圖

4.3 多泵循環(huán)功能
     CP2000有五種循環(huán)方式，一臺變頻器最多可驅(qū)動8組電機(jī)。 4.4 定時循環(huán)
    最多可以控制8臺電機(jī)，每臺電機(jī)工作于變頻或停止?fàn)顟B(tài)，每個時刻有一臺電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)按順序運(yùn)行設(shè)定的時間（參數(shù)12.02設(shè)定）后停止，延時（參數(shù)12.03）后，起動下一臺電機(jī)，循環(huán)控制多臺電機(jī)，防止某些電機(jī)長期工作，而某些電機(jī)長期不工作的情況出現(xiàn)。

      圖5  以4臺電機(jī)為例定時循環(huán)控制配線圖

4.5 定量循環(huán)
　　　最多可以控制4臺電機(jī)，每臺電機(jī)可以工作于變頻和工頻狀態(tài)。加泵過程，當(dāng)現(xiàn)有運(yùn)行電機(jī)不能滿足壓力或流量要求時，將變頻運(yùn)行的電機(jī)加速后切換至工頻電源驅(qū)動，再變頻起動下一臺電機(jī)，依次增加電機(jī)數(shù)量，最后工作于若干臺電機(jī)工頻運(yùn)行與一臺電機(jī)變頻運(yùn)行模式。
　　　減泵過程，當(dāng)運(yùn)行時的壓力（或）流量大于設(shè)定值時，需要減泵降速運(yùn)行，變頻電機(jī)開始減速；若減速到某轉(zhuǎn)速時，滿足要求，系統(tǒng)維持狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行；若變頻電機(jī)速度停止運(yùn)行后，壓力（或流量）仍大于設(shè)定值，系統(tǒng)將停止一臺工頻電機(jī)。若此時壓力（或流量）仍大于設(shè)定值，則系統(tǒng)再停止一臺工頻電機(jī)；若此時壓力或（流量）小于設(shè)定值時，將一臺電機(jī)啟動工作于變頻狀態(tài)，保持若干電機(jī)工頻運(yùn)行、一臺電機(jī)變頻運(yùn)行的模式。

   圖6 以4臺電機(jī)為例定量循環(huán)控制配線圖（最多4臺）

4.6 定量控制
　　　最多可以驅(qū)動8臺工頻運(yùn)行電機(jī)和1臺變頻運(yùn)行的電機(jī)。
　　　加泵過程，第1臺電機(jī)變頻運(yùn)行到切換頻率后，如果壓力（或流量）小于設(shè)定值，系統(tǒng)增加一臺工頻運(yùn)行的電機(jī)，最后系統(tǒng)工作于一臺電機(jī)變頻運(yùn)行、若干臺電機(jī)工頻運(yùn)行狀態(tài)。
　　　減泵過程，若系統(tǒng)的壓力（或流量）大于設(shè)定值，首先變頻運(yùn)行的電機(jī)開始減速，根據(jù)給定與反饋值比較，直至速度減到最小設(shè)定頻率，若壓力（或流量）仍大于設(shè)定值，減少工頻運(yùn)行電機(jī)，直到反饋值小于給定值時，變頻電機(jī)加速到合適轉(zhuǎn)速，最后系統(tǒng)也工作于一臺電機(jī)變頻運(yùn)行、若干臺電機(jī)工頻運(yùn)行狀態(tài)。

圖7 以4臺電機(jī)為例定量控制配線圖（最多8臺電機(jī)）

4.7 定時循環(huán)+定量循環(huán)
     系統(tǒng)處于定量循環(huán)模式工作時，壓力（或流量）需求較少時，只有部分電機(jī)工作，有的電機(jī)可能處于較長時間不運(yùn)行，這時可以用定時循環(huán)的模式循環(huán)運(yùn)行電機(jī)。
　　定時循環(huán)+定量控制主要實(shí)現(xiàn)方式是，系統(tǒng)在定量控制模式工作時，壓力（或流量）需求較小時，只有部分電機(jī)工作，有的電機(jī)會處于長時間不運(yùn)行狀態(tài)，這時可以增加定時循環(huán)功能使電機(jī)循環(huán)工作。表3為恒壓供水系統(tǒng)CP2000變頻器關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置。

表3 恒壓供水系統(tǒng)CP2000變頻器關(guān)鍵參數(shù)

作者簡介：
邱佩服，男，出生于1980年12月，畢業(yè)于北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院，自動化專業(yè)?，F(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司變頻器產(chǎn)品處高級應(yīng)用工程師，從事變頻器項目類應(yīng)用相關(guān)技術(shù)工作。