目錄

二：變頻恒壓供水控制系統簡介

• 恒壓供水系統的目的和意義
  

    泵站擔負著工農業和生活用水的重要任務，運行中需要大量消耗能量，提高泵站效率；降低能耗，對國民經濟有重大意義。我國泵站的特點是數量大、范圍廣、類型多、發展速度快，在工程規模上也有一定水平，但由于設計中忽視動能經濟觀點以及機電產品類型和質量上存在的一些問題等原因，至使在技術水平、工程標準以及經濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。目前，大量的動能消耗在水泵、風機負載上，城鄉居民用水設備所消耗的電量在這類負載中占了相當大的比例。因此，研究提水系統的能量模型，找出能夠節能的控制策略方法是目前較為重要的一件事。

變頻恒壓供水系統進行供水可以提高供水系統的穩定性和可靠性，方便的實現供水系統的集中管理與監控；同時系統具有良好節能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統，對于提高企業效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現實意義。

• 恒壓供水系統的特點
  

變頻頻恒壓供水系統在水量增加時，變頻器頻率升高，水泵轉速加快，供水量相應增大；用水量減少時，變頻器頻率降低，水泵轉速減慢，供水量亦相應減小，保證了供水效率用戶對水壓和水量的要求，同時達到了提高供水品質和供水效率的目的；采用該設備不需建造高位水箱，水塔，水質無二次污染，是一種理想的現代化建筑供水設備。  變頻恒壓供水系統的主要特點：  

①:均配有穩壓泵或穩壓罐穩壓，在用水量小到一定值時，主泵可停止運轉，減少水泵電機的機械磨損并且節約電能。與傳統供水方式相比變頻恒壓供水能節能30%-60%。  

②:結構緊湊，占地面積小，安裝快，投資省，運行穩定，無污染，效率高。  ③:配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。

三：變頻恒壓供水控制系統理論分析

1.變頻恒壓供水控制系統構成

     變頻恒壓供水系統的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構成。通常由異步電動機驅動水泵器調節異步電機的轉速，從而改變水泵的出水流量而實現恒壓供水的。因此，供水系統變頻的實質是異步電動機的變頻調速。異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的。

   水壓由遠傳壓力表的信號0-10V電壓（或者是壓力變送器的信號4-20mA）送入變頻器內部的PID模塊，與用戶設定的壓力值進行比較，并通過變頻器內置PID運算將結果轉換為頻率調節信號，以調整水泵電機的電源頻率，從而實現控制水泵轉速。由于變頻器內部自帶的PID調節器采用了優化算法，所以使水壓的調節十分平滑，穩定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數，同時還可對反饋信號進行換算，使系統的調試更為簡單、方便。

• 變頻恒壓供水控制系統理論模型
  

變頻恒壓控制系統以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現出口總管 網的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數，也可 以是一個時間分段函數，在每一個時段內是一個常數。所以，在某個特定時段內， 恒壓控制的目標就是使出口總管網的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上 。  

在系統運行過程中，如果實際供水壓力低于設定壓 力，控制系統將得到正的壓力差，這個差值經過計算和轉換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設定壓力的差值，將這個增量 和變頻器當前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當前應該輸出的頻率。該頻率 使水泵機組轉速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復， 直到實際供水壓力和設定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水壓力高于設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵的轉速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調節的結果是實際供水壓力和設定壓力相等。

四：變頻恒壓供水控制系統設計與選型

1.變頻恒壓供水系統設計

變頻恒壓供水系統由控制柜，壓力傳感器，異步電動機及水泵組成，由此構成一個壓力負反饋閉環控制系統。壓力傳感器將管道中的水壓值變換成電信號(0~10V)，送入系統內置數字PID控制器進行比較，其偏差值經控制運算后，去控制變頻器的輸出頻率，通過上位機對當前壓力信號的反應，改變水泵的運轉狀態和轉速，實現壓力調節。

傳感器選用了設計中需要測量管道出口處的壓力值，故采用遠傳壓力表。可就地顯示壓力值，還可以將信號送到控制器。

2.變頻器簡介

1）變頻器的基本結構與分類

變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備。變頻器包括控制電路、整流電路、中間直流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。

變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。

• 變頻器的選型
  

（1）：控制方式

控制方式是決定變頻器使用性能的關鍵所在。目前市場上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國產的共約5O多種。選用變頻器時不要認為檔次越高越好，其實只要按負載的特性，滿足使用要求就可，以便做到量才使用、經濟實惠。

（2）：變頻器容量的選擇

變頻器的容量直接關系到變頻調速系統的運行可靠性，因此，合理的容量將保證最優的投資。變頻器的容量選擇在實際操作中存在很多誤區，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補充。

①從電流的角度：  

大多數變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項，變頻器生產廠家由本國或本公司生產的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達變頻器的能力。

選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻裝置負載能力的關鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應仔細了解設備的工藝情況及電動機參數，例如潛水電泵、繞線轉子電動機的額定電流要大于普通籠形異步電動機額定電流，冶金工業常用的輥道用電動機不僅額定電流大很多，同時它允許短時處于堵轉工作狀態，且輥道傳動大多是多電動機傳動。應保證在無故障狀態下負載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。 ②從效率的角度：  

系統效率等于變頻器效率與電動機效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時，則系統效率才較高。從效率角度出發，在選用變頻器功率時，要注意以下幾點：  

變頻器功率值與電動機功率值相當時最合適，以利變頻器在高的效率值下運轉。

在變頻器的功率分級與電動機功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率，但應略大于電動機的功率。  

當電動機屬頻繁起動、制動工作或處于重載起動且較頻繁工作時，可選取大一級的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運行。  

經測試，電動機實際功率確實有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器，但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作。  

當變頻器與電動機功率不相同時，則必須相應調整節能程序的設置，以利達到較高的節能效果。

• 變頻恒壓供水系統系統主電路的設計
  

G600高性能矢量變頻器供水

①供水系統的主電路圖

• 接線圖
  

• PID控制
  

1.原理

PID控制方式是現代工業控制中應用的最廣泛的反饋控制方式之一。它的原理如圖所示。

PID控制原理圖

PID控制器是一種線性控制器，它根據給定值r(t)與實際輸出值y(t)構成的控制 偏差

e(t)=y(t)一r(t)                       

將偏差e(t)的比例、積分和微分通過線性組合構成控制器，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。

• 變頻恒壓控制系統調試
  

具體實驗流程及參數調制：

• 連接好線，通電，首先設置參數P0-02=0面板調試，若設置成其他參數，則不能面板啟動電機，默認為0.
• 設置P0-03，此參數設置主頻率源，之前做過一個實驗不用PID調節，即設置P0-03=2設置AI1反饋信號為主頻率源，也可以實現恒壓供水，缺點是壓力恒定而不能改變，不能滿足多用戶的用水要求。意識到這樣情況后，知道P0-03參數設置的問題，之后把P0-03設置成8，即主頻率源由PID控制，設置完這一參數后，即跳到調制PID具體設置參數的PA組。
• PA組
  

1.PA-00設置PID給定源，即設置目標值，PA-00=0表示PID給定源由PA-01設定。

2.PA-01 PID數值給定，為百分數形式，出廠默認50%，鑒于所使用的遠傳壓力表總量程為1MPA，測試水泵電機以50hz頻率工作時給予遠傳壓力表最大的壓力才接近0.2MPA，所以設置此數值為15%，即讓它在達到總量程的15%處0.15KPA處通過調節頻率穩定壓力。

3.PA-02設置PID反饋源，由接線知道此參數應該設置成0，即AI1反饋。

4.PA-03設置PID作用方向，理論上因為遠傳壓力表在一開始沒有壓力的時候輸出的電壓也幾乎為0，隨著用水量的減少即閥門的慢慢關閉壓力會慢慢增大，它所反饋的電壓值也在慢慢增大，此時電壓值反饋給變頻器PID控制，它與目標值（PA-01所設的壓力值轉化成的電壓信號）比較，發現變大了，變頻器會降低頻率以使它趨于目標值，所以PID的作用方向是正作用，負反饋。PA-03=0。

5.PA-05比例增益kp1，默認值20，設定范圍0-100，數值越大PID調節強度速度越快，此參數要根據實際變頻器運行情況設定

6.PA-06積分時間Ti1，默認值2s，設定范圍0.01-10s，數值越小調節速度越快。

7.PA=07微分時間Td1，默認值0s，設定范圍0-10s，微分時間越長調節速度越快。以上三個參數在具體應用中需要反復嘗試以尋求最好的“追蹤”性能，一般只調節比例增益和積分時間就能達到很好的效果，在此試驗中，追求的是變頻器頻率調整能更快的追隨反饋量的變化，以使能夠在調節流量導致反饋量變化時能更快的看見變頻器頻率的變化，所以設置PA-05=90，PA-06=1讓調節速度最快，以便觀察。實際應用時應按實際狀況調節至合適。

設置完以上參數，理論上是能夠運行的，但是不能實際運行，具體一運行之后，在閥門關閉的情況下，頻率很快升到50hz，二壓力也達到了0.2MPA，超出設定值0.15MPA，沒有根據反饋量降低頻率使壓力維持在設定值左右，經反復思考排查原因，最后想到可能是設的目標值不起作用，遂改換了另一套方案。

方案2

在變頻器輸入信號端子AI2上接電位計（AI1已作為遠傳壓力表的反饋輸入），取代以上PA組設定1,2步驟設置給定源目標值，即設置PA-00=2，AI2輸入，通過調節電位計數值實現給定目標值，讓變頻器頻率變化隨著電位計的變化而變化，當電位計不變時，隨著閥門的開關變化，變頻器也在時刻調整著。經測試，能實現其功能。

PID實際值隨目標值變化曲線

• 總結
  

通過幾天的學習和反復的嘗試，讓我好好地認識了變頻器，了解了它具體是干什么的，應用于什么方面，能實現什么功能，也讓我認識到還有很多東西需要我去鉆研，去學習。人在發明創造的潛力是巨大的，變頻器的出現讓我們節省了大量的體力勞動，方便了我們的生活，服務于我們的社會，給社會帶來巨大的經濟效益。

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