西門子變頻器恒壓供水

1、1 引言隨著電力電子及自動控制技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)日益成熟，并以其優(yōu)越的調(diào)速性能和強大的控制功能在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。利用變頻調(diào)速技術(shù)的恒壓供水設(shè)備因為其高品質(zhì)的供水質(zhì)量、穩(wěn)定的工作性能以及節(jié)約能源等優(yōu)點，目前已經(jīng)在供水行業(yè)得到了普遍的應(yīng)用。西門子mm430是一款專門為風(fēng)機和水泵設(shè)計的變頻器，具有豐富的軟件設(shè)置參數(shù)，可以擴展實現(xiàn)多種功能，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜工況下的需要。通過對mm430的pid參數(shù)設(shè)定，可以在不增加任何外在設(shè)備的條件下，實現(xiàn)供水壓力的恒定，提高供水質(zhì)量，同時減少能量損耗。以往的恒壓供水設(shè)備，往往采用帶有模入/模出的可編程控制器或pid調(diào)節(jié)器，pid算法編程難度大，設(shè)

2、備成本高，調(diào)試?yán)щy。mm430系列變頻器內(nèi)置的pid功能，可以進行精確的pid控制，不僅節(jié)省了安裝調(diào)試時間，還有效的降低了設(shè)備成本，是進行此類控制的首選。威英智通公司是專門從事節(jié)電技術(shù)研究、節(jié)電產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)型公司。以改變中國高耗電、低效率的現(xiàn)狀為己任，為各個領(lǐng)域的用戶提供全面的節(jié)電解決方案，在保證用戶正常安全用電的同時，有效節(jié)約電能。威英智通的照明和動力節(jié)電技術(shù)和產(chǎn)品，通過探索與實踐，已成功廣泛地應(yīng)用于賓館、商場、超市、學(xué)校、工礦企業(yè)、市政等各種用電場所。2 pid調(diào)節(jié)的原理恒壓供水的最終目標(biāo)就是要使末端壓力穩(wěn)定在一個壓力點上，由于用水量是不定時變化的，這就要求供水量要實時跟隨用水量變化，并

3、對此做出快速響應(yīng)，普通的開環(huán)控制無法滿足這一要求，必須采用一種快速響應(yīng)的閉環(huán)控制方法來實現(xiàn)。pid調(diào)節(jié)是實現(xiàn)這種要求的最好方法。pid控制是比例、積分、微分控制的簡稱，因為其控制的穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)調(diào)整方便，在工程控制中廣泛應(yīng)用。pid調(diào)節(jié)是根據(jù)反饋值與設(shè)定值之間的差異，按照預(yù)先設(shè)定好的比例、積分、微分參數(shù)，自動計算輸出一個最合適的值來驅(qū)動系統(tǒng)工作，從而減少這個差異，直至反饋值與設(shè)定值相同，誤差為零，也就是使負載最終穩(wěn)定在一個工作點上，它是一個自動跟蹤的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中最關(guān)鍵的是pid參數(shù)的值，這些參數(shù)是要根據(jù)負載響應(yīng)的特性在現(xiàn)場設(shè)置調(diào)節(jié)的，它是pid控制的核心，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)能否

4、穩(wěn)定工作并達到預(yù)定的目的。3 工程現(xiàn)場的概況某酒店的生活熱水，是由兩臺11kw的熱水泵提供，這兩臺泵任何時候只開一臺，另一臺備用，主要是為客房內(nèi)的洗浴及廚房提供熱水。由于客人洗澡時間的不確定性，酒店必須保證熱水在24小時內(nèi)充分供應(yīng)。供水泵功率的大小是根據(jù)熱水閥全開時的最大熱水需求而確定的，同時還留有一定的設(shè)計余量。由于酒店入住率以及在一天中不同的時間段熱水閥門不可能全部打開的原因，熱水的需求在大多數(shù)時間都沒有達到滿負荷。在沒有采取流量調(diào)節(jié)前，因為必須滿足潛在的熱水使用要求，供水泵不得不一直處于全速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，多余的熱水在達到末端后流回蓄熱水箱，白白浪費大量的能量；而且對于水泵和電機來說，由于它

5、們一直是全速運行，機械磨損相對也會比較嚴(yán)重，出故障的機率也會有所增多。在沒有采取恒壓控制前，系統(tǒng)壓力很不穩(wěn)定。洗浴時的用水是由冷熱水管共同向噴頭提供，當(dāng)兩側(cè)冷熱水壓力相差比較大時，水溫很難調(diào)節(jié)到一個平衡點，而且當(dāng)熱水壓力太大時，則會出現(xiàn)熱水串入冷水管的現(xiàn)象，甚至可能燙傷客人，造成嚴(yán)重后果。客房內(nèi)洗浴冷水的壓力是由電節(jié)點壓力表控制水泵的啟停并配合壓力灌來實現(xiàn)，出水壓力控制在0.5-0.6mp之間，0.5mp啟泵，0.6mp停泵。工頻狀態(tài)熱水管末端回水的壓力在正常時約為0.7mp左右，晚上無人使用時最高達0.8mp。我們可以看到，只要將熱水管的末端壓力控制在0.5mp左右，就可以滿足正常使用。圖1

6、 酒店供水示意圖4 系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場的工況，我們進行如下設(shè)計。首先，設(shè)備要設(shè)有切換功能，可以用一臺變頻器對兩電機進行切換變頻，以保證一臺電機故障后另一臺仍可以進行變頻工作；其次，為了防止反饋信號出現(xiàn)意外情況導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作，要設(shè)計有自動和手動兩種控制模式，自動模式是根據(jù)反饋信號自動調(diào)節(jié)，手動模式是用操作面板bop人為的控制水泵轉(zhuǎn)速，以方便在調(diào)試時或者反饋信號故障時使用；另外，設(shè)備還要在原來啟動柜和變頻柜之間設(shè)有電氣互鎖保護，確保任何時候只能有工頻或變頻一種方式來啟動電機，以避免意外操作時對變頻器造成損壞；還要有故障報警功能，當(dāng)電網(wǎng)、電機、水泵或設(shè)備出現(xiàn)意外情況時，能及時發(fā)出報警，避免更大

7、故障的發(fā)生。進行pid控制，必須要有主設(shè)定與反饋兩路輸入，其中主設(shè)定是要達到的目標(biāo)壓力，是根據(jù)最終控制目標(biāo)需要，在變頻器中設(shè)定的（參數(shù)p2240），該參數(shù)可以在用戶實際需要發(fā)生變化后再次調(diào)整；反饋值是通過遠程的壓力變送器提供，具體操作是在熱水管的末端安裝一個壓力變送器，將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)?20ma的電流信號，然后輸出給壓力顯示儀表，經(jīng)設(shè)定后再輸出給變頻器。主回路電氣圖如下： 圖2 主回路控制圖設(shè)備的選型：為了保障變頻器工作的安全可靠，選用15kw的變頻器來拖動11kw的電機，這樣可以大大的降低故障的發(fā)生率，延長設(shè)備的使用壽命；因為熱水管在電機工頻時末端的最高壓力可達0.8mp，所以選擇壓力變送器

8、的量程范圍為01mp，對應(yīng)線性輸出420ma電流信號；選擇一塊帶輸出且可設(shè)定的數(shù)字顯示儀表，以便在設(shè)備上指示當(dāng)前壓力，供操作人員參考，并可以更靈活的對壓力信號進行設(shè)定；其它空開、接觸器等器件則根據(jù)電機容量或按照常規(guī)選擇。5 參數(shù)設(shè)定和設(shè)備調(diào)試5.1 變頻器參數(shù)的設(shè)定，包括操作參數(shù)和pid模塊的參數(shù)。5.2 系統(tǒng)的調(diào)試普通操作參數(shù)經(jīng)設(shè)定后，一般不會有什么問題，pid參數(shù)的調(diào)試需要依據(jù)電機和負載的情況逐漸修改，直到壓力指示穩(wěn)定下來。為了保障供水壓力的充足，將末端壓力定在0.55mp，壓力變送器對應(yīng)的電流輸出信號為12.8ma，由于變頻器默認(rèn)的控制信號為電壓信號，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柡筝斔徒o變頻器，1

9、2.8ma占滿量程的比例為64%，將參數(shù)p2240設(shè)為64，即pid的目標(biāo)值。變頻器運行過程中，反饋回來的信號與主設(shè)定值進行比較，如果反饋值小于主設(shè)定值時，變頻器的頻率會自動提升，以提高目標(biāo)壓力；如果反饋值大于主設(shè)定值時，變頻器的頻率會自動降低，以降低目標(biāo)壓力。對于水泵系統(tǒng)，水量隨著泵的轉(zhuǎn)速變化響應(yīng)很快，沒有明顯的滯后，這時候增加微分量，過分的提前預(yù)測反而會造成系統(tǒng)調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定。另外，由于變頻器實際輸出的是脈沖信號，默認(rèn)的載波頻率為4k，此時電機有尖銳的噪聲。增加載波頻率會降低最大輸出電流，并且增加變頻器損耗。因為實際所選的變頻器功率比電機功率大一檔，且設(shè)備一般工作在低于額定的狀態(tài)，所以增加載

10、波頻率對設(shè)備沒有太大影響，把p1800改為6k后，電機噪聲明顯降低。6 節(jié)電情況測試設(shè)備調(diào)試好后，壓力穩(wěn)定在0.55mp，電機一般工作在42hz左右，晚上用水量低時最低可降至40hz，用水高峰時電機工作在48hz左右，經(jīng)過一天工頻方式，一天變頻節(jié)電方式的工作對比，測得節(jié)電率為40%，節(jié)電效果顯著，設(shè)備的投資成本兩年內(nèi)即可收回P003=3：進入全部參數(shù)組。P0010=1：進入電機參數(shù)修正組。P0304=380：變頻器最大的輸出電壓。（長距離應(yīng)該考慮壓降問題）。P0010=0：退出電機參數(shù)修正組。變頻器運行前必須設(shè)為0.P0702=3：停機為滑停關(guān)閉輸出?？煞乐勾髴T量負載再生發(fā)電反向沖壞變頻器。P

11、0756(1)=0：反饋為電壓時應(yīng)取0.（為電流時取1，并將DIP開關(guān)2號撥為ON）。P10801=1015：恒壓狀態(tài)下，電機最低轉(zhuǎn)速HZ，以不出水的的速度最佳。P1300=2：風(fēng)機/水泵類負載控制特性曲線。啟動困難時可取1.P2253=2250：定義壓力設(shè)定口為P2240。即用P2240參數(shù)值為恒壓點設(shè)定。當(dāng)多圈10K電位器設(shè)定壓力時，P2253=755.0用1、2、3端子設(shè)定。P2200=1：使變頻器為PI閉環(huán)工作方式。P2280=0.0X：P參數(shù)，通常取0.02-0.08.以實際系統(tǒng)為準(zhǔn)。P2285=0.0X：I參數(shù)，通常取0.01-0.04.以實際系統(tǒng)為準(zhǔn)。P2293=10：PI閉環(huán)工

12、作時從0上升到50HZ時的時間，以變頻器的功率為準(zhǔn)。一：接線方式： 端子號2#、4#、9# 用導(dǎo)線三點短接。5#、6#短接。5#經(jīng)起動常開點到8#。8#經(jīng)1.5k電阻到Y(jié)TZ-150遠傳壓力表的高端、壓力表動端到3#端子、壓力表低端到9#端子。 二：參數(shù)修正：（其它參數(shù)請咨詢后修正） 參數(shù)號 參 數(shù) 解 釋 P003=3 進入全部參數(shù)組。 P0010=1 進入電動機參數(shù)組。 P0304=380 電動機額定電壓。 P0010=0 退出電動機參數(shù)組。 P1080=10 電動機恒壓狀態(tài)下的最低速度10HZ。 P1000=21 可以使用面板（上升/下降）鍵修正壓力恒定點。 P1031=1 面板設(shè)定壓力斷電時記憶。 P1300=2 用水泵特性曲線。若水泵起動困難時用（0）或（1）。 P0702=3 6#號端子定義停機為關(guān)閉輸出、水泵自由滑停。 P2200=1 PI閉環(huán)工作許可。 P2253=2250 定義P2240為恒定點設(shè)定值。 P2280=0.05 閉環(huán)P參數(shù)、為振幅調(diào)節(jié)。（以實際系統(tǒng)確定）。 P2285=0.02 閉環(huán)I參數(shù)、為振頻調(diào)節(jié)。（以實際系統(tǒng)確定）。 P2293=15 為PI運行時上升速度。1520S。 P1820= 當(dāng)改為1時,電機將改變轉(zhuǎn)速方向。 三：調(diào)試方法。