提升變頻器恒壓水泵管線壓力探頭使用壽命的研究

提升變頻器恒壓水泵管線壓力探頭使用壽命的研究

摘要：恒壓水泵在工業(yè)消防系統(tǒng)及樓宇生活用水系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。首先，本文主要介紹穩(wěn)壓水泵的工作原理；然后，說明PID反饋壓力信號實現(xiàn)負反饋的控制方式，分析反饋壓力信號存在誤差的原因；最后，結(jié)合一臺運行設備運行情況，通過優(yōu)化反饋信號及更改變頻器控制參數(shù)，從而達到延長管線壓力表使用壽命的目的。關鍵字：恒壓水泵遠傳壓力表內(nèi)部PID施耐德Altivar611引言恒壓水泵在工業(yè)消防系統(tǒng)及樓宇生活用水系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，本水泵常由變頻器通過PID負反饋控制方式拖動電動機，從而實現(xiàn)管線壓力恒定的目的。穩(wěn)壓水泵壓力表即可顯示管線壓力，也能為變頻器反饋管線壓力信號，變頻器通過反饋的壓力信號，結(jié)合變頻器預設的目標壓力，通過增減輸出頻率實現(xiàn)負反饋功能。但實際運行中，安裝在穩(wěn)壓泵出口管線的壓力表使用壽命較低，往往在運行1年至2年就需更換。2恒壓水泵的工作原理恒壓供水就是要時刻讓供需達到平衡，若供需之間沒有達到平衡,用戶水壓將發(fā)生變化。因而可根據(jù)水壓變化實現(xiàn)對流量變化的控制,以確保供需之間的動態(tài)平衡[1]。圖1恒壓水泵工作示意圖2.1各單元功能介紹該恒壓水泵電氣控制系統(tǒng)主要由變頻器、電動機以及遠傳壓力表構成。（1）變頻器為主要控制單元。可以拖動電動機增速及減速運行，可以對電動機進行實時保護，還可以在內(nèi)部參數(shù)設定水泵出口處穩(wěn)定的壓力值。另外，變頻器控制端子輸出的DC10V恒壓電源加在遠傳壓力表反饋信號兩端，將遠傳壓力表電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，作為變頻器的輸入信號。（2）電動機是主要實施單元。執(zhí)行變頻器發(fā)出的增速及減速等命令，拖動離心泵轉(zhuǎn)動維持管線壓力。（3）遠傳壓力信號是負反饋的核心元件。通過檢測水泵出口處壓力參數(shù)，實時以電阻信號反饋給變頻器，變頻器通過比較分析反饋壓力和變頻器內(nèi)部預設的壓力大小，對系統(tǒng)管線壓力進一步調(diào)整。2.2穩(wěn)壓工作原理（1）當恒壓水泵啟動后，遠傳壓力表反饋的數(shù)據(jù)低于變頻設定值時，變頻器輸出頻率增加，拖動電動機加速運行，恒壓水泵增速后，水泵出口處壓力瞬間增大。（2）當遠傳壓力表發(fā)出壓力升高信號給變頻器，變頻器內(nèi)部設定壓力與遠傳壓力表反饋數(shù)據(jù)進行比較。當出口壓力仍舊低于設定值時，變頻器輸出頻率繼續(xù)增加；當出口壓力等于設定值時，變頻器輸出頻率維持不變。（3）當變頻器輸出頻率維持不變而管線壓力持續(xù)升高時，變頻器輸出頻率開始降低，拖動電動機減速。（4）當變頻器轉(zhuǎn)速降低到最低時，系統(tǒng)壓力仍舊滿足要求時，可以設置變頻器“休眠”功能，使得電動機停止運轉(zhuǎn)。（5）由于用戶用水等原因造成管線壓力降低后，壓力低于變頻器設定的最低值時，啟動變頻器“喚醒”功能，重復執(zhí)行第一步。3遠傳壓力表誤差分析及解決方案3.1存在誤差分析在實際工作中，遠傳壓力表通過管線壓力數(shù)值與反饋電阻呈線性比例關系。當壓力增加時，反饋電阻也同步增加，反之亦然。當壓力表上施加恒定直流10V電壓時，壓力表反饋電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號，作為變頻器反饋的輸入調(diào)速信號。在運行期間，反饋的壓力信號往往存在一定誤差，其主要原因主要集中在以下幾點：（1）因反饋信號實際為電壓信號，電壓信號相較于電流信號極易受到外部磁場的影響，產(chǎn)生不穩(wěn)定的電壓信號，可能對變頻器接收到的反饋電壓信號產(chǎn)生一定的干擾。（2）因反饋信號電纜線路較長，電壓在電纜內(nèi)部傳輸過程中有衰減，造成反饋管線壓力信號與實際壓力略有差異。（3）因遠傳電壓表電阻功率較小，通過的額定電流較低，當加在壓力表反饋電阻的10V電壓極易發(fā)熱造成電阻阻值升高，甚至發(fā)生熔斷，使得反饋給變頻器的電壓信號有較大誤差。3.2解決方案由于反饋的電壓信號發(fā)生波動對控制回路影響較大，應主要從以下措施進行改善：（1）為了減少線路沿線電磁干擾，應選用帶有屏蔽線的信號電纜，且應在其中一端接地。（2）遠傳壓力表與變頻器距離不宜較大，長度易小于20米[2]。因線路電阻可能造成PID反饋誤差，當距離較大時可增加芯線截面積或采用多芯并芯接線來降低線路電阻。（3）敷設時不宜與動力電纜同路徑近距離敷設，最好采用橋架、保護管等敷設方式代替電纜溝或直埋敷設。（4）可以降低加在遠傳壓力表電阻上的電壓，從而降低工作電流，降低其發(fā)熱量，建議在壓力表電阻前串聯(lián)一根額定電流較大的電阻，使得電壓集中在新串聯(lián)的電阻上。4實例應用4.1實例某消防水穩(wěn)壓系統(tǒng)采用Altiar61型低壓變頻器拖動電動機實現(xiàn)穩(wěn)壓功能，采用變頻器內(nèi)部PID反饋方式。電動機功率為37kW，一開一備。具體要求如下：（1）現(xiàn)場管線遠傳壓力表量程為0~1.6Mpa，壓力表滿量程時對應反饋電阻阻值為400Ω。（2）生產(chǎn)工藝要求控制消防水管線壓力維持在0.75Mpa。（3）當變頻器運行頻率低于10Hz時，持續(xù)60s后可認為系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，變頻器啟動休眠模式，電動機停止運行。（4）當系統(tǒng)管線壓力低于0.70Mpa時，變頻器啟用“喚醒”模式，重新啟動電動機，為管線穩(wěn)壓。4.2解決方案（1）為了延長遠傳壓力表使用壽命，降低壓力表電阻電流，可在變頻器柜處串聯(lián)阻值為600Ω的電阻，使得加在遠傳壓力表電阻上的電壓最高僅為4V，6V加在新增電阻兩端。這樣，流過壓力表電阻上的電流由原來的25mA降低到10mA，大大降低了電阻發(fā)熱。此時應將變頻器內(nèi)部設定的最高PID值改為：P=1600bar/4V*10V=4000bar（1）（2）啟動變頻器“休眠/喚醒”功能，將變頻休眠條件根據(jù)要求設定。啟動誤差設定為50bar，即當變頻器休眠狀態(tài)下，管線壓力維持0.7Mpa~0.75Mpa間，變頻器維持休眠，當壓力低于0.7Mpa時，變頻器啟動“喚醒”模式，根據(jù)壓力下降速度，通過對應轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)管線壓力，使之維持在0.75Mpa。（3）具體Altivar61變頻器參數(shù)設定表如下：表1Altivar61變頻器參數(shù)設定表序號菜單設定值說明1.7PID調(diào)節(jié)器（設置變頻器內(nèi)部PID壓力量程及恒壓設定值、設置反饋的輸入通道）1PID反饋分配AI1給定設定電壓PID反饋方式，通道選擇AI12PID反饋最小值0barAI1反饋電壓最小值，即管線壓力為0MPa3PID反饋最大值4000barAI1反饋壓力最大值，即管線壓力為1.6Mpa,反饋電壓為4V,10V對應最大反饋壓力為P=1600bar/4V*10V=4000bar4PID給定最小值150bar“內(nèi)部PID給定”設定值大于本設定值即可5PID給定最大值900bar“內(nèi)部PID給定”設定值小于本設定值即可6內(nèi)部PID給定分配YES開啟恒壓PID反饋給定功能7內(nèi)部PID給定750bar根據(jù)設計壓力，要求管線壓力0.75Mpa1.7睡眠或喚醒（設置低速運行且管線壓力恒定時變頻器停機，壓力低于0.7Mpa重新啟動）8低速運行超時60s當變頻器10Hz低速運行30s后停機9低速頻率10當變頻器10Hz低速運行30s后停機10PID喚醒誤差閾值50指當變頻器低于PID設定值（即750bar）超過0.05Mpa運行時，也就是說運行壓力低于0.7Mpa啟動喚醒模式，變頻器重新上電啟動5結(jié)束語通過對遠傳壓力表電阻串聯(lián)一附加電阻，降低了施加在壓力表電阻上的電壓，從而降低了流過壓力表電阻神最大工作電流，降低了電阻發(fā)熱，延長了壓力表的使用壽命。若壓力表的使用壽命仍較短，可以繼續(xù)增加穿入壓力表中電阻的阻值，進一步降低流入壓力表電阻的電流，其使用壽命可以大大增加。另外，通過變頻器內(nèi)部“休眠/喚醒”模式設