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東莞市豐石電子科技有限公司

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臺達變頻器在恒壓供水控制的應用

文章作者:豐石電子 日期:2021-12-07 閱讀量:
       應用臺達C2000變頻器在工廠自動化控制中智能恒壓供水系統(tǒng)的應用,介紹恒壓供水控制系統(tǒng)配置和控制工藝,以及臺達C2000變頻器的應用技術。
 
  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;
 
  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。
 
  臺達新近推出的C2000變頻器應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,很好的滿足了該應用場合的適用特性。
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  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。
 
  當用戶用水量加大時,管路壓力減小,變頻器轉(zhuǎn)速要提高以增加流量補充壓力;
 
  反之,用戶用水量減小時,管路壓力增大,變頻器轉(zhuǎn)速要降低,使流量適當降低以使壓力恒定。
 
  這樣就可以使用戶得到穩(wěn)定的供水壓力。
 
  如圖1所示
 
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  PA~PB是超高壓區(qū),即使變頻器停止運轉(zhuǎn)水泵電機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重偏高造成的,但發(fā)生幾率比較小,或因為用戶用水量極少甚至沒有時發(fā)生,此時就需要變頻器停止水泵電機運轉(zhuǎn);
 
  PB~PC是變頻器恒壓供水壓力區(qū)。
 
  PD~0區(qū)間是低壓區(qū),即使變頻器控制水泵電機運轉(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備或調(diào)整用水量。
 
  PID回路控制原理
 
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  KP比例增益(P控制),Ti積分時間(I控制),Td微分時間(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系,當僅有比例控制時系統(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系。
 
  對一個自動控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(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”。積分項對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。
 
  如此一來,即使誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,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,抑制誤差的作用就應該是零。
 
  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)設備要求能夠設定系統(tǒng)給定壓力值(5~6kg),即PID控制的目標值;
 
  (2)壓力傳感器將實時采取數(shù)據(jù)作為PID控制的檢出值;
 
  (3)PID控制的目標值與壓力傳感器檢出值大小比較后產(chǎn)生誤差量,將PID控制的運算結果輸出給控制供水泵電機的變頻器;
 
  (4)控制變頻器拖動供水泵輸出不同轉(zhuǎn)速,達到調(diào)節(jié)供水恒壓的控制效果;
 
  (5)提供比例增益P、積分時間I、微分時間D參數(shù)的微調(diào)窗口;
 
  (6)兩臺水泵實現(xiàn)24h輪換使用控制;
 
  (7)單臺泵供水壓力不夠時,實現(xiàn)當前供水泵工頻切換,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。
 
  電氣原理圖見圖3
 
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  程序編輯見圖4
 
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  參數(shù)調(diào)整
 
  00-04=10(多功能顯示:顯示PID回授值%(b))
 
  00-20=0(面板設定目標值)
 
  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)
 
  應用效果
 
  C2000的功能還比較強,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。
 
  通過這個項目測試了C2000在這恒壓供水的行業(yè)應用可行性,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),估計會更好應用,直接定義參數(shù)就可以實現(xiàn)多泵切換,和定時切換。
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