丁巖

【摘要】恒壓供水系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在消防、工業(yè)、高層建筑等場所，特別是恒壓供水系統(tǒng)通過應(yīng)用具有PID功能的變頻器，可以實現(xiàn)自動化的循環(huán)供水，極大地提高了恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，經(jīng)濟效益和社會效益非常明顯，因此應(yīng)加大對恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用PID功能變頻器的分析研究，充分發(fā)揮變頻器的應(yīng)用優(yōu)勢，不斷提升恒壓供水系統(tǒng)的運行效率。本文分析了

【關(guān)鍵詞】PID功能；變頻器；恒壓供水系統(tǒng)；運用

近年來，變頻器的應(yīng)用范圍越來越廣闊，在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用具有PID功能的變頻器，和傳統(tǒng)的氣壓罐供水系統(tǒng)、高位水箱供水系統(tǒng)以及恒速泵供水系統(tǒng)相比，其能耗較少，具有較強的靈活性，并且供水質(zhì)量更高。在實際應(yīng)用中，基于PID功能的變頻器對于供水系統(tǒng)的閥門、泵組進行邏輯控制，實時監(jiān)控供水系統(tǒng)的各個控制點和運行參數(shù)，為了恒壓供水系統(tǒng)的規(guī)范化管理提供了重要技術(shù)支持。

一、恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

1、結(jié)構(gòu)組成

恒壓供水系統(tǒng)是指管網(wǎng)中水壓不會隨著水量的大小而發(fā)生變化，其時刻保持基本恒定，不僅可以滿足建筑物中不同樓層的用水需求，而且避免了電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)浪費大量的電能。在實際應(yīng)用中，恒壓供水系統(tǒng)主要有以下兩種控制形式：其一，電機調(diào)速控制供水系統(tǒng)；其二，PLC（可編程控制器）控制供水系統(tǒng)，控制泵組的運行速度，自動調(diào)節(jié)運行的泵組臺數(shù)，實現(xiàn)閉環(huán)控制管網(wǎng)供水壓力，即使供水管網(wǎng)在不同時間段中水流量出現(xiàn)大幅度變化，也能保持其水壓的穩(wěn)定性，有效節(jié)約電能。恒業(yè)供水系統(tǒng)主要由水泵、壓力傳感器、繼電器、FR-A540變頻器、觸摸屏、PLC等組成[1]，變頻器PID具有比較、差分的功能，利用具有PID功能的變頻器可以實現(xiàn)恒壓控制。

2、 原理

變頻器主要是根據(jù)供水管網(wǎng)的既定壓力和水流壓力來調(diào)節(jié)和控制其運行頻率，當(dāng)既定壓力大于水網(wǎng)壓力時，變頻器的運行頻率不斷提高；當(dāng)既定壓力小于水網(wǎng)壓力時，變頻器運行頻率下降。當(dāng)供水管網(wǎng)中的水流量不斷增大時，會降低變頻器泵組的運行壓力，為了保障恒壓供水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，這時需多增加幾組水泵，對于水泵的變頻/工頻和泵數(shù)通過PLC實現(xiàn)切換控制，從而確保供水系統(tǒng)保持恒定的供水壓力，節(jié)約大量的水資源和電能。

3、 實現(xiàn)方法

恒壓供水系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，主要通過以下幾種方式實現(xiàn)恒壓供水：其一，利用變頻器的PID功能，實現(xiàn)供水系統(tǒng)管網(wǎng)的恒壓供水；其二，通過運用變頻器實現(xiàn)PID恒壓調(diào)節(jié)、多個水泵的變頻/工頻切換，保障恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；其三，通過PLC來控制恒壓供水系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在應(yīng)用中需要增加D/A和A/D轉(zhuǎn)換器；其四，在恒壓供水系統(tǒng)外部設(shè)置PID調(diào)節(jié)器，結(jié)合給定量和反饋量的PID運算結(jié)果，變頻器調(diào)節(jié)控制運行頻率，這種系統(tǒng)在實際應(yīng)用中需要單獨設(shè)置PID調(diào)節(jié)器，在一定程度上增加了運行成本。

二、基于PID功能的變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、參數(shù)設(shè)置

恒壓供水系統(tǒng)主要應(yīng)用FR-A540變頻器，其運行穩(wěn)定、性價比比較高，被廣泛的應(yīng)用在多個領(lǐng)域，F(xiàn)R-A540變頻器內(nèi)部包含IPM智能功率模塊，結(jié)合PWM調(diào)制原理，電動機的運行噪音比較小，具有較強的抗干擾性能，輸出波形比較完整。FR-A540變頻器具有停電減速運行、工頻/變頻的順序切換和順序制動以及PID控制功能，可以滿足消防、工業(yè)和高層建筑的供水需求。在實際應(yīng)用中，工作人員應(yīng)先將變頻器之前的運行參數(shù)清除以后再重新設(shè)置參數(shù)，完成參數(shù)設(shè)置后，先停止對變頻器供電，使其歸位后再重新送電，確保重新設(shè)置的運行參數(shù)生效，在設(shè)定變頻器運行參數(shù)時應(yīng)注意：其一，最高頻率，變頻器的實際運行頻率必須低于其額定頻率，額定頻率就是變頻器設(shè)定的最高頻率，如果變頻器轉(zhuǎn)動速度大于標(biāo)準(zhǔn)的額定轉(zhuǎn)速，其內(nèi)部矩陣函數(shù)會成指數(shù)增加，會嚴(yán)重損害變頻器設(shè)備的穩(wěn)定性；其二，上限頻率，一般情況下，變頻器設(shè)定的上限頻率應(yīng)略低于額定頻率；其三，下限頻率，在設(shè)定變頻器下限頻率時不能過低，下限頻率過低會造成水泵機組的運行揚程遠遠低于實際揚程，很容易使水泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，造成電能浪費。

2、 PID變頻器運行控制

（1） 設(shè)定值

結(jié)合恒壓供水系統(tǒng)運行要求，結(jié)合變頻器調(diào)節(jié)壓力，確定最佳的設(shè)定值。

（2） 百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換

結(jié)合傳感器的設(shè)定值和輸出值，計算其對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)傳感器電流值為20mA，輸出壓力為0.5MPa，電流值為4mA，輸出壓力為0MPa，通過計算0.1MPa的輸出壓力對應(yīng)7.2mA電流值[2]。

（3） 微分和積分

恒壓供水系統(tǒng)在應(yīng)用PID功能變頻器時，設(shè)定較大的比例范圍和積分時間，設(shè)定小一點的微分時間。恒壓供水系統(tǒng)運行過程中，若目標(biāo)值不穩(wěn)定，可以適當(dāng)減小微分時間，增大積分比例范圍和積分時間，確保目標(biāo)值保持穩(wěn)定。當(dāng)目標(biāo)值趨于平穩(wěn)時，減小積分比例范圍和積分時間，增加微分時間。

3、 系統(tǒng)工作流程

利用FR-A540變頻器的PID控制功能，通過比較壓力傳感器信號和水壓設(shè)定值，按照預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)規(guī)律，由變頻器PID控制器來調(diào)節(jié)兩者的偏差值，輸出調(diào)節(jié)信號，改變變頻器的運行頻率和輸出電壓，使供水管網(wǎng)的水壓保持恒定。恒壓供水系統(tǒng)通過運用PID功能的變頻器，按照先啟動先停止、后啟動后停止的流程，使各個水泵機組能夠軟啟動，輪流休息[3]。1號泵組先啟動，當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸達到變頻器上限頻率時，若水壓低于設(shè)定值，變頻器運行泵自動切換為工頻運行狀態(tài)，這時2號泵啟動，滿足用水需求，當(dāng)供水壓力較高，用水量降低，這時變頻器自動切換工頻，保障恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，為了避免恒壓供水系統(tǒng)中的一臺水泵長時間處于運行狀態(tài)，另一臺閑置生銹，在系統(tǒng)中設(shè)置定時輪換功能，提高水泵的利用率。

結(jié)束語：

具有PID功能的變頻器損耗小、運行效率高，其在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，運行效益非常高，不僅動態(tài)響應(yīng)加快，而且抗干擾性能和可靠性較高，在實際應(yīng)用中，結(jié)合實際的設(shè)定水壓，自動調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力和水泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)最大化的節(jié)水和節(jié)能。

參考文獻：

[1]趙海濤. 基于變頻器PID功能的恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2015，13：246.

[2]彭旭昀. 一種基于變頻器PID功能的PLC控制恒壓供水系統(tǒng)[J]. 機電工程技術(shù)，2014，10：61-63+105.

[3]付嵐. 基于變頻器PID功能的恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用[J]. 新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，05：66-67.