變送器在變頻恒壓控制系統(tǒng)的作用控制優(yōu)勢(shì)

上海自動(dòng)化儀表有限公司恒壓供水系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于自來(lái)水廠、生活小區(qū)及消防供水，部分工業(yè)企業(yè)、生活、生產(chǎn)供水及企業(yè)自用水系統(tǒng)，污水處理、水景噴泉、排灌系統(tǒng)等；而恒壓注水主要應(yīng)用于油田、地?zé)嵩蠢脧U水回灌等行業(yè)。不論是供水控制系統(tǒng)還是注水控制系統(tǒng)，壓力穩(wěn)定是系統(tǒng)非常主要控制對(duì)象；恒壓供水控制及恒壓注水系統(tǒng)是在變頻調(diào)速技術(shù)成熟后快速發(fā)展起來(lái)。

變頻器的主要功能是調(diào)頻控制、調(diào)速控制、轉(zhuǎn)向控制、啟?？刂?、變壓變頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓控制系統(tǒng)中，變頻器是主要的控制運(yùn)行電氣設(shè)備，為了保證管網(wǎng)壓力恒定，還需要安裝壓力控制器和壓力傳感器，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)節(jié)能效果顯著，國(guó)內(nèi)外許多生產(chǎn)廠家開(kāi)發(fā)出帶恒壓控制功能的變頻器，方便用戶(hù)選擇。

1 恒壓控制系統(tǒng)原理

在設(shè)備運(yùn)行中，由于負(fù)荷的變化，使管網(wǎng)壓力發(fā)生變化，通過(guò)壓力傳感器將壓力信號(hào)傳給運(yùn)行控制器，經(jīng)控制器與設(shè)定壓力進(jìn)行比較運(yùn)算后生成非常佳控制信號(hào)，控制泵運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)整管網(wǎng)流量使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值，滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。

來(lái)此管網(wǎng)壓力信號(hào)，經(jīng)控制器判斷分析：若系統(tǒng)負(fù)荷不變，控制主泵系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；若系統(tǒng)負(fù)荷很小，控制主泵系統(tǒng)處于低頻率運(yùn)行；若系統(tǒng)負(fù)荷很大，控制主泵系統(tǒng)處于高頻率運(yùn)行；使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值，滿(mǎn)足控制系統(tǒng)要求。恒壓控制系統(tǒng)能夠保持管網(wǎng)壓力的恒定，可使管網(wǎng)和負(fù)荷之間保持平衡，即負(fù)荷大時(shí)管網(wǎng)流量大壓力大，負(fù)荷小時(shí)管網(wǎng)流量小壓力小，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定和服務(wù)質(zhì)量。

2 恒壓控制系統(tǒng)控制方法

恒壓控制系統(tǒng)從非常開(kāi)始的人工參與操作到目前全自動(dòng)無(wú)人值守控制，發(fā)展速度很快，特別是恒壓變頻調(diào)速的應(yīng)用，使得恒壓控制系統(tǒng)變得非常方便簡(jiǎn)單快捷，通過(guò)閉環(huán)PID調(diào)節(jié)更能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化控制；配合PLC及觸摸屏系統(tǒng)，自動(dòng)化程度更高，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.1 恒壓控制系統(tǒng)方法

（1）工頻水泵或者工頻軟啟動(dòng)水泵配合管道閥門(mén)控制壓力。

管道閥門(mén)分為兩種：一種是手動(dòng)閥門(mén)，另一種是電動(dòng)閥門(mén)。手動(dòng)閥門(mén)是通過(guò)人工操作控制閥門(mén)開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)壓力和流量，在控制壓力變換不大或者系統(tǒng)負(fù)荷比較穩(wěn)定時(shí)采用；電動(dòng)閥門(mén)是通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)執(zhí)行器控制閥門(mén)開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)壓力和流量控制，自動(dòng)化程度高，控制精度好，在暖通系統(tǒng)及換熱系統(tǒng)中應(yīng)用得比較多。

（2）變頻恒壓控制系統(tǒng)。

變頻器工作原理：變頻器將輸入的50Hz交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源DC，然后經(jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為可變電壓及可變頻率輸出。變頻器能夠按照恒壓系統(tǒng)需要將0~50Hz的頻率信號(hào)提供給泵電機(jī)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。變頻器功能強(qiáng)大，參數(shù)功能豐富，有預(yù)編制好的功能宏應(yīng)用，使用時(shí)只需要設(shè)置少量幾個(gè)參數(shù)即可完成，其他參數(shù)默認(rèn)應(yīng)用宏的缺省值而不需要調(diào)整。

如果系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏，進(jìn)行閉環(huán)控制，則變頻器根據(jù)對(duì)應(yīng)的壓力設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，利用PID控制宏自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來(lái)調(diào)節(jié)所控制的泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。

變頻器是實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制的常用的工業(yè)設(shè)備，主要是通過(guò)改變電機(jī)的電源輸出的大小和頻率。利用變頻器，可以實(shí)現(xiàn)被控制的交流電機(jī)變頻調(diào)速、功率因素、過(guò)電流過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等，從而更好地控制整個(gè)電機(jī)的運(yùn)作和運(yùn)行，提高電能的利用率和整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。

2.2 變頻器用于控制電動(dòng)機(jī)速度的方法

2.2.1 V/F控制

在電動(dòng)機(jī)中，電動(dòng)機(jī)定子中感應(yīng)的電壓與頻率和氣隙磁通量成正比。如果我們降低頻率保持電壓恒定，則氣隙通量會(huì)增加。因此要改變速度，我們必須保持V/F比不變。V/F控制技術(shù)具有低啟動(dòng)電流和寬范圍速度等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2 開(kāi)環(huán)V/F控制

為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)速度響應(yīng)，開(kāi)環(huán)V/F控制在工業(yè)中得到應(yīng)用。在該方法中，定子電壓和頻率同時(shí)變化。氣隙通量保持不變，V/F比保持不變。

2.2.3 閉環(huán)V/F控制

在閉環(huán)V/F控制中，應(yīng)用轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)量反饋電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，經(jīng)過(guò)與設(shè)定轉(zhuǎn)速比較，從而控制電壓與頻率比值得變化，保持V/F比恒定。

2.2.4 PID控制器能夠方便快捷地實(shí)現(xiàn)閉環(huán)功能

PI D 控制原 理：PI D ( pr op or t ion integ r at iondifferentiation)其實(shí)就是指比例、積分、微分控制。

要維持輸出控制信號(hào)穩(wěn)定，必須使實(shí)際的運(yùn)行信號(hào)與預(yù)期的設(shè)定值進(jìn)行比較判斷，形成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)控制。管路上安裝的壓力變送器，采樣管網(wǎng)系統(tǒng)壓力瞬時(shí)變化，作為反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。如果恒壓控制是非線性、大慣性的系統(tǒng)，適宜采用模糊控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動(dòng)較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時(shí)采用PID來(lái)保持靜態(tài)精度。模糊控制可以通過(guò)PLC配合智能儀表實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

3 PID智能儀表配合變頻恒壓控制系統(tǒng)

管路壓力變送器連接PID智能儀表，反饋的實(shí)時(shí)壓力值傳送給PID智能儀表，與PID智能儀表設(shè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出運(yùn)行控制信號(hào)，控制變頻器恒壓運(yùn)行。

4 觸摸屏和PLC配合變頻恒壓控制系統(tǒng)

（1）基本工作原理。

系統(tǒng)以PLC為控制核心，通過(guò)觸摸屏或者上位機(jī)界面設(shè)定所需壓力，當(dāng)壓力設(shè)定好后，根據(jù)變頻恒壓原理，利用安裝在管網(wǎng)輸出口的壓力變送器，對(duì)管網(wǎng)實(shí)時(shí)壓力進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入PLC，與設(shè)定壓力進(jìn)行比較和運(yùn)算，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)，送給變頻器，變頻器據(jù)此調(diào)節(jié)泵電機(jī)的電源頻率，進(jìn)而調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)中的壓力保持在設(shè)定壓力，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)組成及功能。

恒壓控制系統(tǒng)由泵及泵電機(jī)、PLC、變頻器、壓力傳感器、斷路器、接觸器、中間繼電器等組成；通過(guò)操作面板上的指示燈、觸摸屏監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、控制器、智能儀表、PLC、變頻器等控制系統(tǒng)運(yùn)行；安裝在輸出管網(wǎng)上的壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為4~20mA或者0~10V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC，經(jīng)PID運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)流量，使系統(tǒng)管網(wǎng)壓力保持在給定壓力。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化。這樣就構(gòu)成了以管網(wǎng)輸出壓力設(shè)定值為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（3）PLC與上位機(jī)的通信連接及程序設(shè)計(jì)。

工控機(jī)是上位機(jī)，PLC是下位機(jī)；上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并把各傳感器反饋的信號(hào)實(shí)時(shí)采集到工控機(jī)處理并顯示，同時(shí)可對(duì)下位機(jī)的設(shè)定壓力值進(jìn)行調(diào)整；下位機(jī)對(duì)管網(wǎng)壓力控制，同時(shí)可接受上位機(jī)來(lái)的設(shè)定值，及時(shí)調(diào)整管路壓力。

（4）上位機(jī)界面應(yīng)用廠家組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，觸摸屏界面應(yīng)用廠家軟件進(jìn)行組態(tài)。

5 變頻恒壓控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，變頻恒壓控制系統(tǒng)顯著的節(jié)能效果和可靠穩(wěn)定的控制方式，在供水和注水系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。變頻恒壓控制系統(tǒng)對(duì)泵電機(jī)級(jí)調(diào)速，依據(jù)壓力變化經(jīng)過(guò)控制器或者上位機(jī)的運(yùn)算分析判斷給出控制信號(hào)，控制泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，保持系統(tǒng)壓力恒定，安全可靠，節(jié)能高效。與傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓罐等供水方式比較，不論是投資、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)。變頻恒壓控制系統(tǒng)同其他控制方式相比較，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以下顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)。

（1）恒壓控制技術(shù)因采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，達(dá)到調(diào)節(jié)泵電機(jī)轉(zhuǎn)速改變泵出口壓力，比單靠調(diào)節(jié)閥門(mén)的控制泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力、減少截流損失的效能。

（2）由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。

（3）泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，大大減輕了對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振，徹底消除水錘現(xiàn)象。

（4）上海自動(dòng)化儀表有限公司實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力。

（5）恒壓自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，上海自動(dòng)化儀表有限公司容易實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守工作站。