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臺達C2000變頻器在工廠(chǎng)自動(dòng)化控制中智能恒壓供水系統的應用

發(fā)布時(shí)間：2022-06-27 來(lái)源：恒博圖安

在傳統的區域供水系統中，用戶(hù)對供水壓力的要求都是經(jīng)由市政供水管網(wǎng)經(jīng)過(guò)二次加壓或高位水塔儲水池來(lái)滿(mǎn)足的。
日常供水控制通常采用水泵恒速運行加調整出口閥開(kāi)度的方式調節供水的水量水壓，這種供水的方式會(huì )使大量能量消耗在出口閥門(mén)，造成能源浪費；而且儲水池也會(huì )有二次污染的問(wèn)題。采用變頻器作恒壓供水恰好可以克服這些問(wèn)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(chǎng)中，很好的滿(mǎn)足了該應用場(chǎng)合的適用特性。
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(hù)用水量加大時(shí)，管路壓力減小，變頻器轉速要提高以增加流量補充壓力；反之，用戶(hù)用水量減小時(shí)，管路壓力增大，變頻器轉速要降低，使流量適當降低以使壓力恒定。這樣就可以使用戶(hù)得到穩定的供水壓力。
如圖1所示，PA~PB是超高壓區，即使變頻器停止運轉水泵電機也無(wú)法降低的供水壓力的區間，這種情況是自來(lái)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(hù)用水量極少甚至沒(méi)有時(shí)發(fā)生，此時(shí)就需要變頻器停止水泵電機運轉；PB~PC是變頻器恒壓供水壓力區。PD~0區間是低壓區，即使變頻器控制水泵電機運轉到最大速度也無(wú)法提高供水壓力的區間，這種情況可能是市政供水系統發(fā)生問(wèn)題（例如供水管道破裂等），或客戶(hù)端用水量過(guò)大造成，需要考慮更換供水設備或調整用水量。
PID回路控制原理如圖2所示，KP 比例增益(P 控制)，Ti 積分時(shí)間(I 控制)，Td 微分時(shí)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(guān)系，當僅有比例控制時(shí)系統輸出存在穩態(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(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統，如果在進(jìn)入穩態(tài)后存在穩態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統是有穩態(tài)誤差的或稱(chēng)之為有差系統。為了消除穩態(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(shí)間的積分，隨著(zhù)時(shí)間的增加，積分項會(huì )增大。如此一來(lái)，即使誤差很小，積分項也會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例(P)+積分(I)控制器，可以使系統在進(jìn)入穩態(tài)后無(wú)穩態(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(guān)系。自動(dòng)控制系統在克服誤差的調節過(guò)程中可能會(huì )出現振蕩甚至失穩。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(shí)，抑制誤差的作用就應該是零。比例(P)+微分(D)控制器能改善系統在調節過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。
控制工藝要求
(1) 設備要求能夠設定系統給定壓力值（5~6kg），即PID控制的目標值；
(2) 壓力傳感器將實(shí)時(shí)采取數據作為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(dòng)供水泵輸出不同轉速，達到調節供水恒壓的控制效果；
(5) 提供比例增益P、積分時(shí)間I、微分時(shí)間D參數的微調窗口；
(6) 兩臺水泵實(shí)現24h輪換使用控制；
(7) 單臺泵供水壓力不夠時(shí)，實(shí)現當前供水泵工頻切換，和變頻啟動(dòng)第2臺供水泵。