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台达CP2000变频器在供水行业的应用

中达电通股份有限公司
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1   供水系统概况
 
    供水控制系统是以某一参量作为控制目标,通过对水泵电机进行控制来改变水泵的运行
工况(如流量、扬程、功率),以达到用户的需求。根据控制目标对象的不同可分为压力控
制、液位控制及其他特殊控制方式,如温度、差压和温差。从电控系统类型上分有普通继电
控制型和变频调速控制型,普通继电型通过控制交流接触器控制水泵电机的起停,水泵电机处于工频及停止状态,起动方式有软起动、自耦变压器起动或直接起动。变频调速系统对电机的转速实现无级调速,根据用水量大小进行变速供水,保证出水压力不变。既节约电能,又保证水泵软启动(对电网电压冲击不大),延长了水泵寿命。高层建筑及生活小区供水系统的发展方向是采用现代检测技术、计算机控制技术、交流调速技术,形成组合化、模块化、可编程、可通信的系统。主要组成部分是PLC系统、PID控制器、变频器、电机、水泵、压力传感器。
 
供水系统方案及比较
水池-水泵(恒压变频或气压罐)-管网系统-用水点是目前国内外普遍采用的方法。该系统供水采用变频泵循环方式,以“先开先关”的顺序关泵,工作泵与备用泵不固定。这样既保证供水系统有备用泵,又保证系统泵有相同的运行时间,有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象,提高了设备的综合利用率,降低了维护费用。
水池-水泵-高位水箱-用水点这种供水方式通过水泵抽水送至高位水箱,再由高位水箱向下供水至各用户。但是这第种二次供水方式不可避免造成二次污染,影响居民的身体健康,所以这种方案终将淘汰。
  图1 变频恒压供水系统主电路
 
变频恒压供水系统控制方案
供水系统主要应用的PID恒压控制功能、多泵循环控制功能以及睡眠功能,不同水泵厂商会采用不同方案来实现这些功能。
 
3.1 方案1
采用PLC控制系统实现PID控制和多泵循环功能,变频器仅做基本调速。图2为方案1实施系统。
2 PLC控制系统实现供水
 
在工作过程中,压力传感器将管网水压变换为电压或电流信号,经模拟量输入通道输入PLC系统,PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算,由PLC将速度命令发送至变频器,调节水泵电机的频率,PLC与变频器间采用Modbus通信、0-10V/4-20mA控制。
 
3.2 方案2
    不配置PLC采用变频器内部的PID功能,变频器驱动水泵台数较少,一般为2台,水泵的切换循环功能也由变频器控制。
图3 PID内部功能实现供水
 
3.3 方案3
采用变频器内部PID控制功能,水泵数量较多,一般在三台以上,由PLC实现灵活的循环控制及故障切换保护。
 
台达CP2000变频器功能与设置
 
台达CP2000系列变频器拥有内部PID功、多泵循环功能以及内置PLC,可以通过变频器实现以上功能。
4.1 PID控制功能
CP2000变频器内部PID回授信号可以选择正回授及负回授两种方式(08-00),负回授对应,当输出频率增加,电机运转速度增大时,检测反馈信号也会增大的应用场合;当需要减小输出频率时检测反馈信号增大时,选择正回授。回授接口端子的选参数设置如表1所示。
表1 回授接口端子的选参数
回授信号端子
参数设置
实际信号类型
信号对应关系
AVI1为回授信号
03-00=5
0-10V
0-100%
ACI 为回授信号
03-01=5
0-20/4-20mA
0-100%
AVI2 为回授信号
03-02=5
0-10V
-100--+100%
   PID的目标值参数设置如表2所示。
表2 PID目标值参数
PID目标设定值选择
参数设置
数字操作器
00-20=0
通讯RS485输入
00-20=1
AVI1为输入给定
03-00=4,00-20=2
ACI为输入给定
03-01=4,00-20=2
AVI2为输入给定
03-02=4,00-20=2
 
 
4.2 睡眠唤醒功能
    CP2000可设置睡眠频率08-10、睡眠时间08-12和苏醒频率08-11,当频率命令低于睡眠频率时,在睡眠时间内,变频器运转频率为睡眠频率08-10,当给定低于睡眠频率的时间超过睡眠时间时,变频器进入睡眠状态,输出频率为0,直至速度命令达到苏醒频率时,变频器进入苏醒状态,按频率给定命令运行。图4为睡眠、苏醒功能示意图。
             图4 睡眠、苏醒功能示意图
4.3 多泵循环功能
     CP2000有五种循环方式,一台变频器最多可驱动8组电机。
 
4.4 定时循环
    最多可以控制8台电机,每台电机工作于变频或停止状态,每个时刻有一台电机运行,电机按顺序运行设定的时间(参数12.02设定)后停止,延时(参数12.03)后,起动下一台电机,循环控制多台电机,防止某些电机长期工作,而某些电机长期不工作的情况出现。
 
      图5  以4台电机为例定时循环控制配线图
4.5 定量循环
最多可以控制4台电机,每台电机可以工作于变频和工频状态。加泵过程,当现有运行电机不能满足压力或流量要求时,将变频运行的电机加速后切换至工频电源驱动,再变频起动下一台电机,依次增加电机数量,最后工作于若干台电机工频运行与一台电机变频运行模式。
减泵过程,当运行时的压力(或)流量大于设定值时,需要减泵降速运行,变频电机开始减速;若减速到某转速时,满足要求,系统维持状态继续运行;若变频电机速度停止运行后,压力(或流量)仍大于设定值,系统将停止一台工频电机。若此时压力(或流量)仍大于设定值,则系统再停止一台工频电机;若此时压力或(流量)小于设定值时,将一台电机启动工作于变频状态,保持若干电机工频运行、一台电机变频运行的模式。
   图6 以4台电机为例定量循环控制配线图(最多4台)
4.6 定量控制
最多可以驱动8台工频运行电机和1台变频运行的电机。
加泵过程,第1台电机变频运行到切换频率后,如果压力(或流量)小于设定值,系统增加一台工频运行的电机,最后系统工作于一台电机变频运行、若干台电机工频运行状态。
减泵过程,若系统的压力(或流量)大于设定值,首先变频运行的电机开始减速,根据给定与反馈值比较,直至速度减到最小设定频率,若压力(或流量)仍大于设定值,减少工频运行电机,直到反馈值小于给定值时,变频电机加速到合适转速,最后系统也工作于一台电机变频运行、若干台电机工频运行状态。
 
图7 以4台电机为例定量控制配线图(最多8台电机)
 
4.7 定时循环+定量循环
     系统处于定量循环模式工作时,压力(或流量)需求较少时,只有部分电机工作,有的电机可能处于较长时间不运行,这时可以用定时循环的模式循环运行电机。
定时循环+定量控制主要实现方式是,系统在定量控制模式工作时,压力(或流量)需求较小时,只有部分电机工作,有的电机会处于长时间不运行状态,这时可以增加定时循环功能使电机循环工作。表3为恒压供水系统CP2000变频器关键参数设置。
 
表3 恒压供水系统CP2000变频器关键参数
 
参数码
参数名称
单位
数值
注释
00-11
速度模式选择   
   
0
V/F控制
03-00
AVI模拟输入功能选择      
 
4
AVI为目标设定值
03-01
ACI模拟输入功能选择
   
5
ACI为PID回授值
08-00
PID回馈端子选择
   
1
选择负回授
08-10
睡眠参考点  
Hz 
30.00
 
08-11
苏醒参考点     
Hz 
35.00
 
08-12
睡眠时间   
10.0
 
08-20
PID模式选择     
 
0
 
12-00
循环控制
 
2
定量循环
12-01
连接电机台数 
 
3
 
12-03
加速时电机切换延迟时间   
s
5
 
12-04
减速时电机切换延迟时间    
s
5
 
12-05
定量循环时电机切换时间      
s
20
 
12-06
定量循环时电机切换频率   
Hz
50
 
 
 
作者简介:
邱佩服,男,出生于1980年12月,毕业于北京机械工业学院,自动化专业。现任中达电通股份有限公司变频器产品处高级应用工程师,从事变频器项目类应用相关技术工作。

 


 
 
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