安邦信恒压供水变频器在恒压供水系统的应用

1．引言
变频技术是应交流电机无极调速的需要而诞生的。随着电力电子器件和微电子技术的不断发展，20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得到诸多优化模式，其中的鞍形PWM模式效果*。20世纪80年代后半期开始，美﹑日﹑德﹑英等发达国家的VVVF变频器已经投入市场并广泛应用。我国也在20世纪末，经过不断探索有了自己的国产变频器。其中深圳普传﹑深圳安邦信﹑山东惠丰﹑成都佳灵等是早一批的生产厂家。经过多年的不断改进完善，如今变频器作为一种工业产品已经广泛应用在各行各业，而变频器的功能已不仅仅是简单的调速、省电了，完善的功能不但简化了控制系统，而且功能的实现更加方便，如变频器内置的PID控制功能在恒压供水系统上的应用就是其中典型一例。
2．系统组成
早期的恒压供水系统一般是由PLC或单片机为主，加以复杂的控制设备得以实现。而随着变频器技术的不断发展，功能的不断完善，简单的恒压供水系统不再依赖PLC或单片机控制系统。而仅仅依靠变频器的内置功能即可实现这一控制任务。利用变频器的PID闭环控制功能，配以压力传感器作为反馈装置，即可实现对电机速度控制。从而实现供水压力的恒定。
变频器我们选用安邦信公司生产的AMB-G7系列的通用型变频器，该系列是适应多种工况的高品质、低噪声、多功能通用变频调速器。内置PID调节器，闭环控制系统结构简单。压力表我们选用YTZ-150电位器式远程压力表，安装在水泵的出水管上，该压力表适用于一般压力表适用的工作环境场所，既可直观测出压力值，又可以输出相应的电信号，输出的电信号传至远端的变频器。压力表有红、黄、蓝三根引出线。
压力表电气技术参数：
电阻满量程：400Ω（蓝、红）
零压力起始电阻值：≤  20Ω （黄、红）
满量程压力上限电阻值：≤  360Ω（黄、红）
接线端外加电压：≤  6V（蓝、红）
 

恒压供水系统简易接线图
3．系统功能
以往的恒压供水设备，往往采用带有模入/模出的可编程控制器或PID调节器，PID算法编程难度大，设备成本高，调试困难。而采用带有内置PID控制功能的变频器作为恒压供水设备的主控设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，还可对该信号设置滤波时间常数，对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。
4．系统调试
4.1  PID控制的原理及变频器的有关参数

PID控制器的比例P、积分I、微分D三部分的作用分别为：
?1?71?1?778?1?71?1?775 比例P控制：调节量按误差比例输出，纯比例P控制时，误差不会    为零。
?1?71?1?778?1?71?1?775 积分I控制：调节量按误差的积分输出，误差为零时，输出恒定。
?1?71?1?778?1?71?1?775 微分D控制：调节量按误差的微分输出，误差突变时，能及时控制。
PID控制：组合三者的优势，获得*的控制性能。
 

PID的控制原理

变频器PID控制调试原理图
 

PID控制的功能参数

?1?71?1?778?1?71?1?775 当变频器需以PID闭环方式运行时，F80功能代码参数应设定为1，F80=1。
?1?71?1?778?1?71?1?775 F81功能代码参数为反馈量的显示系数，使得显示值与实际物理量单位值*。
?1?71?1?778?1?71?1?775 功能代码F82∽F86为PID反馈量处理，使得PID调节器的反馈在0.00∽10.00之间。
?1?71?1?778?1?71?1?775 F87功能代码参数为PID控制的积分作用范围，误差超过此范围，积分作用无效。
?1?71?1?778?1?71?1?775 功能代码F88∽F90为PID控制的调节参数，适当修改这些参数，可使闭环控制系统的性能*。

4.2 PID的调试

开环调试：
检查接线无误后，合上空气开关和漏电开关，变频器上电，数码管显示0.0，按JOG键，检查水泵的转向，若反向，改变电机相序。
按运行键RUN，运行指示灯亮（绿色），顺时针方向旋转键盘旋钮，输出频率上升，观察压力表的压力指示，同时用万用表直流电压档测量变频器端子VF和GND之间电压值，随着变频器输出频率升高，压力增加，VF和GND之间的反馈电压上升，记录下将要设定的恒定压力（比如5公斤）对应的反馈电压值（比如3.1V）。按停车键STOP，变频器减速停车。
闭环变频恒压运行：
合上起停开关，变频器运行指示灯亮，输出频率从0.0Hz开始，根据用水情况自动调节，保证出水口的压力恒定为5KG。修改F84的参数设定值，可以相应增加或降低出水口的压力。

由压力传感器反馈的水压信号4—200mA或0—10V直接进入变频器的A/D口，设置给定压力值，PID参数值，使其工作在*状态。由于水泵及供水管网在PID调节过程中常常出现变频器报警或跳闸，这需要调节变频器中的P和I参数，但如I参数调节不当会造成PID控制波动过大，无法达到控制要求。在调节过程中可根据现场实际情况逐步增加I参数值，从而达到软化PID，减小变频器闭环调节时的响应电流，排除变频器报警。

变频器原理接线图

5 恒压供水系统注意事项

5.1电气系统

在主回路系统中，分为由变频器控制的水泵电机M1（简称变频泵）加上常用的一般控制的水泵电机M2（简称工频泵），使用工频泵的台数多少可由供水量大小而定。工频泵主要是为了防止变频系统出现故障时的一种临时解决方案。
（1） 使用前要核准变频器的额定电压与交流电源电压是否*。
（2） 因变频器制造厂家不同，在控制柜变频器主回路接线的设计上存在一定的差别。一般要求在变频器的保护功能起作用或发生其它故障时，为了切断电源以防止故障或事故的扩大，通常三相交流电源L1、L2、L3经高频漏电开关QF、接触器KM接至输入端R、S、T。且变频器的故障输出端子串接于接触器的控制回路。但是，不允许频繁的“开”和“关”QF或KM来进行“运行”和“停止”的切换。
（3） 变频器输出端U、V、W与电机之间勿需加装交流接触器，否则在变频器的运行过程中，若接触器进行ON、OFF时会产生大电流和引起过电压。易损坏变频器内的逆变桥功率模块。此外，一般不必另加装热继电器作过载保护（一台变频器驱动多台电机时除外）。
（4） 变频器额定容量与电动机额定功率的比数应是3：2为宜。小了影响有效力矩的输出，大了高次谐波含量加大。
（5） 变频器控制柜应安装在干燥、通风良好的场地使用，并且要避免阳光直射。
（6） 当气温达到40oC以上时，变频器控制柜内要正确安装换气扇。排气扇应采用下进、上出的安装方式，保证变频控制柜内的正压通风。
（7） 当电机低速运行时，为了散热的需要，必要时要采取通风冷却措施。
（8） 用绝缘电阻表（兆欧表）进行测量电机绝缘电阻时，要将变频器接线端子U、V、W与电机接线断开，切勿将测试电压加到变频器上，因电压过高容易造成变频器损坏。
（9） 在变频器输出频率低时，输出电压也低，电压降比例也大。因此，电缆的截面积要比没有用变频器作驱动电机用的电缆截面积大一级。电缆长度力度力求越短越好，不允许与控制线混放在一起敷设（使用屏蔽线除外）。
（10） 为了防止触电和有效地抑制射频干扰，变频器外壳应良好地接地。

5.2 水泵系统
（1） 因为水泵的排水压力与转数二次成正比，对水泵实施转速控制保持*压力，才能达到*供水效果。目前采用变频器对水泵电机的调速控制方式，是、的一种方法。
（2） 在安装前首先把水管网路阻力损失、供水面积、供水高度等计算准确，然后再确定水泵的扬程、流量、轴功率、电机功率等，否则无法确定使用多大容量的变频器。
（3） 在水泵铭牌上的扬程是水泵的总扬程，还必须考虑到由于管路的阻力（磨擦阻力、弯头阻力等）所造成的扬程损失（也称损失扬程），它包括不吸管水路的损失扬程和压水管的损失扬程。因此，在选用水泵的总扬程时应该等于或大于所需扬程。
（4） 水泵（指轴功率）与电动机额定功率必须配套，应采用高层建筑供水用的LG系列泵，该系列泵属于立式单吸多级分段式离心泵。它的特点是噪音低、占地面积小等优点，适合于高层建筑供水用泵。
（5） 在设定压力值时，要考虑管道的质量，一般不宜超过4kg/cm。
6  结束语

将变频器应用于恒压供水系统，不仅减轻了工程人员的安装劳动强度，而且缩短了调试时间，方便了用户的使用，减少了投资，节省了电能，缩短了设备维护时间，提高了经济效益。同时，变频器的多种保护功能又可对电动机起到良好的保护。所以，将变频器应用于恒压供水系统是一个值得推广的工程应用。