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东芝VF-S11变频器在小流量恒压供水系统中的应用

供稿:petterfen 2005/6/17 17:44:00

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1.前言
传统的生活小区恒压供水系统中一般选用相当型号的水泵2~4台,采用循环软起动控制方式,即自动补泵、自动减泵、定时换泵,大多没有考虑小流量用水情况。若主泵功率较大(一般认为≥11KW),会造成小流量供水时间内较大能量浪费的。一般住宅小区的供水规律性较一致,即用水高峰比较集中在早上、中午、晚上三个高峰时段约8小时,而其余时间供水量较小,水泵负荷小。尽管采用变频器调速,由于存在调速泵在低频率下运行效率较低的问题,造成小流量供水时水泵耗能相对浪费的情况。
通过增加1~2台小流量泵的方案来解决小流量供水问题。下面以某700户生活小区情况为例说明系统的设计和控制。2、系统设计
根据经验生活主泵选用ISG80-200水泵2台,单台Q=50m3/h,H=50m,N=15KW。另选用QDL16-40水泵1台,单台Q=16m3/h,H=48 m,N=4KW。采用变频控制系统一套,由于主泵、小泵功率差别不太大,主变频器采用东芝VF-S11-4015PL变频器1台,东芝VF-S11变频器内置EMI抗干扰滤波器,非常适合于生活小区使用,对外界电磁及无线电干扰极少。另外该变频器输出端子功能较多(可编程)具有58种,可根据使用者要求程序设定所需要功能。另外东芝VF-S11变频器为恒转矩、变转矩共用型变频器,较一般水泵风机型变频器有较大的过载特性,额定电流值相对较大,即便对潜水泵类负载一般无需放大选型,此外东芝VF-S11系列变频器适应较大的电压范围380V至500V(允许波动-15%,+10%),保护功能齐全(20多种),并具有独特的失速防止自动节能、矢量控制功能等。控制核心采用日本西门子LOGO- 1台,控制系统示意图如下:
3、控制功能
3.1手动/自动模式切换
一般情况下系统采用自动控制模式,即自动变频恒压供水模式,管网压力传感器采用YZT耐震远传压力表,三个输出端子分别接变频器CC、VIB、PP端子,当采用4~20mA压力变送器时接变频器CC、VIA端口。可编程LOGO根据输入(I)信号的变化自动控制变频器及水泵电机的自动起停。
当变频器或自动环节故障不能正常运行时,可用模式转换开关切换至手动运行模式,用变频柜面板的三台水泵的起停按扭分别起、停对应的水泵。3.2自动补泵功能
传统的补泵操作采用“循环软起动”控制模式,即当1号泵变频满频时(50Hz),1号泵切换为工频运行,再由变频器起动2号泵运行。目前对这种起动方式持异议较多,但随着变频技术发展,高性能变频器都具有自动跟踪及工频变频切换功能(东芝VF-S11变频器也有),故这种“循环切换”对变频器还是安全的。由于一般生活小区水泵功率不大,补泵时采用直接工频起动方式更方便些,系统设计也简单,故对该系统采用工频直接起动的补泵方式。
补泵信号来自VF-S11变频器的FLA、FLC端子(变频器出厂设定为故障跳闸信号),该对端子功能由参数F132设置:F132=2(即频率上限UL),当输出频率等于或大于频率上限UL时“ON”。相关参数频率上限UL设置为50Hz。当单台泵变频运行至50Hz时,变频器FLA、FLC端子“ON”,可编程LOGO接收该满频补泵信号,延时(30s)进行补泵操作,工频起动另外一台备用主泵。3.3自动退泵功能
对本系统供水若高峰时两台主泵一台工频一台变频同时运行,随着供水量逐渐减小,变频泵频率逐渐降低,当频率降至退泵频率时,系统进行退泵操作。退泵信号来自VF-S11变频器的P24、OUT端子,该对端子功能由参数F131设置:F131=8(即设定频率到达信号RCHF),当变频器输出频率等于或小于用F101±F102设定的频率时,该对端子“ON”。相关参数速度到达设定频率F101设定为10~20Hz,在系统调试时确定,速度到达检测频带F102设定为2.0Hz。3.4小流量控制模式
小流量控制模式分“进入小泵”、“小泵运行”、“退出小泵”三种情况。当单台主泵变频运行时,随着用水量的逐渐减小,变频器频率逐渐降低,当频率降低至“小流量频率时”,可编程控制器检测到该信号便停止主泵(1M或2M)变频运行,切换至小泵(3M)变频恒压运行。小流量频率信号来自VF-S11变频器RY、RC“低速检测信号输出”端子,端子功能由参数F130设置:F131=5(即低速检测信号负逻辑LOWN),当变频器输出频率等于或小于F100设定的频率时,该对端子“ON”,系统便进入小流量供水模式。相关参数低速信号输出频率F100一般设定为25~35Hz,具体设定值在系统调试时确定。
当小泵变频运行时,随着用水量的逐渐增大,变频器频率逐渐升高,当频率升至50Hz时,变频器FLA、FLC端子发出满频信号,可编程LOGO接收此信号,延时(30S)便自动退出小泵变频运行模式,进入主泵变频恒压供水模式。3.5其它功能
系统还具有其它功能,如低水位保护功能,市政管网供水功能等。当贮水池水位低于下限水位时,系统自动停机,同时输出缺水报警信号,当水位恢复至一定水位时,系统自动恢复运行。本小区水源为市政自来水,系统设计为加压泵组与市政管网并网,控制系统监测市政管网水压,当管网压力满足要求时,加压系统切换至市政管网供水模式,当市政管网水压不能满足时,自动运行二次加压供水设备。4、程序设计及参数调试
变频器主要参数设定见表1,具体应根据系统的设计而定。
可编程控制器LOGO程序设计比较简单,这里不再详述,其设计流程见图1。

在调试过程中注意退泵频率、退泵延时、小流量频率、进入小泵延时。退出小泵延时等参数的设置,防止系统频繁进入补退泵和频繁进行小泵退出小泵的操作。
PID参数的设定也比较关键,比例增益F362过大,压力调节快,易引起压力振荡,设定过小,反应迟钝。积分增益F363过大,反应退钝,设定过小,压力调节快,易振荡。一般微分增益设为零。出口压力设定由面板上下键设定,该设定值与系统压力设定值(MPa)没有严格数字关系,凭经验设定,一般面板设定值可先设为10,然后根据实际所需出口压力进行调整。

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