变频器软起动器系统在供水中的应用

1 前言 在水厂供水系统中，大多数水厂采用大小泵配置，结合出口调节阀，根据用水量变化由操作工手动控制泵组的投切，调节出口阀的开起度，达到供用水相对平衡。这种调节方式存在的问题是：若供水系统中各泵组的配备不合适，势必引起出水水压大幅度波动，不仅对管网产生很大的冲击，而且造成供水能耗增加。随着变频技术的不断完善以及它在各个领域的推广应用，变频调速自动控制技术日益成熟。由变频器构成的自动闭环恒压控制系统不仅能保证供水系统管网压力的稳定，而且可以降低能耗。经过多年的应用，由变频器为调速装置组成的闭环自动恒压供水系统与传统的大小泵配置结合出口阀调节管网压力的调节方式相比，系统在稳定性、可靠性、调速精度、动态响应、节能降耗和便于管理等方面具有明显的优越性。 2 系统的构成 以某水厂的应用为例，说明系统的组成。某水厂共有4套315kW泵组，分别表示为M1，M2，M3，M4。其中M1为调速泵，采用ABB公司生产的ACS607—0320—3变频器为调速装置；M2～M4为工频恒速运行，起动装置为ABB公司生产的PSD—570软起动器以减少起动、停止时管网的冲击。压力变送器PT（输出0～20mA）安装在出水总管上，见图1。 变频器I／O连接见图2。压力的设定通过安装在控制柜面板上的电位器（1～10kΩ）将0～10V电压接入模拟输入口AIl，压力变送器反馈的0～20mA信号接人模拟输入口A12，起动停止接数字输入口DI1，3个数字输出口R01、R02、R03分别接辅机M2、M3、M4的软起动器PSD1、PSD2、PSD3起动接口。 图1 系统构成图 图2 变频器I/O连接图 3 系统控制原理 调速泵组起动后，当用水量增加管网压力小于设定压力时，由压力变送器反馈的压力信号通过变频器内置PID处理后，使变频器输出频率增大，电机转速升高，直到变频器输出频率达到最大值，若实际压力还比设定压力低时，变频器输出频率维持最高，经过设定的时间△t1，延时后，变频器输出继电器RO1闭合，M2起动。为防止管网压力过高，变频器输出频率按PID设定的积分时间减少，直到管网压力达到设定值。随着反馈压力的变化，变频器输出频率随之变化以维持管网压力稳定；当用水量进一步增加，变频器重复上述调节步骤，经过△t2、△t3延时后输出继电器RO2、RO3先后闭合，分别起动M3、M4，当用水量减少管网压力大于设定压力时，由压力变送器反馈的压力信号通过变频器内置PID处理后，使变频器输出频率减小，电机转速降低，直到变频器输出频率达到最小值，若实际压力还比设定压力高时经过设定的时间△T1延时后，变频器输出继电器RO3断开，M4停止。为防止管网压力过低，变频器输出频率按PID设定的积分时间增加，直到管网压力达到设定值。随着反馈压力的变化，变频器输出频率随之变化以维持管网压力稳定；当用水量进一步减少，变频器重复上述调节步骤，经过△T2、△T3延时后输出继电器RO2、RO1先后断开，分别停止M3、M2。 4 重要参数设置说明 在用变频器作调速装置组成的闭环恒压供水控制系统中，变频器及软起动器中的几个重要参数在调试过程中应认真调整。 1）PID的增益是PID调节器的比例部分。当供水系统压力波动较大出现超调时，减小PID的比例值；反之动态响应较慢则增加该值。 2）PID的积分部分影响的是闭环系统的动态响应。当系统实际压力偏离设定值要求系统快速响应时，减少PID的积分时间；但PID的积分时间过小，容易引起系统震荡，若积分时间过长，系统动态响应慢。 3）辅机的投入频率（又称起动频率）应比变频器的最大频率小1 Hz；辅机的切除频率（又称停止频率）应比变频器的最小频率大1 Hz。 4）软起动器起动、停止时间应与变频器PID的积分时间相近，如果软起动器的起动停止时间比PID的积分时间小，系统的稳定性较差；反之系统的动态响应不好，控制精度不高。 5 结束语 使用由变频器构成的自动闭环恒压供水控制系统，设备维护简单，压力波动小，供水管网没有爆管的危险，可省去大笔相应的管网维护维修费用，同时节能效果非常显著。全面推广变频闭环恒压供水控制系统，不仅可以节约大量的电能，缓解电力供需矛盾，而且能提高供水质量，便于水厂管理，具有明显的经济效益和社会效益。