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中驱电气(深圳)有限公司
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工程案例

中驱变频器在恒压供水中的应用



摘要: 以往的变频调速恒压供水设备,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。随着电力电子技术的发展,采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备,降低了设备成本,提高了生产效率,节省了安装调试时间 。
一、引言
  自从通用变频器问世以来,变频调速技术在各
个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点,在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展,变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能,对合理设计变频调速恒压供水设备,降低成本,保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
二、PID闭环控制功能应用
  一般按照工艺对控制性能的要求,来选择比例常数KP和积分常数KI。比例控制KP加大,使系统的动作灵敏,速度加快,KP偏大,振荡次数加多,调节时间加长。当KP太大时,系统会趋于不稳定。若KP太小,又会使系统的动作缓慢;积分环节KI通常使系统的稳定性下降。KI太小系统将不稳定。Ti偏小,振荡次数较多。KI偏大,对系统性能的影响减小。当KI合适时,过渡过程比较合理。微分控制KD可以改善动态特性,当KD偏大时,超调量δ较大,调节时间较长,当KD偏小时,超调量δ也较大,调节时间也较长,只有KD合适时,可以得到比较满意的过渡过程。
    PID调节过程首先引入比例控制KP,在系统稳定的情况下,减小稳态误差,
提高精度,但是加大KP只能减小稳态误差,却不能完全消除稳态误差。然后引入积分控制KI,消除系统的稳态误差,提高控制系统的控制精度。最后引入微分控制KD,减小超调量,改善系统品质。变频器根据偏差调节PID的参数,当运行参数远离目标参数时,调节幅度加快,随着偏差的逐步接近,跟踪的幅度逐渐减小,近似相等时,系统达到一个动态平衡,维持系统的恒压稳定状态。

三、变频器PID控制原理简介
    变频器是水泵电机的控制设备,能按照水压恒定需要将0~50Hz的频率信号供给水泵电机,调整其转速。水压由安装在管网的干线上压力传感器检测,并将其转化为4~20mA的电流信号,反馈给变频器和PLC。变频器根据设定的给定值(变频器控制端口VI设定)和反馈的实际值(变频器控制端口AI反馈),即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号,利用PID控制自动调节,改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速,以保证管网压力恒定要求。

四、中驱510系列变频器优势

   510系列系列变频器采用先进磁通控制技术,电机在低速时转矩大,速度精度高,价格合理,功能齐全,具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能,确保系统实现连续运行机制,以保证电机运转在最高效率状态。

中驱变频器特点的介绍
  1.体积小,外观较美观,占用控制柜空间较小;
  2.控制方式为正弦波SPWM,控制性能较以前的VF控制方式有很大性能上的改善,特别是在恒压供水长期运行的需求;
  3.载波频率范围0~16KHz,减小电机的电磁噪音;
  4.提供标准的0~10V模拟量接口,能够与大多数文本控制系统接口兼容,通用性强;

  5.过载能力强,150%以上额定输出电流超过一分钟;
五、中驱变频调速供水设备的解决方案
  三台立式离心泵由变频器和可编程控制器为主体的控制柜控制取水灌溉,管道以环状网为主体,主干管为直径150、200和250mm的球墨铸铁管,支干管为直径90mm的塑料管。全网装有一百多个闸阀把水送到每个地块,在阀门后接上水管配备微喷灌设施就可以灌溉。
   控制要求

 
 1.维持水压恒定
   2.手动-自动供水选通运用手动,自动两种方式进行供水。
   3.三台泵自动切换运行当正在运行的水泵不能满足恒压供水要求时,自动增减运行泵。由于系统采用一台变频器控制三台水泵,而变频器每次只能
文本框: 中驱电气控制一台水泵,因此除改变水泵电机转速外,还要在运行过程中通过增加和减少在工频运行的水泵的台数来维持水压恒定。所以事先确定增减水泵台数的条件和次序非常重要。当正在控制某台水泵运行的变频器输出频率达到频率上限,而管道中压力传感器反馈的电流信号值未达到预设值时,发出加泵信号,将变频器控制下运行的水泵投入工频,并启动下一台泵供水。当管道中压力传感器反馈的电流信号值达到预设值,正在控制某台水泵运行的变频器输出频率降到频率下限时,发出减泵信号,切除在工频运行的一台泵,若只有一台泵运行,则进入休眠状态。
    4.当外界停止用水时,系统处于睡眠状态,直至有用水时自动唤醒。

    5.泵组及线路保护检测报警6.考虑到水泵电机在低速运行时危险,必须保证其频率不低于10Hz,因此频率上限设为工频50Hz,下限设为25Hz进行比较,实现泵的切换与转速的变化。

六、
系统设置及参数设置

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ZQ511系列参数与接线:


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七、结束语

     该系统采用变频器内置PID控制,系统运行平稳可靠,实现了真正意义上的无人职守的全自动循环倒泵、变频运行,保证了各台水泵运行效率的最优和设备的稳定运转启动平稳,消除了启动大电流冲击,由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵的使用寿命,可以消除启动和停机时的水锤效应。该设计系统是大型公共社区如高校、居民小区等处的性价比比较高的优选方案。

下载:变频器内置PID功能在恒压供水中的应用.pdf