變送器在變頻恒壓控制系統(tǒng)的作用控制優(yōu)勢

上海自動化儀表有限公司恒壓供水系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于自來水廠、生活小區(qū)及消防供水，部分工業(yè)企業(yè)、生活、生產(chǎn)供水及企業(yè)自用水系統(tǒng)，污水處理、水景噴泉、排灌系統(tǒng)等；而恒壓注水主要應(yīng)用于油田、地?zé)嵩蠢脧U水回灌等行業(yè)。不論是供水控制系統(tǒng)還是注水控制系統(tǒng)，壓力穩(wěn)定是系統(tǒng)非常主要控制對象；恒壓供水控制及恒壓注水系統(tǒng)是在變頻調(diào)速技術(shù)成熟后快速發(fā)展起來。

變頻器的主要功能是調(diào)頻控制、調(diào)速控制、轉(zhuǎn)向控制、啟停控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓控制系統(tǒng)中，變頻器是主要的控制運行電氣設(shè)備，為了保證管網(wǎng)壓力恒定，還需要安裝壓力控制器和壓力傳感器，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點，同時節(jié)能效果顯著，國內(nèi)外許多生產(chǎn)廠家開發(fā)出帶恒壓控制功能的變頻器，方便用戶選擇。

1 恒壓控制系統(tǒng)原理

在設(shè)備運行中，由于負荷的變化，使管網(wǎng)壓力發(fā)生變化，通過壓力傳感器將壓力信號傳給運行控制器，經(jīng)控制器與設(shè)定壓力進行比較運算后生成非常佳控制信號，控制泵運轉(zhuǎn)，調(diào)整管網(wǎng)流量使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值，滿足系統(tǒng)要求。

來此管網(wǎng)壓力信號，經(jīng)控制器判斷分析：若系統(tǒng)負荷不變，控制主泵系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)；若系統(tǒng)負荷很小，控制主泵系統(tǒng)處于低頻率運行；若系統(tǒng)負荷很大，控制主泵系統(tǒng)處于高頻率運行；使系統(tǒng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值，滿足控制系統(tǒng)要求。恒壓控制系統(tǒng)能夠保持管網(wǎng)壓力的恒定，可使管網(wǎng)和負荷之間保持平衡，即負荷大時管網(wǎng)流量大壓力大，負荷小時管網(wǎng)流量小壓力小，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定和服務(wù)質(zhì)量。

2 恒壓控制系統(tǒng)控制方法

恒壓控制系統(tǒng)從非常開始的人工參與操作到目前全自動無人值守控制，發(fā)展速度很快，特別是恒壓變頻調(diào)速的應(yīng)用，使得恒壓控制系統(tǒng)變得非常方便簡單快捷，通過閉環(huán)PID調(diào)節(jié)更能夠?qū)崿F(xiàn)精細化控制；配合PLC及觸摸屏系統(tǒng)，自動化程度更高，可以實現(xiàn)無人值守控制及遠程監(jiān)控。

2.1 恒壓控制系統(tǒng)方法

（1）工頻水泵或者工頻軟啟動水泵配合管道閥門控制壓力。

管道閥門分為兩種：一種是手動閥門，另一種是電動閥門。手動閥門是通過人工操作控制閥門開度來實現(xiàn)管道系統(tǒng)壓力和流量，在控制壓力變換不大或者系統(tǒng)負荷比較穩(wěn)定時采用；電動閥門是通過電動調(diào)節(jié)執(zhí)行器控制閥門開度，實現(xiàn)管道系統(tǒng)壓力和流量控制，自動化程度高，控制精度好，在暖通系統(tǒng)及換熱系統(tǒng)中應(yīng)用得比較多。

（2）變頻恒壓控制系統(tǒng)。

變頻器工作原理：變頻器將輸入的50Hz交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源DC，然后經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為可變電壓及可變頻率輸出。變頻器能夠按照恒壓系統(tǒng)需要將0~50Hz的頻率信號提供給泵電機，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。變頻器功能強大，參數(shù)功能豐富，有預(yù)編制好的功能宏應(yīng)用，使用時只需要設(shè)置少量幾個參數(shù)即可完成，其他參數(shù)默認應(yīng)用宏的缺省值而不需要調(diào)整。

如果系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏，進行閉環(huán)控制，則變頻器根據(jù)對應(yīng)的壓力設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋信號進行比較運算，利用PID控制宏自動調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來調(diào)節(jié)所控制的泵電機轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。

變頻器是實現(xiàn)電機控制的常用的工業(yè)設(shè)備，主要是通過改變電機的電源輸出的大小和頻率。利用變頻器，可以實現(xiàn)被控制的交流電機變頻調(diào)速、功率因素、過電流過電壓保護、過載保護等，從而更好地控制整個電機的運作和運行，提高電能的利用率和整個系統(tǒng)的工作效率。

2.2 變頻器用于控制電動機速度的方法

2.2.1 V/F控制

在電動機中，電動機定子中感應(yīng)的電壓與頻率和氣隙磁通量成正比。如果我們降低頻率保持電壓恒定，則氣隙通量會增加。因此要改變速度，我們必須保持V/F比不變。V/F控制技術(shù)具有低啟動電流和寬范圍速度等優(yōu)點。

2.2.2 開環(huán)V/F控制

為了實現(xiàn)動態(tài)速度響應(yīng)，開環(huán)V/F控制在工業(yè)中得到應(yīng)用。在該方法中，定子電壓和頻率同時變化。氣隙通量保持不變，V/F比保持不變。

2.2.3 閉環(huán)V/F控制

在閉環(huán)V/F控制中，應(yīng)用轉(zhuǎn)速傳感器，測量反饋電動機實際轉(zhuǎn)速，經(jīng)過與設(shè)定轉(zhuǎn)速比較，從而控制電壓與頻率比值得變化，保持V/F比恒定。

2.2.4 PID控制器能夠方便快捷地實現(xiàn)閉環(huán)功能

PI D 控制原 理：PI D ( pr op or t ion integ r at iondifferentiation)其實就是指比例、積分、微分控制。

要維持輸出控制信號穩(wěn)定，必須使實際的運行信號與預(yù)期的設(shè)定值進行比較判斷，形成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)控制。管路上安裝的壓力變送器，采樣管網(wǎng)系統(tǒng)壓力瞬時變化，作為反饋信號，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。如果恒壓控制是非線性、大慣性的系統(tǒng)，適宜采用模糊控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。模糊控制可以通過PLC配合智能儀表實現(xiàn)，簡單方便，經(jīng)濟實用。

3 PID智能儀表配合變頻恒壓控制系統(tǒng)

管路壓力變送器連接PID智能儀表，反饋的實時壓力值傳送給PID智能儀表，與PID智能儀表設(shè)定值進行PID運算后輸出運行控制信號，控制變頻器恒壓運行。

4 觸摸屏和PLC配合變頻恒壓控制系統(tǒng)

（1）基本工作原理。

系統(tǒng)以PLC為控制核心，通過觸摸屏或者上位機界面設(shè)定所需壓力，當(dāng)壓力設(shè)定好后，根據(jù)變頻恒壓原理，利用安裝在管網(wǎng)輸出口的壓力變送器，對管網(wǎng)實時壓力進行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號送入PLC，與設(shè)定壓力進行比較和運算，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號，送給變頻器，變頻器據(jù)此調(diào)節(jié)泵電機的電源頻率，進而調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)中的壓力保持在設(shè)定壓力，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)組成及功能。

恒壓控制系統(tǒng)由泵及泵電機、PLC、變頻器、壓力傳感器、斷路器、接觸器、中間繼電器等組成；通過操作面板上的指示燈、觸摸屏監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)，通過按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、控制器、智能儀表、PLC、變頻器等控制系統(tǒng)運行；安裝在輸出管網(wǎng)上的壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)化為4~20mA或者0~10V的標(biāo)準信號送入PLC，經(jīng)PID運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制泵電機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管網(wǎng)系統(tǒng)流量，使系統(tǒng)管網(wǎng)壓力保持在給定壓力。當(dāng)負荷變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化。這樣就構(gòu)成了以管網(wǎng)輸出壓力設(shè)定值為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（3）PLC與上位機的通信連接及程序設(shè)計。

工控機是上位機，PLC是下位機；上位機實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，并把各傳感器反饋的信號實時采集到工控機處理并顯示，同時可對下位機的設(shè)定壓力值進行調(diào)整；下位機對管網(wǎng)壓力控制，同時可接受上位機來的設(shè)定值，及時調(diào)整管路壓力。

（4）上位機界面應(yīng)用廠家組態(tài)軟件進行開發(fā)，觸摸屏界面應(yīng)用廠家軟件進行組態(tài)。

5 變頻恒壓控制系統(tǒng)優(yōu)勢

近年來，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，變頻恒壓控制系統(tǒng)顯著的節(jié)能效果和可靠穩(wěn)定的控制方式，在供水和注水系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。變頻恒壓控制系統(tǒng)對泵電機級調(diào)速，依據(jù)壓力變化經(jīng)過控制器或者上位機的運算分析判斷給出控制信號，控制泵電機轉(zhuǎn)速，保持系統(tǒng)壓力恒定，安全可靠，節(jié)能高效。與傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓罐等供水方式比較，不論是投資、運行的經(jīng)濟性、還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有一定的優(yōu)勢。變頻恒壓控制系統(tǒng)同其他控制方式相比較，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以下顯而易見的優(yōu)勢。

（1）恒壓控制技術(shù)因采用變頻器改變電動機電源頻率，達到調(diào)節(jié)泵電機轉(zhuǎn)速改變泵出口壓力，比單靠調(diào)節(jié)閥門的控制泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力、減少截流損失的效能。

（2）由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。

（3）泵電動機采用軟啟動方式，按設(shè)定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，大大減輕了對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振，徹底消除水錘現(xiàn)象。

（4）上海自動化儀表有限公司實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。

（5）恒壓自動控制系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，上海自動化儀表有限公司容易實現(xiàn)無人值守工作站。