变频器在水厂恒压供水控制系统的应用.docx

变频器在水厂恒压供水控制系统的应用作 者：王志伟1 引言出厂水的恒压供水是自来水生产流程中的重要一环，送水压力的稳定及精度直接影响到千家万户的正常用水。在能源日益紧张的今天，变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果，以及在国民经济领域的广泛适用性，而且变频调速在改变水泵性能和自动控制方面优势明显。下面以揭阳市第二水厂的送水泵房恒压控制系统为例作分析。2 系统分析2.1 结构描述为降低生产成本，改善工艺条件，提高生产效率及安全性，消除水锤效应的破坏性，平滑调节出厂水压力。揭阳市第二水厂送水系统采用由plc、变频器(内藏pid)、变频泵、定速泵、自动化仪表及计算机等组成了串级全自动调节控制系统。如图1所示。图1 串级全自动调节控制系统泵房主要配备:1台telemecanique公司的plc tsx8740、2台施耐德公司的gd2377变频器、2台250kw的变频泵、3台250kw的定速泵，向城市管网供水。中控室值班人员可将出厂水压力通过计算机人机界面输入到plc中，plc根据标准的出厂水压力值与实际出厂水压力值之差，经计算，改变变频器的输出频率，调节电机转速，达到调整出厂水压力的作用，进行闭环控制。并且安装了就手动与plc自动控制两种运行模式，可以将mcc柜及现场控制柜互相切换。根据市区实际用水情况，安装了pc全自动调节程序，各用水时段压力调整如附表所示:附表 各用水时段压力调整值2.2 施耐德gd2377变频器 施耐德gd2377变频器具有如下特点:(1) 降低电机启动电流和配电容量，避免增容投资。在电网电压下直接启动电动机，其容量不得大于电网容量的1520%，选用gd2377变频器后，可把变压器的容量下降至传统驱动方式时的4050%。(2) 降低启动机械应力，减少直接起动带来的机械冲击力和机械的磨损，延长电机及相关设备的寿命;(3) 软起动、软停机，具有过流保护、直流侧欠压过压保护、模块过温保护、短路保护、环境温度检测等功能;(4) 开放式操作显示键盘和屏幕，操作灵活，便于故障诊断;(5) 微处理控制系统，pid控制功能，支持多种通讯接口，性能可靠;(6) 具有自动复位、自动重新启动功能，可以在故障解除或系统恢复后重新启动系统。2.3 分析plc和内藏pid功能的变频器组成的变频恒压供水控制系统，由于采用串级控制系统，可以具备以下功能:(1) 由于副环具有快速作用，它能够有效地克服二次扰动的影响，扰动只要影响到副被控制量，调节过程立即开始，使主被控量变量的动态偏差大为降低;(2) 由于副环起了改善对象动态特性的作用，因此，可以加大主调节器的增益，提高系统的工作频率;(3) 由于副环的存在，使系统有一定的自适应能力。为了保持串级控制系统的控制性质，还应避免闭合副环进入高增益区，主回路周期t1为(13)t2的区域，即t13t2，以免产生共振现象。2.4 自动调节关系描述(1) 从计算机输入压力设定值(pset)，启动变频泵，pid调节器(plc)将根据用水量q的变化调节变频器的输出频率f，使出厂水管网压力等于设定压力(pout=pset)。(2) 当变频器频率调至最大值(fmax)，而送水压力仍小于设定值pset时，则变频器频率调至最小值(fmin)，同时启动一台定速泵。即f=fmax时，poutpset，则f=fmin, 启动一台定速泵。(3) 当变频器频率调至最小值(fmin)，而送水压力(pout)仍大于设定值(pset)时，则停止一台定速泵运行，同时将变频器频率上调。最大、最小转速的确定:tmhmeter=pt10bar 10.2 + 5lit10meterspeedmaxhz=tmh 0.714 + 23.57speedminhz=tmh 0.442 + 22.74经计算，变频器的最大频率为50hz，最小频率为40hz，即为最大转速的80100%。全电压起动与变频起动的效果对比:在拖动系统中，决定加速过程的是动态转矩tj:tj=tmtl 根据异步电动机和水泵的机械特性，可知水泵在直接起动过程中，拖动系统动态转矩tj是很大的，所以加速过程很快。而采用变频调速后，可以通过对升速时间的预置来延长起动过程，使动态转矩大为减少。在停机过程中，同样