盈进自动化杯擂台第6期—软启+变频实现恒压供水？ 点击：4805 | 回复：40
讨论主题：1软起+1变频带4-6个大电机（＞＝315KW）作恒压供水。变频器有PID计算功能，有足够的RO无源节点输出。 要求实现按变频器内的PID计算，输出继电器作为泵选择信号，每台电机要实现软起动，软停止。各泵可以定时切换，平均损耗。不能使用PLC，请画出电路图。
要求：最好结合自己实际工作。
参与方式：采取跟帖的方式参与。
评奖规则：由活动组织者评奖，并进行公开公布告示，优胜奖重点考虑在讨论中结合易驱变频器、东元变频器、安川变频器、永宏PLC的使用进行阐述的活动参与者。
活动结贴：每个月末出新一期擂台，每月初负责结贴。
奖项设置：每期设优胜奖一名，奖励300元人民币，鼓励奖四名，奖励50元人民币，每12期获得本活动奖励总额第一名（出现相同情况则看谁首先获得该年度活动优胜奖）者获选年度技术专家，获得1000元人民币奖励。
活动发奖：每月头5个工作日发放上月活动奖励，获奖选手需提供农业银行转帐卡号以便发奖。
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西门子MM430变频器在恒压供水系统中的应用
变频恒压供水主要有分为：恒压变流量和变压变流量两大类，下面采用恒压变流量的供水方式。
系统组成及工作原理
系统为宾馆的供水系统，分为冷水、热水两大供水系统，系统单线如图1
Q1控制的变频器为冷水供水系统，Q2控制的变频器为热水供水系统，系统为1拖1的恒压供水，两台电机为互备，可选择使用1#泵或2#泵运行，KM3、 KM8为手动工频运行选择，作为变频的维修系统备用，KM2 ，KM3、 KM7，KM8为机械互锁的接触器，保证选择变频运行和工频运行的正确切换。
变频恒压供水的基本原理:以压力传感器和变频器组成闭环系统，根据系统管网的压力来调节电机的转速，实现高峰用户的水压恒定，和低峰时的变频的休眠功能，得到恒压供水和节能的目的。
本系统的硬件组成如下：
热水系统：
电机参数： Pe=15kw Ue=380v Ie=26.8A Ne=1490rpm
变频器型号： 6SE64430-2AD31-8DA0 Pe=18.5kw Ie=38A
压力传感器： GYG2000 反馈信号4-20mA 供电+24V 量程0-0.5Mpa
冷水系统：
电机参数： Pe=22kw Ue=380v Ie=39.4A Ne=2940rpm
变频器型号： 6SE64430-2AD33-7EA0 Pe=30.5kw Ie=62A
压力传感器： GYG2000 反馈信号4-20mA 供电+24V 量程0-0.5MPa
PID闭环控制功能的实现及调试方法
西门子MICROMASTER430变频器的内置PID功能，利用装在水泵附近的主出水管上的压力传感器，感受到的压力转化为4-20mA电信号作为反馈信号。根据宾馆的层高设定压力值作为给定值，变频器内置调节器作为压力调节器，调节器将来自压力传感器的压力反馈信号与出口压力给定值比较运算，其结果作为频率指令输送给变频器，调节水泵的转速使出口压保持一定。即当用水量增加，水压降低时，调节器使变频器输出频率增加，电机拖动水泵加速，水压增大；反之，当用水量减少，水压上升，调节器使变频器输出频率减少，电机拖动水泵减速，水压减小。
由于压力传感器是两线传感器在接线必须采用正确的接线方式，将变频器的+24V控制电源连接到传感器的+端， 传感器的-连接到PID的+输入，同时还必须将PID的-端连接到变频器控制电源的0V端。具体接线图如图2
图2中把传感器送回的电流信号送入到变频器的模拟量输入2作为反馈值，根据宾馆的层高设定的压力值为0.35MPa,对应输出频率为35Hz，对应反馈电流15.2mA.PID闭环控制功能的具体参数设置如图3
参数的设定方法：PID主设定值P2253可选择的源有以下几种，模拟输入、固定PID设定值、已激活的PID设定值，在本系统中采用固定给定值。PID反馈值P2264可选择的源为模拟输入1或模拟输入2在系统中采用模拟输入2，
系统的PID参数设定如下：
P0701=99 P2200=722.0 P2016=1 P2201=70% P2253=2224 设定主给定值固定值为35Hz。
P2264=755.1设定反馈值为模拟量输入2。
上述参数设定好以后，设定P2200=1，使能PID功能，设定P2250=1进行PID自整定，整定完成后，采用了整定后的积分和比例参数基本满足了系统的工艺要求。
PID调试的注意：使能PID功能后系统的加减速时间为P2257、P2258的设定值，而不是原来的P1120、P1121。使能PID功能后 PID的限幅值的上升、下降时间P22936必须根据系统要求进行设定,否则变频器将报故障F0002。为提高系统的抗干扰能力,要求根据现场的实际情况,对反馈值进行滤波环节处理，在本系统中因为主给定设定值采用固定给定，所以对主给定设定值不必进行滤波环节处理。
MM430能够实现压力,流量等的PID闭环.
PID闭环的三个要素: 1.给定 2.反馈 3.PID控制器
正确设置与这三个要素的相关参数就可实现PID闭环.
相关参数如下:
1. P2200 PID 控制器使能
2. P2253 PID 给定值
3. P2264 PID 反馈值
4. P2280 PID 比例增益系数
5. P2285 PID 积分时间
PID 比例增益系数和PID 积分时间应根据实际应用进行调整,不同的应
用,P2800 .P2285 所设置的数值都不一样.
实际应用中PID 给定值和PID 反馈值可由多种通道输入,以下例子给予说明.
例子1: 模拟输入1 为PID 给定
模拟输入2 为PID 反馈
调试步骤如下:
1. 参照手册3-12,3-13 页进行快速调试:
2. P2200 = 1 PID 调节器使能
3. P2253 = 755:0 模拟输入1 为PID 给定
4. P2264 = 755:1 模拟输入2 为PID 反馈
5. P2280 = 8 PID 比例增益系数(仅供参考)
P2285 = 80 PID 积分时间(仅供参考)
FR-500日本三菱变频器在恒压供水系统中的应用
1、系统组成及工作原理
一般供水系统三台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵为一台小泵两台大泵组成，小泵为15KW大泵为30KW，三台泵的协调工作以满足供水需要。系统组成如图1所示
该系统由一台PLC两个变频器。两个变频器。两个压力传感器，控制柜及相关设备组成。利用一台变频器可以控制两台30KW水泵的运转，改造后，1#泵15KW始终处于工频运转，两台30KW水泵由变频器的控制实现变工况运转。
1#泵工频运转一般不能满足白天的最小用水量，因此白天供水时首先投入1#泵和2#泵，2#泵工作在变频启动状态，随着压力会自动调节频率的高低以保持压力的恒定，在用水量不大时，2#泵和1号泵同时工作可以满足要求，如果用水量增大，2#泵会自动切换到工频状态，并给PLC发出信号，继而变频启动3#泵30KW，此时1#，2#泵工作在工频状态，3#泵工作在变频状态。由于3#泵的自动调节功能，从而保证系统的恒压。一般而言，三台泵同时投入是绝对能满足要求的。控制系统硬件组成图如图2所示：
注：MC1、MC2互锁，MC3、MC4互锁，MC6用于切断2#运行，MC7用于切断3#运行
如果3#泵工频运转压力不能满足要求的话，则该变频器会自动切除，退出工作，使3#泵处于工频。该系统组成简单，系统成本低，可靠性高。
2、系统功能
该系统选用FR-500日本三菱变频器。
该系统中具有功能：
1、自动切换变频/工频运行功能
变频器提供三种不同的工作方式供用户选择：
方式0：基本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率：控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。由此控制增减工频运行泵的台数。
方式1：交替方式，变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1→泵2，当变频器输出停止时，下一次启动顺序变为泵2→泵1。
方式2：直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停止条件成立时，先停止最先启动的泵。
2、PID的调节功能
由压力传感器反馈的水压信号(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。
3、“休眠”功能
系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于其下限时，变频器停止工作，2#、3#泵不工作，水泵停止(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停止1泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2#泵或3#泵，当频率到达一定值后将启动1#泵调节2#或3#泵的转速。
• “休眠值”变频器输出的下限频率PR507设置。
• “休眠确认时间”用参数PR506设置，当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时，即td＜tn时变频器继续工作，当td＞tn时变频器将进入休眠状态。
• “唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。
经测试“休眠值”为10HZ；“休眠确认时间”td:20s；“唤醒值”70%
4、通讯功能
该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS232或485接口PLC可选用西门子的S7-200计算机可以与一套或多套系统进行通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。
此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。
四、系统的节能分析
节能的功率可用下式表示：
Δp=p(0.4+0.6x-x3)
其中x=Q/Q0＝N/N0；Q为实时水量；Q0为满负荷的水量；P为满负荷的功率；N0为额定功率；N为实时功率。这里通过运行观察，统计出三台泵一天之内的运行时间为：1#泵24小时；2#泵大致运行19小时；3#泵仅运行13小时。
如果按360天计算利用阀门来调节功率为：(30×2＋15）×24×360＝648000Kwh
利用停止泵运转方式为：［（15×24）＋（30×10）＋（30×13）］×360＝475200Kw
利用变频工作时：3#泵始终处在状态为13小时；2#泵变频工作为7小时(3#泵不工作，2#泵工作时间)
如果水量调到80%时计算两个泵节电量为：P×h＝30×（0.4+0.6×0.8-0.83）×（13＋7）×360＝79488Kwh
这样与第二项计算与变频节能计算时比用阀的调节节能为：648000-475200+79488＝252288Kwh；按每度电0.4元计算，每年可节省电费：252288×0.4＝100915.2元。可见每年可节省电费约10万元左右。
由此可见，变频恒压给水设备，既可以很好的满足用水要求，又可以节约能源，同时还可以降低设备的运行故障，是今后推广和大力提倡的方向。
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