變頻器的穩(wěn)壓供水系統(tǒng)開發(fā)

王建明

（佛山市順德區(qū)中等專業(yè)學校，廣東佛山 528300）

1 引言

利用變頻器進行恒壓供水，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟，效果良好，廣泛應(yīng)用于住宅樓、商住樓、賓館飯店、寫字樓、工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活、消防及深水井的供水系統(tǒng)中。但恒壓供水系統(tǒng)一般需用PLC，并配合變頻器進行PID的參數(shù)設(shè)置，形成閉環(huán)控制。這就使工程實施過程復雜，財力投入較大。因此，在一些小系統(tǒng)供水中，實用性差，性價比相對不高。

某職業(yè)技術(shù)院校學生分住在兩個生活樓區(qū)，并且相距超過1公里。若采用恒壓供水系統(tǒng)，不僅需要兩套，而且每套設(shè)備投入都很大。實際中，學生的用水時間又比較集中，往往導致供水水壓不足，嚴重影響高樓層宿舍的生活用水。為此采用變頻器的遙控設(shè)定功能來實現(xiàn)高樓的穩(wěn)壓供水目的，不僅節(jié)能效果良好，而且硬件設(shè)備投入少。

2 功能介紹

變頻器的遙控設(shè)定功能，實際上是變頻器通過接受外部開關(guān)的通斷信號，來不斷地調(diào)整輸出頻率，從而調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，以達到穩(wěn)定供水壓力的目的。這一功能又被稱為頻率UP／DOWN升降功能，即通過變頻器外部接線端所連開關(guān)的通斷，來控制變頻器的頻率升降，從而改變負載的輸出，非常適用于遠距離遙控和多地控制。

變頻器的遙控功能如圖1所示，當多功能端口被設(shè)定為UP／DOWN功能時，在啟動信號S1接通的前提下，若S2也接通，則頻率在給定頻率的基礎(chǔ)上以0.01Hz的單位增加（具體增加速率，與各品牌變頻器及加減速參數(shù)設(shè)定有關(guān)）。當S2斷開時，則頻率上升停止，電動機按S2斷開時的頻率運行。同理，若S3接通，則頻率下降，直到S3斷開，電動機按斷開時的頻率運行。電動機上升下降后的運行頻率不會高于上限頻率，也不會低于最初給定頻率，以保證電動機在某一頻率范圍內(nèi)升降。

圖1 變頻器遙控功能

FR-E500、A700、E700 等變頻器，通過 Pr59 和Pr79的設(shè)置來實現(xiàn)多段速或UP／DOWN功能的選擇。當 Pr79＝3、Pr59＝0時，RH、RM、RL三個端用于實現(xiàn)多段速選擇功能，當 Pr79＝2或3、Pr59≠0（為1、2、3）時，RH、RM、RL 三個端用于實現(xiàn) UP／DOWN功能。若Pr79＝2，則初始給定頻率由外部電位器給定；若Pr79＝3，則初始給定頻率由PU面板設(shè)定。Pr59取1、2、3時，實現(xiàn)效果如圖2所示。

即Pr59＝1時，具有變頻器停電記憶功能，再次啟動時以停電前速度運行（此功能需每隔1分鐘向變頻器內(nèi)的EEPRAM存放一次當前頻率數(shù)值，易損壞EEPRAM，無特殊需要，不建議使用）；若Pr59＝2，則變頻器在停電后再次啟動，將以初始給定頻率運行；若Pr59＝3，則即使變頻器不停電，每次重新得到STF或STR啟動信號后，都將以初始給定頻率運行。Pr59的這三種情況，用戶可以根據(jù)需要選擇應(yīng)用。RL信號用于清除記憶的頻率。

圖2 時序圖

由圖2可知，電動機的運行頻率在初始給定頻率和上限頻率之間。因此，利用其輸出特點，可將所控制對象的輸出控制在一定的范圍內(nèi)?？刂芔P／DOWN功能的信號是開關(guān)信號，不受線路電壓降的影響，抗干擾能力強，適于遠距離操作；系統(tǒng)調(diào)節(jié)簡便且不易損壞，可靠性好，也適用于多地操作。如車間行車、起重機械、深水泵、生產(chǎn)線的操作臺等。同時，這種控制方式還適用于對精度要求不高的恒值控制中，如本文中所述的穩(wěn)壓供水系統(tǒng)。

3 功能的具體應(yīng)用

在學生宿舍供水系統(tǒng)中，對供水壓力的要求不高，只需保證高樓層在用水高峰期時，水壓能保持在3Mpa左右即可。因此在實施中，可以在高樓層用水處安裝遠傳壓力表，并通過變送器接到壓力控制儀上。通過壓力顯示儀上的兩個上下限觸點，將它們分別調(diào)至2.8Mpa和3.2Mpa時閉合，利用變頻器的UP／DOWN功能端口RH、RM，即可實現(xiàn)穩(wěn)壓供水，這時水壓在 2.8～3.2Mpa 之間變化。壓力顯示儀面板如圖3所示。以下為本系統(tǒng)所用的器件。

（1）YTZ-150遠傳壓力表

如圖4所示電阻遠傳壓力表，特別適用于測量對鋼及銅合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力。并可把被測值以電量值傳至遠離測量點的二次儀表上，以實現(xiàn)集中檢測和遠距離控制。同時該儀表還能就地指示壓力，以便于現(xiàn)場檢查。

（2）1151壓力變送器

如圖5所示為1151壓力變送器，其設(shè)計精巧，安裝使用和調(diào)校方便簡單。

（3）XMY-10壓力數(shù)字顯示儀

如圖6所示，該壓力數(shù)字顯示儀是一種檢測、控制壓力參數(shù)的數(shù)字式二次儀表。它與相應(yīng)的壓力變送器、傳感器配套使用，可適用于生產(chǎn)過程中的氣態(tài)、液態(tài)介質(zhì)壓力的集中檢測和控制。該系列儀表能接收配套的一次儀表的輸出信號，轉(zhuǎn)換后用LED數(shù)碼管直接顯示出被測介質(zhì)的壓力值，可帶有上、下限燈光報警和發(fā)出上、下限位式信號，具有讀數(shù)直觀、抗震性能好、工作穩(wěn)定、使用壽命長、安裝維修方便等特點。

FR-E740-CH型變頻器在此不再詳述。

圖3 壓力顯示儀面板

圖4 遠傳壓力表

圖5 壓力變送器

圖6 壓力數(shù)字顯示儀

該系統(tǒng)的控制過程為：首先采用YTZ-150遠傳壓力表，測量高樓層供水位置的水壓，通過變送器轉(zhuǎn)換后，將信號傳送給XMY-10壓力數(shù)字顯示儀，并設(shè)定顯示儀的上限數(shù)值為3.2Mpa、下限數(shù)值為2.8Mpa。在與變頻器的連接上，只需分別將顯示儀接線板上的上、下限觸點接線樁，與變頻器上的RM、RH連接。系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 整體框架結(jié)構(gòu)圖

設(shè)置好初始給定頻率及上限頻率參數(shù)Pr1后，變頻器就可以上電工作。工作中，如果水壓低于或降至2.8Mpa，下限觸點接通，從而接通升速端子RH，頻率開始上升，電動機轉(zhuǎn)速也上升，壓力升高。當升高到一定水壓時，下限觸點斷開，頻率不再升高，但電動機仍然保持該轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動并輸出流量。如果此時用水達到平衡，則電動機維持該轉(zhuǎn)速不變。如果用水減少，那么水壓就會繼續(xù)上升，當上升到3.2Mpa時，上限觸點接通，從而接通降速端子RM，頻率開始下降，電動機的轉(zhuǎn)速也就開始下降，輸出流量減少，壓力下降。降到一定壓力時，上限觸點斷開，電動機又維持在某一個轉(zhuǎn)速，使用水達到平衡。在整個過程中，用水量與供水量一旦不平衡，就會接通RH或RM，從而調(diào)整變頻器的頻率輸出，改變電動機轉(zhuǎn)速，以求達到平衡。變頻器會根據(jù)用水量，不斷地進行升速和降速的調(diào)整。

4 應(yīng)用效果

該供水系統(tǒng)的設(shè)計主要針對用水高峰期，平時完全不必投入。因此，可由宿舍管理老師根據(jù)學生用水的規(guī)律，手動啟停該系統(tǒng)。當然，也可以通過計時裝置，自動控制該系統(tǒng)的運行時段，從而既保證供水水壓，又達到節(jié)能的目的。

這種供水方式有別于恒壓供水，水壓并不是恒定不變，而是穩(wěn)定在一個滿足要求的波動范圍內(nèi)。在這一控制過程中，不像PID控制，既要投入大量的硬件資金，又要進行復雜的現(xiàn)場PID參數(shù)調(diào)試及設(shè)備維護，特別適用于控制精度要求不高，控制對象單一（如本例中，為一泵一機形式）的場合。UP／DOWN功能控制系統(tǒng)與PID控制系統(tǒng)類似之處是電動機始終處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，而不象普通的開關(guān)控制，電動機或到位停止，或者全速運行，不斷地啟動和停止，既不利于水壓穩(wěn)定，也不節(jié)能。

以上是應(yīng)用變頻器技術(shù)在改造學生宿舍穩(wěn)壓供水系統(tǒng)中的具體情況。在實際應(yīng)用中，該系統(tǒng)效果良好，實用性強，達到節(jié)能目的。

［1］張燕賓，變頻器應(yīng)用教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［2］姚錫祿，變頻器技術(shù)應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［3］張選正，張金遠.變頻器應(yīng)用技術(shù)與實踐［M］.北京：中國電力出版社，2009.