變頻器內(nèi)置PID功能在造紙廠消防系統(tǒng)中的應(yīng)用

屈細(xì)紅

摘要：造紙廠是一級防火單位，在目前的造紙消防系統(tǒng)中，很多利用變頻器調(diào)速以使供水設(shè)備恒壓。本文介紹了帶有內(nèi)置PID功能的變頻器。根據(jù)造紙廠消防系統(tǒng)中水管壓力變化，利用變頻器內(nèi)置PID功能，自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率而使水泵中的電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，通過調(diào)節(jié)水泵的供水能力，保持管網(wǎng)水壓力恒定，確保消防系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定可靠。此變頻器適用于造紙等一級消防單位消防系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：變頻器； PID；壓力；恒壓供水

中圖分類號：TP2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：1011980/jissn0254508X201802009

隨著國家對于消防安全要求的提高以及工廠規(guī)模的不斷增大，消防泵的作用越來越大。在試驗(yàn)消防水泵、火災(zāi)初期噴水量不大的情況下，水泵全速運(yùn)行容易造成超壓事故甚至爆管，因此利用變頻器的PID功能調(diào)控消防系統(tǒng)壓力，可增加消防系統(tǒng)的安全性?，F(xiàn)在造紙單位消防系統(tǒng)中，很多利用變頻器調(diào)速以使供水設(shè)備恒壓，采用了帶有模擬量輸入輸出的可編程控制器，這樣可在一定程度上提升消防系統(tǒng)的安全性。然而這會使設(shè)備成本升高，增加調(diào)試?yán)щy。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，帶有內(nèi)置PID功能的變頻器可以替代原有的可編程控制器，不僅可以降低供水設(shè)備成本、提高生產(chǎn)效率且運(yùn)行安全可靠。本文對該變頻器進(jìn)行介紹。

1消防系統(tǒng)配置

造紙單位是一級防火單位，消防安全至關(guān)重要。某造紙單位消防系統(tǒng)配置了2臺功率為160 kW消防水泵及2臺75 kW穩(wěn)壓水泵，均采用VACON變頻器控制消防系統(tǒng)，現(xiàn)場設(shè)置情況如圖1所示。

在試驗(yàn)消防水泵或火災(zāi)初期噴水量不大的情況下，水泵全速運(yùn)行容易造成超壓事故甚至爆管。因此宜啟用2臺160 kW消防泵，利用變頻器內(nèi)部PID功能調(diào)節(jié)管道壓力，現(xiàn)場設(shè)有操作按鈕箱，電氣控制柜上有手動和自動兩種控制模式，手動有本柜手動和現(xiàn)場控制箱上手動控制兩種模式。無論手動還是自動模式都可以啟動或停止水泵運(yùn)行。水泵運(yùn)行速度通過管道上壓力傳感器輸出的電信號值與變頻器內(nèi)部的PID值來調(diào)節(jié)，消防系統(tǒng)除了在控制柜和現(xiàn)場按鈕箱上能控制消防水泵的啟停外，還能在值班室控制消防水泵啟停，如遇上火災(zāi)等緊急情況時，拍下標(biāo)有火警消防按鈕（XF），則變頻器立即轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl全速運(yùn)行（50 Hz），并以最高的運(yùn)轉(zhuǎn)速率確保最大水泵供水能力。

在正常情況下，特別是消防水管獨(dú)立設(shè)置時，消防用水量極少，為了防止在低頻下2臺160 kW消防水泵頻繁啟停，本設(shè)計(jì)采用2臺75 kW穩(wěn)壓水泵來控制消防水泵的啟停。穩(wěn)壓水泵也有自動和手動兩種控制模式，手動模式即根據(jù)需要人為需求啟停水泵，在正常情況下2臺恒壓水泵均設(shè)置為自動模式，即根據(jù)水管壓力自動啟動穩(wěn)壓水泵。現(xiàn)場安裝有接點(diǎn)式壓力表，壓力表可根據(jù)需要設(shè)置兩個不同的壓力值，即穩(wěn)壓壓力值和超高壓力保護(hù)值。某單位設(shè)定穩(wěn)壓壓力值為07 MPa（綠色表針）及超高壓壓力保護(hù)值09 MPa（紅色表針），即當(dāng)水管實(shí)際總壓力低于07 MPa時，自動啟動穩(wěn)壓水泵（自動啟動一臺或二臺）來補(bǔ)充水管壓力，當(dāng)水管總壓力高于07 MPa時，穩(wěn)壓泵會自動停止運(yùn)行。當(dāng)接點(diǎn)式壓力表綠色表針設(shè)置失效時，超高壓壓力會進(jìn)行工作，當(dāng)實(shí)際壓力高于09 MPa時，穩(wěn)壓水泵自動停止運(yùn)行，超高壓力開始起到保護(hù)作用，變頻器參數(shù)設(shè)置如表1所示。根據(jù)表1可知：160 kW大泵設(shè)定壓力為065 MPa，即管道壓力低于065 MPa時，2臺160 kW消防水泵才啟動，這樣有效避免了在正常情況下用水量少時，2臺160 kW消防水泵長期低頻運(yùn)行的不利情況。

2消防系統(tǒng)電氣控制原理及參數(shù)設(shè)置

21消防系統(tǒng)電氣控制原理

圖2為某造紙單位消防系統(tǒng)160 kW水泵電氣控制原理圖，當(dāng)圖2電路中斷路器QF1合上后，如在本地手動模式下，合上SB2按鈕或者在現(xiàn)場操作箱上合上SB4按鈕，或者換至自動模式，KA1接觸器均得電吸合，電機(jī)將啟動運(yùn)行，此時電磁閥DCF1因未得電處在常開狀態(tài)，電磁閥DCF2也因未得電，處在常閉狀態(tài)，壓力傳感器能檢測到管網(wǎng)的供水實(shí)際壓力，檢測到的壓力作為控制流量變化的參考變量，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號送至變頻器。當(dāng)用水量減少，

供水能力大于用水需求時，水壓上升，經(jīng)壓力傳感器反饋的電信號變大，變頻器內(nèi)部設(shè)定的目標(biāo)值與反饋值的偏差值變小，該比較信號經(jīng)變頻器內(nèi)部PID處理后的頻率給定信號變小，變頻器輸出頻率下降，消防水泵轉(zhuǎn)速下降，供水能力下降，直到壓力值等于目標(biāo)值，供水能力與用水需求之間達(dá)到平衡時，即實(shí)現(xiàn)恒壓供水。反之當(dāng)用水量增加，供水能力小于用水需求時，水壓下降，經(jīng)壓力傳感器反饋的電信號變小，變頻器內(nèi)部設(shè)定的目標(biāo)值與反饋值的偏差值變大，該比較信號經(jīng)變頻器內(nèi)部PID處理后的頻率給定

值信號變大，變頻器輸出頻率增加，消防水泵轉(zhuǎn)速加大，供水能力提升，直到壓力值等于目標(biāo)值，供水能力與用水需求之間達(dá)到平衡時，即又實(shí)現(xiàn)恒壓供水。

當(dāng)發(fā)生緊急情況時，按下值班室XF按鈕，繼電器KA4得電，常開電磁閥DCF1得電關(guān)閉，常閉電磁閥DCF2得電打開，這樣傳感器檢測到的壓力始終趨近于0，經(jīng)壓力傳感器反饋的電信號變小，趨近于最低值，變頻器內(nèi)部設(shè)定的目標(biāo)值與反饋值一直處于最大偏差，該比較信號經(jīng)變頻器內(nèi)部PID處理后的頻率給定值信號一直處于最大值，變頻器以最大頻率（50 Hz）輸出，消防水泵以工頻速率運(yùn)行。如按下XF按鈕，則恢復(fù)之前的運(yùn)行模式。消防水泵管道實(shí)際壓力顯示在AT儀表盤上。2臺75 kW穩(wěn)壓水泵的電氣控制，利用壓力繼電器信號作為變頻器的啟?？刂菩盘?，因電機(jī)功率小，速度可選用固定頻率設(shè)置即可。

22變頻器電路原理圖及參數(shù)設(shè)置

VACON變頻器內(nèi)置PID功能電路原理圖如圖3所示。

圖3中VACON變頻器端子+24V和DIN1接KA1繼電器的一對常開觸點(diǎn)，常開觸點(diǎn)閉合可以啟動變頻器運(yùn)行，常開觸點(diǎn)打開可以停止變頻器運(yùn)行，R01是變頻器運(yùn)行反饋信號，R02是變頻器故障信號，AI2+和+24V 接來自管道上壓力傳感器線。

VACON變頻器在菜單M6下的S62中選擇PID應(yīng)用宏。變頻器參數(shù)設(shè)置見表1。

系統(tǒng)中，采用0～1 MPa的壓力傳感器，管道壓力要求穩(wěn)定在065 MPa，則065 MPa 對應(yīng)的百分?jǐn)?shù)為65%，故在VACON變頻器M3菜單參數(shù)P34設(shè)置為65%。將VACON變頻器內(nèi)部菜單M2下參數(shù)P211，P212，P213，P214，P215，P216，P217，P218，P219，P2110，按照表1數(shù)據(jù)設(shè)置。VOCON變頻器M2菜單下參數(shù)P2111將PID控制器參考信號源設(shè)置為1=模擬電流輸入。VACON變頻器M2菜單下P226、P2223， P2224， P238， P239按照表1數(shù)據(jù)設(shè)置完成。

3結(jié)語

根據(jù)消防系統(tǒng)中水管內(nèi)壓力變化，變頻器自動調(diào)節(jié)輸出頻率而使水泵中電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，并且通過內(nèi)部PID的調(diào)節(jié)，保持管網(wǎng)水壓力恒定，不僅高效節(jié)能，且對管網(wǎng)的沖擊小，運(yùn)行平穩(wěn)。另外，造紙單位為消防重點(diǎn)單位，設(shè)計(jì)好消防系統(tǒng)的電氣控制，對造紙單位消防安全非常重要。

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（責(zé)任編輯：吳博士）