E350系列在恒压供水上的应用

1. 引言
对于大部分生活供水系统来说，日常供水随着各个时段和各个季节的变化而有很大的起伏，一般在晚上黄金时段的用水需求量比较大，深夜由于客户需求量大幅度减少，管网压力急剧升高。对于传统的水塔等方式供水，其维护困难。尤其是面对消费供水等突发事件时，其反应速度较慢，早已不能满足恒压供水的需求。使用变频器对供水系统进行闭环控制，达到管网压力基本稳定，同时，通过变频器内部的智能控制功能，轮循供水电机运作，达到设备的合理利用以及维护方便功能，同时当管网压力不正常，或者其他故障产生时，通过变频器的远程报警功能及时通知维护人员，避免故障进一步扩大。
2. 系统基本组成
(1) 系统主控环节
系统整体的控制信号，包括压力设定信号，工频和变频故障信号处理，水位故障检测处理均由主控 PLC 或主控人机设定， 对于整个系统的运行信号进行综合，尤其是当出现故障状态的系统处理操作，是整个系统的核心控制部分。
(2) 变频器内部控制环节
变频器内部控制，主要是指变频器内部 PID 功能模块，内部 PID 功能使现场工程师设置和调试方便，相对于原来的硬件 PID 板控制，省去了硬件维护需要，节省了成本。主控环节的压力设定信号与系统压力信号反馈形成闭环以维持管网恒定压力。 PID 的特性可由参数选择。
(3) 供水附件
供水附件为变频器控制外部电机的中间控制机构，四方变频器供水附件为一个独立的控制系统，只需要一根外接的电话线，就可与主控板连接，方便的远程控制，利用 485 通讯底层接口，无需外接电源，就可控制多达 5 个以上的继电器，从而用来控制外接接触器。接口简单，使用方便。
(4) 电机控制环节
当管网压力的变化要求增加或减少工作水泵时，通过供水附件基板的中间继电器，控制各个电机交流接触器。基板输出端口的状态决定外部各个水泵的运行状态。
(5) 执行环节 执行环节为各水泵。

(6) 信号反馈环节
管网压力的信号反馈，用于与设定环节形成 PID 控制闭环，对于大部分供水系统，由于压力控制为一个大惯性环节，且其要求不太高，所以不必要使用微分环节。
下面对山东省济南市某小区恒压供水系统，使用四方 C320 系列变频器系统改造进行分析，其框图如下 :

恒压供水控制系统框图

3 ．工作过程描述
当变频器被投入自动运行时， 1# 泵电机接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出水管网的压力信号与 PLC 管网压力设定信号负反馈闭环，当电机频率上升到最高频率，而管网压力达不到设定要求时，变频器立即控制工频接通 1# 泵，使 1# 泵全速投入运行，同时变频器经过时间延迟，对 2# 泵进行变频控制。当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制当前变频电机维持在一定的频率，压力的稳定和超调量可以通过 PI 参数的调整。当水需求量减少，管网压力逐渐升高，内部 PI 控制器输出频率降低，当变频器输出频率低至 0HZ ，而管网在一设定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频控制泵，转而控制下一个原工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统可靠性。
4 ．四方通用变频器的使用
对于当前的恒压供水系统，配置了四方供水附件，其他需要设置的参数功能组包括： 1. 基本运行参数； 2. 模拟输入输出参数； 3.PID 控制参数组。供水系统与变频器相关接线如下图：

• 基本运行参数主要参数设定：
F0.0=0 选择 V/F 控制方式
F0.15=1 选择泵类负载
F0.4=0001 PLC 输出端子控制起停
• PID 控制主要参数设定：
F8.0=0121 选择比例积分，单极性 PI 功能有效。
F8.1=0204 选择设定信号输入 VC2 ，反馈信号 CC ，
F8.3=0 ， F8.4=10 选择最小给定量 0V ，最大给定量 10V 。
F8.5=2 ， F8.6=10 选择反馈对应量。
F8.7=2 ， F8.8=10 设定 PI 控制器参数。
• 拟输入输出参数组：
F2.2=0 ， F2.3=10 设定通道 VC2 信号特性， 范围 0~10V 。
F2.4=4 ， F2.5=20 设定反馈通道 CC 信号特性，范围 4 － 20mA 。
5 ．改造中注意事项
• 正确设置设定和反馈对应曲线。
• 变频泵至工频控制时可直接切换，以免管网压力形成波动，工频泵至变频控制的切时间必须适当设置，延时太短，水泵对变频器形成冲击电压和冲击电流，容易使变频器出现故障，延时过长使管网压力不稳定，从而易出现频繁切换动作。
• 当供水基板与主控制基板距离较远时（ 20m 以上），需提供附加电源以确保信号正确传输。
• 当供水系统不需要处理消防等紧急状态下的供水问题时，可简化 PLC 控制功能。甚至只通过单变频器实现简易恒压供水。
• 适当使用四方变频器独特的负载检测和切断自停机功能，方便远程水泵的控制。