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        1. 儀器儀表直供熱線 18952302362
          三暢創新研發儀表、助力工業自動化升級

          變送器在變頻恒壓控制系統的作用控制優勢

          來源: 作者: 發布日期:2020-07-02

                  恒壓供水系統廣泛應用于自來水廠、生活小區及消防供水,部分工業企業、生活、生產供水及企業自用水系統,污水處理、水景噴泉、排灌系統等;而恒壓注水主要應用于油田、地熱源利用廢水回灌等行業。不論是供水控制系統還是注水控制系統,壓力穩定是系統非常主要控制對象;恒壓供水控制及恒壓注水系統是在變頻調速技術成熟后快速發展起來。變頻器的主要功能是調頻控制、調速控制、轉向控制、啟?刂、變壓變頻比控制及各種保護功能。應用在變頻恒壓控制系統中,變頻器是主要的控制運行電氣設備,為了保證管網壓力恒定,還需要安裝壓力控制器和壓力傳感器,構成閉環控制系統。隨著變頻技術的發展和變頻恒壓控制系統的穩定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優點,同時節能效果顯著,國內外許多生產廠家開發出帶恒壓控制功能的變頻器,方便用戶選擇。

           
          1 恒壓控制系統原理
          在設備運行中,由于負荷的變化,使管網壓力發生變化,通過壓力傳感器將壓力信號傳給運行控制器,經控制器與設定壓力進行比較運算后生成非常佳控制信號,控制泵運轉,調整管網流量使管網壓力穩定在設定的壓力值,滿足系統要求。
           
          來此管網壓力信號,經控制器判斷分析:若系統負荷不變,控制主泵系統處于休眠狀態;若系統負荷很小,控制主泵系統處于低頻率運行;若系統負荷很大,控制主泵系統處于高頻率運行;使系統壓力穩定在設定值,滿足控制系統要求。
           
          恒壓控制系統能夠保持管網壓力的恒定,可使管網和負荷之間保持平衡,即負荷大時管網流量大壓力大,負荷小時管網流量小壓力小,從而提高了系統的穩定和服務質量。
           
          2 恒壓控制系統控制方法
          恒壓控制系統從非常開始的人工參與操作到目前全自動無人值守控制,發展速度很快,特別是恒壓變頻調速的應用,使得恒壓控制系統變得非常方便簡單快捷,通過閉環PID調節更能夠實現精細化控制;配合PLC及觸摸屏系統,自動化程度更高,可以實現無人值守控制及遠程監控。
           
          2.1 恒壓控制系統方法
          (1)工頻水泵或者工頻軟啟動水泵配合管道閥門控制壓力。
           
          管道閥門分為兩種:一種是手動閥門,另一種是電動閥門。手動閥門是通過人工操作控制閥門開度來實現管道系統壓力和流量,在控制壓力變換不大或者系統負荷比較穩定時采用;電動閥門是通過電動調節執行器控制閥門開度,實現管道系統壓力和流量控制,自動化程度高,控制精度好,在暖通系統及換熱系統中應用得比較多。
          (2)變頻恒壓控制系統。
          變頻器工作原理:變頻器將輸入的50Hz交流電源轉換為直流電源DC,然后經過逆變器轉換為可變電壓及可變頻率輸出。變頻器能夠按照恒壓系統需要將0~50Hz的頻率信號提供給泵電機,調整其轉速。變頻器功能強大,參數功能豐富,有預編制好的功能宏應用,使用時只需要設置少量幾個參數即可完成,其他參數默認應用宏的缺省值而不需要調整。如果系統采用PID控制的應用宏,進行閉環控制,則變頻器根據對應的壓力設定值與從壓力傳感器獲得的反饋信號進行比較運算,利用PID控制宏自動調節,改變頻率輸出值來調節所控制的泵電機轉速,以保證管網壓力恒定要求。
           
          變頻器是實現電機控制的常用的工業設備,主要是通過改變電機的電源輸出的大小和頻率。利用變頻器,可以實現被控制的交流電機變頻調速、功率因素、過電流過電壓保護、過載保護等,從而更好地控制整個電機的運作和運行,提高電能的利用率和整個系統的工作效率。
           
          2.2 變頻器用于控制電動機速度的方法
          2.2.1 V/F控制
          在電動機中,電動機定子中感應的電壓與頻率和氣隙磁通量成正比。如果我們降低頻率保持電壓恒定,則氣隙通量會增加。因此要改變速度,我們必須保持V/F比不變。V/F控制技術具有低啟動電流和寬范圍速度等優點。
           
          2.2.2 開環V/F控制
          為了實現動態速度響應,開環V/F控制在工業中得到應用。在該方法中,定子電壓和頻率同時變化。氣隙通量保持不變,V/F比保持不變。
          2.2.3 閉環V/F控制
          在閉環V/F控制中,應用轉速傳感器,測量反饋電動機實際轉速,經過與設定轉速比較,從而控制電壓與頻率比值得變化,保持V/F比恒定。
           
          2.2.4 PID控制器能夠方便快捷地實現閉環功能
          PI D 控制原 理:PI D ( pr op or t ion integ r at iondifferentiation)其實就是指比例、積分、微分控制,其控制原理圖如圖1所示。
          PID控制原理圖
          要維持輸出控制信號穩定,必須使實際的運行信號與預期的設定值進行比較判斷,形成閉環系統,才能實現PID調節控制。
           
          管路上安裝的壓力變送器,采樣管網系統壓力瞬時變化,作為反饋信號,構成閉環控制系統。如果恒壓控制是非線性、大慣性的系統,適宜采用模糊控制和PID相結合的方法,在壓力波動較大時使用模糊控制,以加快響應速度;在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態精度。模糊控制可以通過PLC配合智能儀表實現,簡單方便,經濟實用。
           
          3 PID智能儀表配合變頻恒壓控制系統
          管路壓力變送器連接PID智能儀表,反饋的實時壓力值傳送給PID智能儀表,與PID智能儀表設定值進行PID運算后輸出運行控制信號,控制變頻器恒壓運行。
           
          4 觸摸屏和PLC配合變頻恒壓控制系統
          (1)基本工作原理。
          系統以PLC為控制核心,通過觸摸屏或者上位機界面設定所需壓力,當壓力設定好后,根據變頻恒壓原理,利用安裝在管網輸出口的壓力變送器,對管網實時壓力進行數據采樣,并將壓力信號轉換為電信號送入PLC,與設定壓力進行比較和運算,并將結果轉換為頻率調節信號,送給變頻器,變頻器據此調節泵電機的電源頻率,進而調整泵的轉速,使管網中的壓力保持在設定壓力,這樣就構成了以設定壓力為基準的閉環控制系統。
          (2)系統組成及功能。
          恒壓控制系統由泵及泵電機、PLC、變頻器、壓力傳感器、斷路器、接觸器、中間繼電器等組成;通過操作面板上的指示燈、觸摸屏監視系統運行狀態,通過按鈕、轉換開關、控制器、智能儀表、PLC、變頻器等控制系統運行;安裝在輸出管網上的壓力傳感器將壓力信號轉化為4~20mA或者0~10V的標準信號送入PLC,經PID運算與給定壓力參數進行比較,得出調節參數,送給變頻器,由變頻器控制泵電機轉速,調節管網系統流量,使系統管網壓力保持在給定壓力。當負荷變化時,輸入電機的電壓和頻率也隨之變化。這樣就構成了以管網輸出壓力設定值為基準的閉環控制系統。
          (3)PLC與上位機的通信連接及程序設計。
          工控機是上位機,PLC是下位機;上位機實時監控系統運行狀態,并把各傳感器反饋的信號實時采集到工控機處理并顯示,同時可對下位機的設定壓力值進行調整;下位機對管網壓力控制,同時可接受上位機來的設定值,及時調整管路壓力。
          (4)上位機界面應用廠家組態軟件進行開發,觸摸屏界面應用廠家軟件進行組態。
           
          5 變頻恒壓控制系統優勢
          近年來,隨著變頻調速技術的日益成熟,變頻恒壓控制系統顯著的節能效果和可靠穩定的控制方式,在供水和注水系統中得到了廣泛應用。變頻恒壓控制系統對泵電機級調速,依據壓力變化經過控制器或者上位機的運算分析判斷給出控制信號,控制泵電機轉速,保持系統壓力恒定,安全可靠,節能高效。與傳統的水塔、高位水箱、氣壓罐等供水方式比較,不論是投資、運行的經濟性、還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有一定的優勢。變頻恒壓控制系統同其他控制方式相比較,除了具有顯著的節能效果外,還有以下顯而易見的優勢。
          (1)恒壓控制技術因采用變頻器改變電動機電源頻率,達到調節泵電機轉速改變泵出口壓力,比單靠調節閥門的控制泵出口壓力的方式,具有降低管道阻力、減少截流損失的效能。
          (2)由于變量泵工作在變頻工況,在其出口流量小于額定流量,泵轉速降低,減少了軸承的磨損和發熱,延長泵和電動機的機械使用壽命。
          (3)泵電動機采用軟啟動方式,按設定的加速時間加速,避免電動機啟動時的電流沖擊,大大減輕了對電網電壓造成波動的影響,同時也避免了電動機突然加速造成泵系統的喘振,徹底消除水錘現象。
          (4)實現恒壓自動控制,不需要操作人員頻繁操作,降低了人員的勞動強度,節省了人力。
          (5)恒壓自動控制系統結合現代互聯網技術,容易實現無人值守工作站。

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