摘  要：本文主要講述應用臺達C2000變頻器在工廠自動化控制中智能恒壓供水系統的應用，介紹恒壓供水控制系統配置和控制工藝，以及臺達C2000變頻器的應用技術。

關鍵詞：恒壓供水 變頻器 C2000

      在傳統的區域供水系統中，用戶對供水壓力的要求都是經由市政供水管網經過二次加壓或高位水塔儲水池來滿足的。

      日常供水控制通常采用水泵恒速運行加調整出口閥開度的方式調節供水的水量水壓，這種供水的方式會使大量能量消耗在出口閥門，造成能源浪費；而且儲水池也會有二次污染的問題。采用變頻器作恒壓供水恰好可以克服這些問題。

      臺達新近推出的C2000變頻器應用在新塘牛仔城一家做7.5kW水泵的恒壓供水改造的牛仔布漂染廠中，很好的滿足了該應用場合的適用特性。

恒壓供水控制原理 

      水泵變頻恒壓供水方式基于PID控制原理，維持管路供水壓力的恒定。當用戶用水量加大時，管路壓力減小，變頻器轉速要提高以增加流量補充壓力；反之，用戶用水量減小時，管路壓力增大，變頻器轉速要降低，使流量適當降低以使壓力恒定。這樣就可以使用戶得到穩定的供水壓力。

圖1 恒壓供水控制原理圖

      如圖1所示，P_A~P_B是超高壓區，即使變頻器停止運轉水泵電機也無法降低的供水壓力的區間，這種情況是自來水供水壓力嚴重偏高造成的，但發生幾率比較小，或因為用戶用水量極少甚至沒有時發生，此時就需要變頻器停止水泵電機運轉；P_B~P_C是變頻器恒壓供水壓力區。P_D~0區間是低壓區，即使變頻器控制水泵電機運轉到最大速度也無法提高供水壓力的區間，這種情況可能是市政供水系統發生問題（例如供水管道破裂等），或客戶端用水量過大造成，需要考慮更換供水設備或調整用水量。

PID回路控制原理

圖2 PID回路控制原理圖

      如圖2所示，K_P 比例增益(P 控制)，T_i 積分時間(I 控制)，T_d 微分時間(D 控制)，S 演算。

1．比例（P）控制

      比例P 控制的輸出與輸入誤差信號成比例關系，當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差。

2．積分（I）控制

      在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或稱之為有差系統。為了消除穩態誤差，在控制器中必須加入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。如此一來，即使誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例(P)+積分(I)控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。

3．微分（D）控制

      在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。具有抑制誤差的作用，使抑制誤差作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。比例(P)+微分(D)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

控制工藝要求

(1)設備要求能夠設定系統給定壓力值（5~6kg），即PID控制的目標值；

(2)壓力傳感器將實時采取數據作為PID控制的檢出值；

(3)PID 控制的目標值與壓力傳感器檢出值大小比較后產生誤差量，將PID 控制的運算結果輸出給控制供水泵電機的變頻器；

(4)控制變頻器拖動供水泵輸出不同轉速，達到調節供水恒壓的控制效果；

(5)提供比例增益P、積分時間I、微分時間D參數的微調窗口；

(6)兩臺水泵實現24h輪換使用控制；

(7)單臺泵供水壓力不夠時，實現當前供水泵工頻切換，和變頻啟動第2臺供水泵。

方案選型

1．變頻器：VFD075C43A；

2、壓力傳感器：量程0~16kg/輸出4~20mA。

電氣原理圖

    電氣原理圖見圖3。

圖3 電氣原理圖

程序編輯

圖4 部分程序

參數調整

00-04=10（多功能顯示：顯示PID 回授值%（b））

00-20=0（面板設定目標值）

00-21=1（外部控制啟停）

02-01=51（MI1功能=PLC 模式切換的選擇bit 0）

03-01=5（ACI為PID回授）

08-00=1（PID負回授）

00-25=32H，（顯示單位：kg；2位小數）

00-26=16.00；（最大量程16.00kg）

應用效果

      C2000的功能還比較強，調整參數后，基本能夠穩定控制供水壓力5±0.1kg以內，滿足客戶要求。

      通過這個項目測試了C2000在這恒壓供水的行業應用可行性，以及可靠性，至目前為止客戶反映使用正常。若增加F系列的變頻器專門的水泵控制參數，估計會更好應用，直接定義參數就可以實現多泵切換，和定時切換。

作者簡介：

      林星華，出生于1974年2月，畢業于廣東工業大學機電一體化專業，具有十多年的自動化領域技術和服務經驗，目前就職于中達電通華南大區，負責臺達PLC、HMI、AMD、AIC、ASD等機電產品的技術支持。