變頻恒壓供水控制系統的改造設計

  某日常生活住宅小區原恒壓供水系統借助閘閥完成水流量操縱，水泵在額定值情況下運行，機械設備損壞比較大，應用成本增加。根據選用GE300和變頻器組成的控制系統更新改造，進行操作系統的硬件軟件設計方案及基本參數，能自動控制系統水泵資金投入的數量和電機額定功率，做到恒壓供水目地。運行結果顯示，該體系具備工作壓力勻速運動，機械設備耗損小，環保節能成效顯著等優勢。

  近些年，伴隨著電力電子技術的快速發展趨勢，變頻變速系統軟件的特性優點愈來愈顯著，成本費也相對應減少，傳統式的供電控制系統正逐漸被變頻系統軟件替代。

  以某高層住宅的日常生活住宅小區為例子，小區域內的需水量起伏比較大，原供電方式是把地底深水井抽出來的水傳至專業的貯水池，再根據水泵對住宅小區高樓房開展充壓供電，水泵電動機選用自耦降壓啟動，直流運行，水泵的出入口閥選用開全閥、半閉閥及開停機泵控制措施，長期性處于直流額定值情況下的水泵用電量成本增加，機械設備損壞和設備故障提升，使用壽命減少，因而，必須對供電控制系統開展更新改造。

  綜合性操縱特性和費用的考慮到，現階段微型機給排水控制板（GE300）和變頻器組成的控制系統逐漸應用推廣，該體系能提升操縱水泵的變速運行，全自動調節水泵的運行數量，完成供電工作壓力勻速運動作用。

  文中詳細介紹由GE300和變頻器組成的恒壓供水控制系統的更新改造方案設計，根據進行控制系統框架圖、機器設備的型號選擇、硬件軟件設計方案及基本參數，最后進行供電控制系統的更新改造。

  小區域內需水量的尺寸轉變經常，為了確保管道網內壓力勻速運動，將對兩部水泵開展變頻變速操縱，根據需水量的變動自動調節裝置的運行主要參數。變頻恒壓供水控制系統更新改造設計方案框架圖如下圖1所顯示，關鍵由微型機給排水控制板（GE300）、變頻器、控制箱及遠傳水表液位傳感器等組件構成恒壓供水控制系統，GE300和變頻器為恒壓供水控制系統的關鍵，操縱方法由切換開關開展轉換，挑選手動式或全自動，水泵電動機采用“先開先斷”標準開展操縱。

  若挑選在自動控制系統方法下運行時，液位傳感器即時檢驗管路的工作壓力值，通過轉換為規范4～20mA持續電流量數據信號送至GE300，并與設置的工作壓力值開展較為計算，根據誤差狀況開展控制器設計計算后，由GE300的輸入輸出模塊導出邏輯性程序控制，操縱水泵的運行數量，與此同時依據命令變頻器操縱每臺水泵開展軟起動或變頻運行。

  圖1 變頻恒壓供水控制系統計劃方案框架圖

  2.1 GE300

  GE300是控制系統的關鍵，關鍵功用是接受檢驗數據信號開展全自動計算并傳出對應的程序控制。GE300外部端口號布線如下圖2所顯示，數據導出接線端子R1～R8能導出3A/250V(AC)或5A/30V(DC)電子信號,立即推動直流運行和變頻運行的交流接觸器電磁線圈。

  根據液位傳感器即時檢驗管路的工作壓力數據信號變換為0～2.5V或4～20mA數據信號鍵入到GE300的IN與GND接線端子，與設置的工作壓力值較為；CT1～CT4 與CM2是光電耦合器高阻鍵入端，禁止連接開關電源數據信號。當變頻器發生故障時，可挑選全自動轉到直流運行，與此同時維護及警報功能完善，在變頻器常見故障、遠傳壓力表斷開、短路故障問題、欠壓保護請求超時及低水位線時，具備警報標示作用。

  圖2 GE300外部端口號布線

  2.2 變頻器

  依據負荷的特性和水泵電動機的輸出功率尺寸，挑選正弦函數系列產品G、P合一型的SINE303-011G/015P變頻器[4]，該變頻器歸屬于開環增益閉環控制型，選用TI公司新款性能高32位電機控制系統專用型數據信息CPUTMS320F2810，快速、精確進行繁雜的控制系統，精密度做到0.01Hz，工作頻率在0.5～600Hz范疇可調式，能承擔180%電動機額定值力矩的沖擊性負荷。

  當負荷產生基因突變、迅速加擋換，變頻器都不產生過電流、短路故障等常見故障。與此同時具備靈便的I/O插口和操縱方法，能與GE300、PLC、DCS、工控電腦及儀表盤等各種各樣外部設備連動實際操作，廣泛運用于離心風機、水泵、數控車床等機器設備工作。

  2.3 液位傳感器

  液位傳感器采用YTZ-150電阻器式遠傳壓力表，它主要由一個扭簧管氣壓表和一個與被測壓力成一定函數關系的滑觸電阻器式發送器等構成，安裝在水泵的排水管上，既可直接測到工作壓力值，導出相對應的電子信號，導出的電子信號傳至遠端GE300，以完成集中化檢驗和遠程操作。

  遠傳壓力表的紅、黃、藍三根變壓器接地線相匹配收到GE300的GND、IN、 V，在其中黃紅兩邊的電阻器在沒有壓力時為20Ω上下，隨壓力升高阻值擴大，較大為350Ω上下。

  3.1 硬件配置電源電路

  根據GE300變頻恒壓供水控制系統關鍵由GE300和變頻器依據管路供電狀況導出數據信號自動控制系統交流接觸器、汽車繼電器、信號指示燈等家用電器的姿勢，從而調節水泵的運行情況，并導出相對應標示或警報。變頻恒壓供水控制系統電源電路如下圖3所顯示，該控制系統配有切換開關SA，當挑選手動式情況時，根據按鍵SB1～SB4各自操縱兩部水泵直流運行及終止，這適用于按時維修或變頻器常見故障時臨時性供電應用；

  當挑選全自動情況且網絡檢測處在一切正常時，則GE300的R1端導出數據信號操縱交流接觸器KM1姿勢，與此同時變頻器軟起動1#水泵，這時安裝在管線上的感應器將評測的工作壓力值通過智能變送器傳輸至GE300，與事先在控制面板設置的工作壓力值開展較為，根據GE300內部計算和信息導出，調整變頻器導出的工作頻率，從而更改電機額定功率；

  當住宅小區需水量比較大時，變頻器導出工作頻率貼近直流而管路工作壓力仍達不上設置的工作壓力值，則GE300的R1端沒有導出數據信號，交流接觸器KM1電磁線圈關閉電源，而R2和R3端各自導出數據信號操縱交流接觸器KM2和KM3姿勢，使1#水泵由變頻轉換到直流下運行，且2#水泵電機軟啟動處在變頻運行；當住宅小區需水量大大減少時，則GE300的R2端沒有導出數據信號，使交流接觸器KM2電磁線圈關閉電源，1#水泵直流運行終止，而2#水泵再次變頻運行。

  因而，系統軟件能依據需水量尺寸全自動更改水泵運行的數量，及其水泵直流與變頻中間的配置轉換，使管路供電工作壓力持續保持為額定值。GE300操縱兩部水泵運行狀態表1。變頻恒壓供水控制系統控制面板和接線方法如下圖4所顯示。

  表1 兩部水泵運行情況

  圖3 變頻恒壓供水控制系統電源電路

  圖4-1系統軟件控制面板

  圖4-2系統軟件接線方法

  3.2 軟件開發

  根據恒壓供水實際操作特性及規定，GE300依據外界數據信號鍵入，分辨管路當今供電的情況，決策是不是要運行水泵，與此同時傳輸數據信號到變頻器，根據變頻器操縱水泵的運行情況。恒壓供水控制系統程序流程的具體步驟如下圖5所顯示，當供電控制系統挑選在全自動情況運行時，該系統軟件先向水位線、壓力和變頻器開展自動識別，分辨主要參數是不是超限額或機器設備是不是常見故障，并做出相對應警報解決。

  若該控制系統處在一切正常運行時，GE300導出數據信號使1#水泵變頻軟起動，與此同時檢驗工作頻率和工作壓力值，與休眠狀態工作頻率和設置工作壓力值較為，分辨變頻器是不是進到休眠模式。當變頻器導出限制工作頻率時，具體壓力值還不可以做到額定值，則GE300導出數據信號將1#水泵轉換為直流運行，2#水泵變頻運行。

  當變頻器導出最低值工作頻率時，具體壓力值超出額定值時，按“先開先斷”標準，GE300導出數據信號將當今1#直流運行的水泵撤出，2#水泵變頻運行。

  圖5 恒壓供水控制系統程序流程的具體步驟

  3.3 變頻器作用基本參數

  變頻器的首要作用基本參數如表2所顯示。

  表2 變頻器的首要作用基本參數

  4.1變頻環保節能

  恒壓供水系統的兩部水泵選用11kW的電動機，依據住宅小區需水量的轉變，平穩運行一段時間后檢測的數據信息如表3所顯示。

  表3 直流與變頻運行數據測試

  由變頻和直流運行數據對比得知，應用變頻器后加強了電動機的功率因素，減少了鍵入電流量，減少了運行工作頻率，環保節能高效率約為30% 上下。若機器設備每一年按360天，每日運行24鐘頭，水電費0.8元/kWh，選用變頻變速更新改造后，大概每一年可節省水電費2.3萬余元。

  4.2 操縱優勢

  （1）具備手動式和自動控制系統作用。當變頻器等設備故障維修時，可以根據切換開關從轉換全自動情況到手動式情況，操縱水泵的起停，確保住宅小區的供電。

  （2）起停和變速穩定。變頻器的軟起動作用及光滑變速特性可完成了住宅小區供水的壓力穩定，降低了對電力網的影響和機械設備的耗損。

  （3）供電工作壓力平穩。依據住宅小區供電規定在GE300控制面板上設置供電工作壓力值，系統軟件選用閉環控制系統，根據變頻器的加降速及其調整泵全過程，供電工作壓力能迅速平穩到額定值,完成住宅小區恒壓供水的目地。

  根據GE300的變頻恒壓供水控制系統，根據自動調節水泵的轉速比或循環系統轉換水泵資金投入/ 撤出運行，使管路供電工作壓力維持勻速運動，確保住宅小區供電品質。運行結果顯示，變頻變速系統軟件環保節能成效顯著，水泵電動機運作時電力網沖擊性小，機械設備設備故障較少，系統軟件的實際操作便捷，工作中穩定性高。因而，住宅小區供電控制系統的更新改造設計方案針對環保節能和改進供電品質上擁有至關重要的現實意義。

  （編自《電氣技術》，全文題目為“根據GE300變頻恒壓供水控制系統更新改造設計方案”，創作者為陳維招。）