變頻供水需要調(diào)節(jié)那幾個(gè)參數(shù)

【專家解說(shuō)】：1.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展 1.1變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義 對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行控制,是為了滿足用戶對(duì)流量的需求,所以流量是供水系統(tǒng)的基本控制對(duì)象.但流量的測(cè)量比較復(fù)雜,考慮到在動(dòng)態(tài)情況下,管道中某一點(diǎn)的水壓p的大小與供水能力和用水流量之間的平衡情況有關(guān),如果以安裝壓力表的位置作為分界點(diǎn),把壓力表之前的流量稱為供水流量(QG),壓力表之后的流量稱為用水流量(QU),則: 如QG>QU,則p↑; 如QGQU時(shí),則供水壓力p↑→XF↑→XD↓→ X↓→電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nX↓→QG↓→QG=QU直至壓力大小回復(fù)到目標(biāo)值(XF≈XT),從而達(dá)到平衡;反之當(dāng)用水流量增加使QG<QU時(shí),則p↓→XF↓→XD↑→ X↑→nX↑→QG↑→QG=QU→XF≈XT,又達(dá)到新的平衡.因此,供水系統(tǒng)總是根據(jù)用戶的用水情況不斷地處于自動(dòng)調(diào)整狀態(tài)中. 在此例中選用的是ABB公司生產(chǎn)的ACS510系列變頻器,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作要求分手自動(dòng)控制,當(dāng)DI2得電時(shí)選擇PID調(diào)節(jié)下的自動(dòng)控制,DI2失電時(shí)為手動(dòng)控制.啟動(dòng)停止兩種方式均為兩線制,為了防止誤啟動(dòng)變頻器,還設(shè)有允許運(yùn)行功能,只有在DI5得電的情況下才能啟動(dòng)變頻器.詳細(xì)的控制回路端子接線圖如圖3所示: 圖3 端子接線圖 2.3.2 PID的調(diào)節(jié)原理 ① 問(wèn)題的提出 恒壓供水過(guò)程存在著一個(gè)矛盾:一方面,我們要求水管的實(shí)際壓力(其大小與XF成正比)應(yīng)無(wú)限接近于目標(biāo)壓力(其大小與XT成正比),即要求XD=''XT-XF''→0;另一方面,變頻器的輸出頻率 X又是由XT和XF相減的結(jié)果來(lái)決定的.所以,如果把(XT-XF)直接作為給定信號(hào)XG,系統(tǒng)將無(wú)法工作. ② 比例增益環(huán)節(jié)(P) 解決上述矛盾的方法是:將''XT-XF''進(jìn)行放大后再作為頻率給定信號(hào): XG=KP(XT-XF) (1) 式(1)中,KP為放大倍數(shù),即比例增益. 上述關(guān)系如圖4所示.由于XG是(XT-XF)成正比放大的結(jié)果,故稱為比例放大環(huán)節(jié).另一方面,XG又是使變頻器輸出某一頻率 X所必須的信號(hào).顯然,KP越大,則(XT-XF)= 越小,XF越接近于XT. 圖4 比例放大前后各量間的關(guān)系框圖 (a) 輸出與輸入的比例關(guān)系 (b) 比例帶的概念 圖5 比例與比例帶 這里,XF只能是無(wú)限接近于XT,卻不能等于XT,即XF和XT之間總會(huì)有一個(gè)差值,稱為靜差,用ε表示.該值應(yīng)該越小越好.顯然,比例增益KP越大,ε越小. 在專用PID調(diào)節(jié)器中,比例增益的大小常常是通過(guò)"比例帶"來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的.比例帶就是按比例放大的區(qū)域,用P表示(等于KP的倒數(shù)),如圖5所示.P越小,相當(dāng)于KP越大.但在幾乎所有變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)功能中,都是直接預(yù)置KP的. 比例增益環(huán)節(jié)的引入,減小了系統(tǒng)穩(wěn)定后的靜差ε,如圖6(a)所示.于是又出現(xiàn)了新的矛盾:為了減小靜差ε,應(yīng)盡量增大比例增益KP,但由于系統(tǒng)有慣性,KP過(guò)大容易引起被控量(壓力)忽大忽小,形成振蕩,如圖6(b)所示. (a) P調(diào)節(jié) (b) 振蕩現(xiàn)象 (c) PI調(diào)節(jié) (d) PID調(diào)節(jié) 圖6 P,I,D的綜合作用示意圖 ③積分環(huán)節(jié)(I) 引入積分環(huán)節(jié)的目的: 使給定信號(hào)XG的變化與乘積KP(XT-XF)對(duì)時(shí)間的積分成正比.即盡管KP(XT-XF)一下子增大(或減小)了許多,但XG只能在"積分時(shí)間"內(nèi)逐漸地增大(或減小),從而減緩了XG的變化速度,防止了振蕩.積分時(shí)間越長(zhǎng),XG的變化越慢;只要偏差不消除(XT-XF≠0),積分就不停止,從而有效地消除靜差,如圖6(c)所示.但積分時(shí)間太長(zhǎng),又會(huì)發(fā)生當(dāng)被控量(壓力)急劇變化時(shí)難以迅速恢復(fù)的情況. ④ 微分環(huán)節(jié)(D) 其作用是:可根據(jù)偏差的變化趨勢(shì),提前給出較大的調(diào)節(jié)動(dòng)作,從而縮短調(diào)節(jié)時(shí)間,克服了因積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而使恢復(fù)滯后的缺點(diǎn),如圖6(d)所示. 在供水系統(tǒng)中,當(dāng)對(duì)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的要求并不嚴(yán)格時(shí),通常用PI調(diào)節(jié). 3. 內(nèi)置PID與變頻器功能的預(yù)置 3.1 PID功能的預(yù)置 ⑴預(yù)置PID功能 預(yù)置的內(nèi)容是:變頻器的PID功能是否有效.當(dāng)變頻器的PID調(diào)節(jié)功能有效后,其升,降速過(guò)程將完全取決于由P,I,D數(shù)據(jù)所決定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程,而原來(lái)預(yù)置的"升速時(shí)間"和"降速時(shí)間"將不再起作用. ⑵目標(biāo)值XT的預(yù)置 PID調(diào)節(jié)的根本依據(jù)是反饋量XF與目標(biāo)值XT之間進(jìn)行比較的結(jié)果.因此,準(zhǔn)確地預(yù)置目標(biāo)值XT是十分重要的.主要有以下兩種方法: ①面板輸入式 只需通過(guò)鍵盤輸入目標(biāo)值XT.其確定方法通常是:目標(biāo)壓力與傳感器量程之比的百分?jǐn)?shù).例如,某供水系統(tǒng)要求的壓力(目標(biāo)壓力)為2MPa,所用壓力表的量程是0～5MPa時(shí),則目標(biāo)值為40%. ②外接給定式 由外接電位器進(jìn)行預(yù)置,但顯示屏上仍顯示目標(biāo)值的百分?jǐn)?shù).在此例中選用第一種方法,此法易懂,操作簡(jiǎn)單,直觀.結(jié)合ABB變頻說(shuō)明書PID參數(shù)設(shè)置如表一所示,其實(shí)際設(shè)定值應(yīng)根據(jù)工藝要求以實(shí)際為依據(jù). 表一:啟動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)定 9901 語(yǔ)言選擇 1(中文) 9902 宏設(shè)置 6(PID控制宏) 9905 電機(jī)額定電壓 380V 9906 電機(jī)額定電流 要與實(shí)際相符 9907 電機(jī)額定頻率 要與實(shí)際相符 9908 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 要與實(shí)際相符 9909 電機(jī)額定功率 要與實(shí)際相符 表二: 過(guò)程PID設(shè)置 參數(shù)代碼 內(nèi)容 設(shè)定參數(shù)代碼 4006 單位 11(mA) 4007 顯示格式 1 4010 給定值選擇 19(內(nèi)部給定) 4011 內(nèi)部給定值 恒壓目標(biāo)值 4018 實(shí)際值1下限 0% 3.2 PID調(diào)節(jié)的運(yùn)行特點(diǎn) 當(dāng)變頻器按P,I,D調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)行時(shí),需要注意以下兩點(diǎn): ①變頻器的輸出頻率( X)只根據(jù)實(shí)際壓力(XF)與目標(biāo)壓力(XT)比較的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整,所以,頻率的大小與被控量之間并無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系; ②變頻器的輸出頻率( X)始終處于調(diào)整狀態(tài),因此,其數(shù)值常不穩(wěn)定. 3.3變頻器參數(shù)預(yù)置 對(duì)變頻器參數(shù)的預(yù)置,首先要把調(diào)速對(duì)象泵銘牌上的基本參數(shù)(如電壓,電流,功率,轉(zhuǎn)速等)對(duì)照選用變頻器的參數(shù)表輸入到變頻器中去,其次要對(duì)模擬輸入進(jìn)行設(shè)置,模擬量有0-20mA的,有4-20mA的,以實(shí)際為準(zhǔn).以ABB變頻ACS510系列為例,參數(shù)見(jiàn)下表: 表三: 給定選擇設(shè)定 1102 外部控制選擇 2 1103 給定值1選擇 1 1104 給定值1下限 0Hz / 0rpm 1105 給定值1上限 50Hz / 額定轉(zhuǎn)速rpm 1106 給定值2選擇 19(內(nèi)部PID給定) 1107 給定值2下限 20% 1108 給定值2上限 100% 表四: 模擬輸入設(shè)定 1301 AI1下限 0% 1302 AI1上限 100% 1304 AI2下限 20% 1305 AI2上限 100% 表五: 限幅設(shè)定 2001 最小轉(zhuǎn)速 0 2002 最大轉(zhuǎn)速 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 2003 最大電流 1.5In 3.4 暫停(睡眠與蘇醒)功能 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中有時(shí)用水量會(huì)很小甚至用水量為零,使變頻器一直處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)既浪費(fèi)了能源也對(duì)設(shè)備會(huì)造成一定程度的壽命損失,因此在這種情況下需要讓變頻器休眠,直到壓力下降到一定程度時(shí)才允許變頻啟動(dòng). ① 睡眠功能 當(dāng)變頻器的工作頻率已經(jīng)降至下限頻率,而壓力仍偏高時(shí),水泵應(yīng)暫停工作(使變頻器處于睡眠狀態(tài)).以ABB的ACS510系列變頻器為例,當(dāng)壓力傳感器的量程為1MPa,而所要求的供水壓力為0.4MPa時(shí),則目標(biāo)值為40%,"睡眠值"可設(shè)定為41%～45%(相當(dāng)于壓力的上限,即4023的設(shè)定值). ② 蘇醒功能 當(dāng)水管中的壓力小于某一下限值時(shí),應(yīng)使系統(tǒng)中止睡眠而重新開(kāi)始工作(即中止暫?；蚍Q之為"蘇醒"),蘇醒值可設(shè)定為15%～19%. 總結(jié) 隨著科技的進(jìn)步,變頻器的功能將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大,應(yīng)用范圍也會(huì)隨之越來(lái)越廣,合理選用具有內(nèi)置功能的變頻器將會(huì)給人們帶來(lái)很大的便捷. 本文以ABB生產(chǎn)的ACS510系列變頻器為例,簡(jiǎn)單的講述了變頻器內(nèi)置PID控制的恒壓供水系統(tǒng)以及一些參數(shù)的設(shè)置,只要功能選用的合理,在實(shí)際的整個(gè)過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)就是根據(jù)具體的工藝要求合理的設(shè)置參數(shù),強(qiáng)大的內(nèi)置功能使人們省去了繁雜的計(jì)算與操作,使工作過(guò)程更簡(jiǎn)易化.