用变频器作为常用的执行机构,通过调节变频器的输出频率,来控制被控对象的物理量,例如压力和流量,可以实现多种物理量的闭环控制,常见的是泵站供水压力的恒压闭环控制。
供水系统的加压泵站一般采用多泵并联的供水方式,过去用人工来控制投入运行的水泵的台数,将出口压力控制在允许的范围内。这种控制方式的水压不稳定,很难满足用水的要求,轻载时过高的水压还会造成能量的浪费。
用变频器实现的闭环控制可以保证泵站的出口压力基本恒定。为了节省投资,一般只配备一台变频器,某一台电动机用变频器驱动,其他电动机仍然用工频电源驱动。多泵并联恒压供水系统中,只要其中大的一台泵是变频调速泵,其余各泵是工频恒速泵.就可以实现多泵并联恒压变流量供水。因为变频器的价格基本上与其功率成正比,经济的方案是各并联水泵电动机的输出功率相同。
1、使用变频器内置的PI控制器
现代的变频器内部一般都有一个PI控制器或PID控制器。对于恒压供水这一类闭环控制系统,可以将反馈信号(例如压力信号)接到变频器的反馈信号愉人端,用变频器内部的控制器实现闭环控制,以减少压力偏差,保持水压恒定。
PLC的主要是依据管道的出口压力,控制工频电源供电的水泵台数,通过开关量输出信号,给变频器提供起动、停止命令,对泵站总的供水量进行粗调。
压力变送器将泵站出口管道的水压转换为标准量程的电压或电流,这些反馈量直接送给变频器的模拟量输入端,这种方案的控制与和变频器是一体化的,具有硬件成本低、使用方便、工程编程量少的优点,应优先采用,可以安装在水泵出水口管道上的压力传感器,将0-1MPa的压力转换为4一 20mA的直流电流,用于水压的闭环控制。
变频器时刻跟踪管网压力与压力给定位之间的偏差变化情况,经变频器内部的PID运算,调节变频器的输出频率,改变变频器驱动的水泵的转速。变频器的输出频率越高,泵站的出口压力就越高。选择输出频率,既能保证供水的压力,又能防止压力过高,可以节约大量的能量。
为了实现工频泵的自动投人和切除,需要给PLC提供管道压力信号或变频器的频率信号。可以用电接点压力表给PLC提供压力过高和压力过低的触点信号,电接点压力表的价格便宜,工作可靠。
现代的变频器都有可编程的输出触点,例如可以对触点编程,使它在变频器的频率大于设定值(例如50Hz)时闭合,此信号相当于电接点压力表的压力过高信号,可以将它送给PLC,用来控制自动投入一台工频运行的泵。
当用水流量减少,变频泵的转速下降到水泵不出水的临界值时,变频器的另一个可编程输出触点闭合,此信号相当于电接点压力表的压力过低信号,可以将它送给PLC,控制一台工频运行的泵自动退出。
2、用PLC实现恒压自动控制
如果用PLC来作闭环控制器,需要配置模拟量输人模块(A/D转换器)来输人压力信号,还需要模拟量输出模块(D/A转换器)给变频器提供频率给定信号,增加的硬件投资较多。其优点是模拟量闭环控制与开关量逻辑控制融为一体,PLC可以利用压力反馈信号来实现工频泵的投人和切除,压力信号还可以用于监控和报警等功能。
3、水泵的投人与切除
PLC可以选择任意一台电动机作变频运行,其余各台电动机由工频驱动。根据当前的供水量和泵站出[口处的水压,控制工频运行的水泵的台数,对供水量和水压进行粗调,用变频电动机进行细调。假设各泵的电动机容量相同.当用水流量小于一台泵的流量时,由一台变频泵自动调速供水。随着用水流量的增大,由于闭环控制的作用,变频泵的转速自动升高,以维持恒压;如果变频泵的转速升高到工频转速时,管道出口水压仍未达到设定值,则启动一台工频泵,以此类推,直到出口压力达到设定值。
当用水量减少时,变频泵的频率将自动减小,降到某一设定值时,如果管道压力仍高于设定值,则切除一台工频泵,切除后如果管道压力仍然过高,再切除一台工频泵,以此类推,直到管道压力等于设定值。