基于PLC和变频器的住宅小区恒压供水系统设计

运行安全可靠[1]。

3.2.3变频器的选型

变频器选型时要确定以下几点[7]:

（1）采用变频技术的目的：应用于恒压控制或恒流控制等。

（2）选用变频器的负载类型：如叶片泵或容积泵等，应当特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

（3）变频器与负载的匹配问题：

1）电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

2）电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。

3）转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。

（4）在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。

（5）变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地祸合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况一下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。

（6）对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡

根据工艺要求，配用ABB系列变频器，具体型号为具备内置PID功能的ACS510-01-060A-4变频器。

图 3-1 ACS510变频器外观图

ACS510系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制技术，结合多种先进生产制造工艺而推出的高性能变频器。它具有很宽的功率调节范围，优良的速度控制和转矩控制特性，完整的保护功能以及灵活的编程能力，较高的可靠性和较小的体积。该变频器共有6种控制方式：工厂、手动/自动、PID控制、恒转矩、顺序控制、风机水泵控制（PFC）。一般住宅小区的恒压供水系统采用的多是是手动/自动控制宏和PID控制宏，以及PFC控制宏等。当操作台选择开关处于“自动”时，变频器与PLC相结合对整个恒压供水系统进行自动控制。变频器基本参数表如下表所示：

表 3.2 ACS-510变频器基本参数表

主电源连接 电压 频率 功率范围 功率因素 3相，380~480V 48~63HZ 1.1~110KW 0.98 电机连接 电压 3相，0~220V输入电压 电压信号 电流信号 给定电位器电源 最大延时 2路模拟输入AO1,AO2 直流辅助电压0~500HZ 源 6路数字输入DI1~DI6 标准 可选 加速时间 缺省4HZ 1HZ,4HZ,8HZ,12HZ 0.1~1800s，可调 可编程控制连接 2路模拟输入AI1,AI2 0~10V,RIN>312K?,单端 0~20mA，RIN =100k?，单端 10V+/-2%，最大10mA 12~32ms 0~20mA，负载<500? 频率 24VDC+/-10%,最大250mA 开关频率 12V~24V,由外部或内部供电 3路继电输入RO1~RO3 最大开关电压 最大开关电流 250VAV/30VDC 6A/30VDC,1500VA/230VAC

减速时间 0.1~1800s,可调 传统的变频恒压供水系统通常采用的基本原理是通过安装在供水管网出口处的压力传感器检测管网供水压力，将检测到的压力信号反馈到PLC后，与在PLC中设定的压力设定值进行比较后，经PLC内部的PID的计算后，输出给变频器一个转速控制的信号，在用户用水量大时，增加电机的运转频率，当水量变小时，降低运转频率，使管网维持恒压。还有一种方法是单独设置一个PID控制调节器，将压力传感器反馈的值和原本设定的压力值送入PID控制器中，由PID控制器计算后送出信号给变频器，对电机水泵进行控制。

由于带模拟量输人输出接口的PLC的价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。如果采用一个带有开关量输人输出的PLC和一个PID调节器组成的设备，其成本也和模拟量输人输出的PLC差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出环节就成为降低给水设备成本的一个关键环节[12]。

针对以上论述中提到的变频调速供水不足，国内外不少厂家近来纷纷推出新的产品。这些产品都是将PID调节器和简易PLC的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器，这类变频器的价格比通用变频器价格略高一点，但是功能却强的多。由于PID运算在变频器的内部，这就省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程，而且参数调整，非常容易，这不仅降低了成本，而且大大提高了生产效率。为了保证水压反馈信号的准确，可对该信号设置滤波时间常数，还可以对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。

3.2.4 变频器相关参数的设置

在变频器的众多功能里面PID控制宏是值得与PLC控制器连接的功能之一，由于不同的变频器拥有不同的不同的控制宏功能，那么对其参数的确定就成了区别各种不同的变频器运行的依据。对ABB公司的ACS510型的参数设定是本系统硬件控制的又一个重点，对最终的功能实现有不可估量的作用。

对于变频器来说，PID控制宏的设置是参与整个系统的关键布置[8]：

（1）预置PID功能预置的内容是：变频器的PID功能是否有效。当变频器的PID

调节功能有效后，其升、降速过程将完全取决于由P、I、D数据所决定的动态响应过程，而原来预置的“升速时间”和“降速时间”将不再起作用。

（2）目标值的预置 PID调节的根本依据是反馈量与目标值之间进行比较的结果。因此，准确地预置目标值是十分重要的。主要有以下两种方法：

1）面板输入式只需通过键盘输入目标值。其确定方法通常是：目标压力与传感器量程之比的百分数。

2）外接给定式由外接电位器进行预置，但显示屏上仍显示目标值的百分数。在此例中选用第一种方法，此法易懂、操作简单、直观。结合ABB变频说明书PID参数设置如表一所示,其实际设定值应根据工艺要求以实际为依据。

表3.3启动数据设定

9901 9902 9905 9906 9907 9908 9909 语言选择 宏设置 电机额定电压 电机额定电流 电机额定频率 电机额定转速 电机额定功率 表 3.4过程PID设置

1（中文） 6（PID控制宏） 380V 要与实际相符 要与实际相符 要与实际相符 要与实际相符 参数代码 4006 4007 4010 4011 4018 内容 单位 显示格式 给定值选择 内部给定值 实际值1下限 设定参数代码 11（mA） 1 19（内部给定） 恒压目标值 0%

对变频器参数的预置，首先要把调速对象泵铭牌上的基本参数（如电压、电流、功率、转速等）对照选用变频器的参数表输入到变频器中去，其次要对模拟输入进