变频器单泵恒压供水及定时供水系统设计图解

     当用水系统用水量较小时，可以采用变频器调速控制的单泵恒压供水系统，本文讨论与此相关的几个问题。

     1.单台水泵的变频调速恒压供水系统是如何工作的？

     实现单台水泵的变频调速恒压供水有一个前提，就是水泵电动机以额定转速运行（工频50Hz运行）时提供的水量，能够满足该供水系统的最大用水需求，否则应该选用出水量更大的水泵，或采用多泵供水方案。

     单泵恒压供水系统示意图如图1所示。采用PID控制的闭环控制模式。水泵电动机M由变频器供电；SP是压力变送器，它与变频器之间使用一条三芯屏蔽线连接，其中红线和黑线由变频器向SP提供24V工作电源，绿线和黑线向变频器传送压力变送信号，即PID反馈信号XF,送到变频器的VPF端；而恒压供水的目标信号XT则由电位器RP调整设定后送到变频器的VRF端。

     起动运行后，如果用水量逐渐增大，则水泵出水压力就有所降低，压力变送器SP输出信号减小，即变频器输入的反馈信号XF减小，在变频器的PID控制作用下，变频器输出频率升高，电动机转速加快，水泵出水量增加，迅速使出水压力恢复到目标信号给定的水平上。运行中如果用水量有所减少，出水压力升高，通过与上相反的控制过程，同样可以使出水压力得以稳定，实现恒压供水的目标。

     2.单泵恒压供水系统中用水量与PID调节量之间是怎样的关系？

     这里以图示的方法介绍两者之间的关系。参见图2。在时间0～t1阶段，供水系统用水量Q持续稳定，供水压力稳定，反馈信号XF没有变化，PID控制信号为0，水泵电动机以既有速度运转。在时间t1～t2阶段，用水量Q上升，压力下降，反馈信号XF减小，PID控制电路迅速作出反应，输出一个正向的PID控制信号（见图2c）,使变频器输出频率fX增高，水泵出水量增大，维持了水压的稳定。由图2可见，在t1～t2时间段，流量有较大的变化（见图2a），而供水压力变化却很小（见图2b），这就是所谓恒压供水的控制效果。用水量变化时供水压力的变化量能不能控制为零呢？答案是否定的。因为压力变化量如果为零，则图2b中的反馈信号的变化量以及图2c中的PID控制信号也将为零，这样变频器输出频率也就不能调节变化，导致用水量变化时供水压力的相应波动，显然这不是我们所期望的。一个性能优异的PID闭环控制系统，其被控物理量的变化越小越好，但不会是零。

     在t2～t3时间段，用水量Q不再增加，压力P也已经恢复到目标值，PID的调节信号为零，变频器输出频率fX停止变化。在t3～t4时间段，用水量Q减少，压力P有所增加（见图2b），PID产生负的调节信号（见图2c），变频器输出频率fX下降（见图2d），同样保持了供水压力的稳定。

     3.变频器能否进行供水定时控制？

     可以。有两种控制方式。一是将一天分成若干个时段，根据每个时段用水量大小的不同，提供不同的供水压力。二是根据节假日、周六周日用水量的不同变化，分别设置不同日期、不同时段的供水压力。下面以艾默生TD2100系列变频器为例，介绍第一种控制方式的应用。

     艾默生变频器最多可以将一天设定为6个时段，每个时段的供水压力各不相同，用水量大时，供水压力也大些；用水量小时，供水压力也小些。图3所示是用水量（流量）变化曲线和设定的压力变化曲线。变频器相关功能参数设置见表1。参数设置完毕，变频器即可按照参数设定值，控制不同时段的供水压力满足设置要求。

     表1  艾默生变频器分时段定时供水的参数设置

      注：1.设置各个时段的终止时间t1～t6时，应满足：t6≥t5≥t4≥t3≥t2≥t1。

      2.各时段的目标压力值设置范围均为0.000～9.999MPa。