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【摘要】
以往的變頻調速恆壓供水裝置，往往採用帶有模入/模出的可程式設計控制器或pid調節器，pid演算法程式設計難度大，裝置成本高，除錯困難。隨著電力電子技術的發展，採用帶有內建pid功能的變頻器生產出的恆壓供水裝置，降低了裝置成本，提高了生產效率，節省了安裝除錯時間。
【關鍵詞】 變頻調速恆壓供水裝置 pid 降低成本效率
1引言自從通用變頻器問世以來，變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用。變頻調速恆壓供水裝置以其節能、安全、高品質的供水質量等優點，在實際應用中得到了很大的發展。隨著電力電子技術的飛速發展，變頻器的功能也越來越強。
充分利用變頻器內建的各種功能，對合理設計變頻調速恆壓供水裝置，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義。
2傳統的變頻調速恆壓供水裝置設計方案
傳統的變頻調速恆壓供水裝置往往採用圖1所示的設計方案。
圖1中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現電機的無級調速，從而使管網水壓連續變化。感測器的任務是檢測管網水壓，壓力設定單元為系統提供滿足使用者需要的水壓期望值。壓力設定訊號和壓力反饋訊號在輸入可程式設計控制器後，經可程式設計控制器內部pid控制程式的計算，輸出給變頻器乙個轉速控制訊號。
還有一種辦法是將壓力設定訊號和壓力反饋訊號送入pid迴路調節器，由pid迴路調節器在調節器內部進行運算後，輸出給變頻器乙個轉速調節訊號，如圖1中虛線所示。一般的供水裝置控制1~3臺水幫浦，1~2臺工作，1臺備用。在這些水幫浦中，一般只有一台變頻幫浦。
當供水裝置供電開始工作時，
先起動變頻幫浦，管網水壓達到設定值時，變頻器的輸出頻率則穩定在一定的數值上。而當用水量增加，水壓降低時，感測器將這一訊號送入可程式設計控制器或pid迴路調節器，可程式設計控制器或pid迴路調節器則送出乙個較用水量增加前大的訊號，使變頻器的輸出頻率上公升，水幫浦的轉速提高，水壓上公升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到最大值，仍不能使管網水壓達到設定值時，可程式設計控制器或pid迴路調節器就發出控制訊號，起動一台工頻幫浦，其他幫浦依次類推。
反之，當用水量減少，變頻器的輸出頻率達到最小值時，則發出減少一台工頻電機的命令。圖1中m1~m3為電機，p1~p3為水幫浦，jc1~jc6為電機起、停、互相切換的交流接觸器。
由於變頻器的轉速控制訊號是由可程式設計控制器或pid迴路調節器給出的，所以對可程式設計控制器來講，既要有模擬量輸入介面，又要有模擬量輸出介面。由於帶模擬量輸入/輸出介面的可程式設計控制器**很高，這無形中就增加了供水裝置的成本。若採用帶有模擬量輸入/數字量輸出的可程式設計控制器，則要在可程式設計控制器的數字量輸出口另接一塊pwm調製板，將可程式設計控制器輸出的數字量訊號轉變為控制變頻器轉速的模擬訊號，造成可程式設計控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加裝置，降低了整套裝置的可靠性。
如果採用乙個開關量輸入/輸出的可程式設計控制器和乙個pid迴路調節器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可程式設計控制器差不多。所以，在變頻調速恆壓給水控制裝置中，pid控制訊號的產生和輸出就成為降低給水裝置成本的乙個關鍵環節。
3新型變頻調速供水裝置的解決方案
針對傳統的變頻調速供水裝置的不足之處，國外不少生產廠家近年來紛紛推出了一系列新型產品，如siemens公司的eco、mm420/430/440系列產品，施耐德公司的atv28/38系列產品。這些產品將pid調節器以及簡易可程式設計控制器的功能都綜合進變頻器內，形成了帶有各種應用巨集的新型變頻器。這類變頻器的**僅比通用變頻器略微高一點，但功能卻強很多，所以我們在昆明市多個新建的生活小區中就採用了這種新型的設計方案。
在這套給水裝置中，我們採用了siemens公司的eco帶內建pid功能的變頻器，可程式設計控制器選用西門子s7-214-1bc10-0xb0型，具體原理框圖如圖1所以示。圖1中m1~m2為電機，p1~p2為水幫浦，jc1~jc4為電機起、停、互相切換的交流接觸器。
該給水裝置採用2臺水幫浦，一用一備，由可程式設計控制器定時切換。若用水量大，變頻器也可以通過可程式設計介面向可程式設計控制器發出訊號，由可程式設計控制器控制兩台幫浦同時工作，一台變頻執行，一台工頻執行。圖1中感測器反饋的水壓訊號直接送入變頻器自帶的pid調節器輸入口ai2+、ai2-，而壓力設定既可以使用變頻器的鍵盤以數字量的形式設定，也可以採用乙隻電位器以模擬量的形式送入ai1+、ai1-。
這樣通過變頻器的控制面板，在變頻器的pid選項中選擇合適的pid引數，並經過現場除錯校正，裝置就可以正常執行了。
由於pid運算在變頻器內部，這就省去了對可程式設計控制器存貯容量的要求和對pid演算法的程式設計，而且pid引數的**除錯非常容易，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。由於變頻器內部自帶的pid調節器採用了優化演算法，所以使水壓的調節十分平滑，穩定。同時，為了保證水壓反饋訊號值的準確、不失值，可對該訊號設定濾波時間常數，同時還可對反饋訊號進行換算，使系統的除錯非常簡單、方便。
自2023年10月以來，我們採用這種方式為新建生活小區共設計安裝了近30套變頻恆壓供水裝置，至今一直保持良好的執行狀態，管網水壓非常穩定，受到了各小區使用者的一致好評。
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