变频恒压供水控制系统的改造设计

  某日常生活住宅小区原恒压供水系统借助闸阀完成水流量操纵，水泵在额定值情况下运行，机械设备损坏比较大，应用成本增加。根据选用GE300和变频器组成的控制系统更新改造，进行操作系统的硬件软件设计方案及基本参数，能自动控制系统水泵资金投入的数量和电机额定功率，做到恒压供水目地。运行结果显示，该体系具备工作压力匀速运动，机械设备耗损小，环保节能成效显著等优势。

  近些年，伴随着电力电子技术的快速发展趋势，变频变速系统软件的特性优点愈来愈显著，成本费也相对应减少，传统式的供电控制系统正逐渐被变频系统软件替代。

  以某高层住宅的日常生活住宅小区为例子，小区域内的需水量起伏比较大，原供电方式是把地底深水井抽出来的水传至专业的贮水池，再根据水泵对住宅小区高楼房开展充压供电，水泵电动机选用自耦降压启动，直流运行，水泵的出入口阀选用开全阀、半闭阀及开停机泵控制措施，长期性处于直流额定值情况下的水泵用电量成本增加，机械设备损坏和设备故障提升，使用寿命减少，因而，必须对供电控制系统开展更新改造。

  综合性操纵特性和费用的考虑到，现阶段微型机给排水控制板（GE300）和变频器组成的控制系统逐渐应用推广，该体系能提升操纵水泵的变速运行，全自动调节水泵的运行数量，完成供电工作压力匀速运动作用。

  文中详细介绍由GE300和变频器组成的恒压供水控制系统的更新改造方案设计，根据进行控制系统框架图、机器设备的型号选择、硬件软件设计方案及基本参数，最后进行供电控制系统的更新改造。

  小区域内需水量的尺寸转变经常，为了确保管道网内压力匀速运动，将对两部水泵开展变频变速操纵，根据需水量的变动自动调节装置的运行主要参数。变频恒压供水控制系统更新改造设计方案框架图如下图1所显示，关键由微型机给排水控制板（GE300）、变频器、控制箱及远传水表液位传感器等组件构成恒压供水控制系统，GE300和变频器为恒压供水控制系统的关键，操纵方法由切换开关开展转换，挑选手动式或全自动，水泵电动机采用“先开先断”标准开展操纵。

  若挑选在自动控制系统方法下运行时，液位传感器即时检验管路的工作压力值，通过转换为规范4～20mA持续电流量数据信号送至GE300，并与设置的工作压力值开展较为计算，根据误差状况开展控制器设计计算后，由GE300的输入输出模块导出逻辑性程序控制，操纵水泵的运行数量，与此同时依据命令变频器操纵每台水泵开展软起动或变频运行。

  图1 变频恒压供水控制系统计划方案框架图

  2.1 GE300

  GE300是控制系统的关键，关键功用是接受检验数据信号开展全自动计算并传出对应的程序控制。GE300外部端口号布线如下图2所显示，数据导出接线端子R1～R8能导出3A/250V(AC)或5A/30V(DC)电子信号,立即推动直流运行和变频运行的交流接触器电磁线圈。

  根据液位传感器即时检验管路的工作压力数据信号变换为0～2.5V或4～20mA数据信号键入到GE300的IN与GND接线端子，与设置的工作压力值较为；CT1～CT4 与CM2是光电耦合器高阻键入端，禁止连接开关电源数据信号。当变频器发生故障时，可挑选全自动转到直流运行，与此同时维护及警报功能完善，在变频器常见故障、远传压力表断开、短路故障问题、欠压保护请求超时及低水位线时，具备警报标示作用。

  图2 GE300外部端口号布线

  2.2 变频器

  依据负荷的特性和水泵电动机的输出功率尺寸，挑选正弦函数系列产品G、P合一型的SINE303-011G/015P变频器[4]，该变频器归属于开环增益闭环控制型，选用TI公司新款性能高32位电机控制系统专用型数据信息CPUTMS320F2810，快速、精确进行繁杂的控制系统，精密度做到0.01Hz，工作频率在0.5～600Hz范畴可调式，能承担180%电动机额定值力矩的冲击性负荷。

  当负荷产生基因突变、迅速加挡换，变频器都不产生过电流、短路故障等常见故障。与此同时具备灵便的I/O插口和操纵方法，能与GE300、PLC、DCS、工控电脑及仪表盘等各种各样外部设备连动实际操作，广泛运用于离心风机、水泵、数控车床等机器设备工作。

  2.3 液位传感器

  液位传感器采用YTZ-150电阻器式远传压力表，它主要由一个扭簧管气压表和一个与被测压力成一定函数关系的滑触电阻器式发送器等构成，安裝在水泵的排水管上，既可直接测到工作压力值，导出相对应的电子信号，导出的电子信号传至远端GE300，以完成集中化检验和远程操作。

  远传压力表的红、黄、蓝三根变压器接地线相匹配收到GE300的GND、IN、 V，在其中黄红两边的电阻器在没有压力时为20Ω上下，随压力升高阻值扩大，较大为350Ω上下。

  3.1 硬件配置电源电路

  根据GE300变频恒压供水控制系统关键由GE300和变频器依据管路供电状况导出数据信号自动控制系统交流接触器、汽车继电器、信号指示灯等家用电器的姿势，从而调节水泵的运行情况，并导出相对应标示或警报。变频恒压供水控制系统电源电路如下图3所显示，该控制系统配有切换开关SA，当挑选手动式情况时，根据按键SB1～SB4各自操纵两部水泵直流运行及终止，这适用于按时维修或变频器常见故障时临时性供电应用；

  当挑选全自动情况且网络检测处在一切正常时，则GE300的R1端导出数据信号操纵交流接触器KM1姿势，与此同时变频器软起动1#水泵，这时安裝在管线上的感应器将评测的工作压力值通过智能变送器传输至GE300，与事先在控制面板设置的工作压力值开展较为，根据GE300內部计算和信息导出，调整变频器导出的工作频率，从而更改电机额定功率；

  当住宅小区需水量比较大时，变频器导出工作频率贴近直流而管路工作压力仍达不上设置的工作压力值，则GE300的R1端沒有导出数据信号，交流接触器KM1电磁线圈关闭电源，而R2和R3端各自导出数据信号操纵交流接触器KM2和KM3姿势，使1#水泵由变频转换到直流下运行，且2#水泵电机软启动处在变频运行；当住宅小区需水量大大减少时，则GE300的R2端沒有导出数据信号，使交流接触器KM2电磁线圈关闭电源，1#水泵直流运行终止，而2#水泵再次变频运行。

  因而，系统软件能依据需水量尺寸全自动更改水泵运行的数量，及其水泵直流与变频中间的配置转换，使管路供电工作压力持续保持为额定值。GE300操纵两部水泵运行状态表1。变频恒压供水控制系统控制面板和接线方法如下图4所显示。

  表1 两部水泵运行情况

  图3 变频恒压供水控制系统电源电路

  图4-1系统软件控制面板

  图4-2系统软件接线方法

  3.2 软件开发

  根据恒压供水实际操作特性及规定，GE300依据外界数据信号键入，分辨管路当今供电的情况，决策是不是要运行水泵，与此同时传输数据信号到变频器，根据变频器操纵水泵的运行情况。恒压供水控制系统程序流程的具体步骤如下图5所显示，当供电控制系统挑选在全自动情况运行时，该系统软件先向水位线、压力和变频器开展自动识别，分辨主要参数是不是超限额或机器设备是不是常见故障，并做出相对应警报解决。

  若该控制系统处在一切正常运行时，GE300导出数据信号使1#水泵变频软起动，与此同时检验工作频率和工作压力值，与休眠状态工作频率和设置工作压力值较为，分辨变频器是不是进到休眠模式。当变频器导出限制工作频率时，具体压力值还不可以做到额定值，则GE300导出数据信号将1#水泵转换为直流运行，2#水泵变频运行。

  当变频器导出最低值工作频率时，具体压力值超出额定值时，按“先开先断”标准，GE300导出数据信号将当今1#直流运行的水泵撤出，2#水泵变频运行。

  图5 恒压供水控制系统程序流程的具体步骤

  3.3 变频器作用基本参数

  变频器的首要作用基本参数如表2所显示。

  表2 变频器的首要作用基本参数

  4.1变频环保节能

  恒压供水系统的两部水泵选用11kW的电动机，依据住宅小区需水量的转变，平稳运行一段时间后检测的数据信息如表3所显示。

  表3 直流与变频运行数据测试

  由变频和直流运行数据对比得知，应用变频器后加强了电动机的功率因素，减少了键入电流量，减少了运行工作频率，环保节能高效率约为30% 上下。若机器设备每一年按360天，每日运行24钟头，水电费0.8元/kWh，选用变频变速更新改造后，大概每一年可节省水电费2.3万余元。

  4.2 操纵优势

  （1）具备手动式和自动控制系统作用。当变频器等设备故障维修时，可以根据切换开关从转换全自动情况到手动式情况，操纵水泵的起停，确保住宅小区的供电。

  （2）起停和变速稳定。变频器的软起动作用及光滑变速特性可完成了住宅小区供水的压力稳定，降低了对电力网的影响和机械设备的耗损。

  （3）供电工作压力平稳。依据住宅小区供电规定在GE300控制面板上设置供电工作压力值，系统软件选用闭环控制系统，根据变频器的加降速及其调整泵全过程，供电工作压力能迅速平稳到额定值,完成住宅小区恒压供水的目地。

  根据GE300的变频恒压供水控制系统，根据自动调节水泵的转速比或循环系统转换水泵资金投入/ 撤出运行，使管路供电工作压力维持匀速运动，确保住宅小区供电品质。运行结果显示，变频变速系统软件环保节能成效显著，水泵电动机运作时电力网冲击性小，机械设备设备故障较少，系统软件的实际操作便捷，工作中稳定性高。因而，住宅小区供电控制系统的更新改造设计方案针对环保节能和改进供电品质上拥有至关重要的现实意义。

  （编自《电气技术》，全文题目为“根据GE300变频恒压供水控制系统更新改造设计方案”，创作者为陈维招。）