某日常生活住宅小區(qū)原恒壓供水系統(tǒng)借助閘閥完成水流量操縱，水泵在額定值情況下運(yùn)行，機(jī)械設(shè)備損壞比較大，應(yīng)用成本增加。根據(jù)選用GE300和變頻器組成的控制系統(tǒng)更新改造，進(jìn)行操作系統(tǒng)的硬件軟件設(shè)計(jì)方案及基本參數(shù)，能自動(dòng)控制系統(tǒng)水泵資金投入的數(shù)量和電機(jī)額定功率，做到恒壓供水目地。運(yùn)行結(jié)果顯示，該體系具備工作壓力勻速運(yùn)動(dòng)，機(jī)械設(shè)備耗損小，環(huán)保節(jié)能成效顯著等優(yōu)勢(shì)。

  近些年，伴隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展趨勢(shì)，變頻變速系統(tǒng)軟件的特性優(yōu)點(diǎn)愈來愈顯著，成本費(fèi)也相對(duì)應(yīng)減少，傳統(tǒng)式的供電控制系統(tǒng)正逐漸被變頻系統(tǒng)軟件替代。

  以某高層住宅的日常生活住宅小區(qū)為例子，小區(qū)域內(nèi)的需水量起伏比較大，原供電方式是把地底深水井抽出來的水傳至專業(yè)的貯水池，再根據(jù)水泵對(duì)住宅小區(qū)高樓房開展充壓供電，水泵電動(dòng)機(jī)選用自耦降壓?jiǎn)?dòng)，直流運(yùn)行，水泵的出入口閥選用開全閥、半閉閥及開停機(jī)泵控制措施，長(zhǎng)期性處于直流額定值情況下的水泵用電量成本增加，機(jī)械設(shè)備損壞和設(shè)備故障提升，使用壽命減少，因而，必須對(duì)供電控制系統(tǒng)開展更新改造。

  綜合性操縱特性和費(fèi)用的考慮到，現(xiàn)階段微型機(jī)給排水控制板（GE300）和變頻器組成的控制系統(tǒng)逐漸應(yīng)用推廣，該體系能提升操縱水泵的變速運(yùn)行，全自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行數(shù)量，完成供電工作壓力勻速運(yùn)動(dòng)作用。

  文中詳細(xì)介紹由GE300和變頻器組成的恒壓供水控制系統(tǒng)的更新改造方案設(shè)計(jì)，根據(jù)進(jìn)行控制系統(tǒng)框架圖、機(jī)器設(shè)備的型號(hào)選擇、硬件軟件設(shè)計(jì)方案及基本參數(shù)，最后進(jìn)行供電控制系統(tǒng)的更新改造。

  小區(qū)域內(nèi)需水量的尺寸轉(zhuǎn)變經(jīng)常，為了確保管道網(wǎng)內(nèi)壓力勻速運(yùn)動(dòng)，將對(duì)兩部水泵開展變頻變速操縱，根據(jù)需水量的變動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)行主要參數(shù)。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)更新改造設(shè)計(jì)方案框架圖如下圖1所顯示，關(guān)鍵由微型機(jī)給排水控制板（GE300）、變頻器、控制箱及遠(yuǎn)傳水表液位傳感器等組件構(gòu)成恒壓供水控制系統(tǒng)，GE300和變頻器為恒壓供水控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，操縱方法由切換開關(guān)開展轉(zhuǎn)換，挑選手動(dòng)式或全自動(dòng)，水泵電動(dòng)機(jī)采用“先開先斷”標(biāo)準(zhǔn)開展操縱。

  若挑選在自動(dòng)控制系統(tǒng)方法下運(yùn)行時(shí)，液位傳感器即時(shí)檢驗(yàn)管路的工作壓力值，通過轉(zhuǎn)換為規(guī)范4～20mA持續(xù)電流量數(shù)據(jù)信號(hào)送至GE300，并與設(shè)置的工作壓力值開展較為計(jì)算，根據(jù)誤差狀況開展控制器設(shè)計(jì)計(jì)算后，由GE300的輸入輸出模塊導(dǎo)出邏輯性程序控制，操縱水泵的運(yùn)行數(shù)量，與此同時(shí)依據(jù)命令變頻器操縱每臺(tái)水泵開展軟起動(dòng)或變頻運(yùn)行。

  圖1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)計(jì)劃方案框架圖

  2.1 GE300

  GE300是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，關(guān)鍵功用是接受檢驗(yàn)數(shù)據(jù)信號(hào)開展全自動(dòng)計(jì)算并傳出對(duì)應(yīng)的程序控制。GE300外部端口號(hào)布線如下圖2所顯示，數(shù)據(jù)導(dǎo)出接線端子R1～R8能導(dǎo)出3A/250V(AC)或5A/30V(DC)電子信號(hào),立即推動(dòng)直流運(yùn)行和變頻運(yùn)行的交流接觸器電磁線圈。

  根據(jù)液位傳感器即時(shí)檢驗(yàn)管路的工作壓力數(shù)據(jù)信號(hào)變換為0～2.5V或4～20mA數(shù)據(jù)信號(hào)鍵入到GE300的IN與GND接線端子，與設(shè)置的工作壓力值較為；CT1～CT4 與CM2是光電耦合器高阻鍵入端，禁止連接開關(guān)電源數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，可挑選全自動(dòng)轉(zhuǎn)到直流運(yùn)行，與此同時(shí)維護(hù)及警報(bào)功能完善，在變頻器常見故障、遠(yuǎn)傳壓力表斷開、短路故障問題、欠壓保護(hù)請(qǐng)求超時(shí)及低水位線時(shí)，具備警報(bào)標(biāo)示作用。

  圖2 GE300外部端口號(hào)布線

  2.2 變頻器

  依據(jù)負(fù)荷的特性和水泵電動(dòng)機(jī)的輸出功率尺寸，挑選正弦函數(shù)系列產(chǎn)品G、P合一型的SINE303-011G/015P變頻器[4]，該變頻器歸屬于開環(huán)增益閉環(huán)控制型，選用TI公司新款性能高32位電機(jī)控制系統(tǒng)專用型數(shù)據(jù)信息CPUTMS320F2810，快速、精確進(jìn)行繁雜的控制系統(tǒng)，精密度做到0.01Hz，工作頻率在0.5～600Hz范疇可調(diào)式，能承擔(dān)180%電動(dòng)機(jī)額定值力矩的沖擊性負(fù)荷。

  當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)生基因突變、迅速加擋換，變頻器都不產(chǎn)生過電流、短路故障等常見故障。與此同時(shí)具備靈便的I/O插口和操縱方法，能與GE300、PLC、DCS、工控電腦及儀表盤等各種各樣外部設(shè)備連動(dòng)實(shí)際操作，廣泛運(yùn)用于離心風(fēng)機(jī)、水泵、數(shù)控車床等機(jī)器設(shè)備工作。

  2.3 液位傳感器

  液位傳感器采用YTZ-150電阻器式遠(yuǎn)傳壓力表，它主要由一個(gè)扭簧管氣壓表和一個(gè)與被測(cè)壓力成一定函數(shù)關(guān)系的滑觸電阻器式發(fā)送器等構(gòu)成，安裝在水泵的排水管上，既可直接測(cè)到工作壓力值，導(dǎo)出相對(duì)應(yīng)的電子信號(hào)，導(dǎo)出的電子信號(hào)傳至遠(yuǎn)端GE300，以完成集中化檢驗(yàn)和遠(yuǎn)程操作。

  遠(yuǎn)傳壓力表的紅、黃、藍(lán)三根變壓器接地線相匹配收到GE300的GND、IN、 V，在其中黃紅兩邊的電阻器在沒有壓力時(shí)為20Ω上下，隨壓力升高阻值擴(kuò)大，較大為350Ω上下。

  3.1 硬件配置電源電路

  根據(jù)GE300變頻恒壓供水控制系統(tǒng)關(guān)鍵由GE300和變頻器依據(jù)管路供電狀況導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)交流接觸器、汽車?yán)^電器、信號(hào)指示燈等家用電器的姿勢(shì)，從而調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行情況，并導(dǎo)出相對(duì)應(yīng)標(biāo)示或警報(bào)。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)電源電路如下圖3所顯示，該控制系統(tǒng)配有切換開關(guān)SA，當(dāng)挑選手動(dòng)式情況時(shí)，根據(jù)按鍵SB1～SB4各自操縱兩部水泵直流運(yùn)行及終止，這適用于按時(shí)維修或變頻器常見故障時(shí)臨時(shí)性供電應(yīng)用；

  當(dāng)挑選全自動(dòng)情況且網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)處在一切正常時(shí)，則GE300的R1端導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)操縱交流接觸器KM1姿勢(shì)，與此同時(shí)變頻器軟起動(dòng)1#水泵，這時(shí)安裝在管線上的感應(yīng)器將評(píng)測(cè)的工作壓力值通過智能變送器傳輸至GE300，與事先在控制面板設(shè)置的工作壓力值開展較為，根據(jù)GE300內(nèi)部計(jì)算和信息導(dǎo)出，調(diào)整變頻器導(dǎo)出的工作頻率，從而更改電機(jī)額定功率；

  當(dāng)住宅小區(qū)需水量比較大時(shí)，變頻器導(dǎo)出工作頻率貼近直流而管路工作壓力仍達(dá)不上設(shè)置的工作壓力值，則GE300的R1端沒有導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)，交流接觸器KM1電磁線圈關(guān)閉電源，而R2和R3端各自導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)操縱交流接觸器KM2和KM3姿勢(shì)，使1#水泵由變頻轉(zhuǎn)換到直流下運(yùn)行，且2#水泵電機(jī)軟啟動(dòng)處在變頻運(yùn)行；當(dāng)住宅小區(qū)需水量大大減少時(shí)，則GE300的R2端沒有導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)，使交流接觸器KM2電磁線圈關(guān)閉電源，1#水泵直流運(yùn)行終止，而2#水泵再次變頻運(yùn)行。

  因而，系統(tǒng)軟件能依據(jù)需水量尺寸全自動(dòng)更改水泵運(yùn)行的數(shù)量，及其水泵直流與變頻中間的配置轉(zhuǎn)換，使管路供電工作壓力持續(xù)保持為額定值。GE300操縱兩部水泵運(yùn)行狀態(tài)表1。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)控制面板和接線方法如下圖4所顯示。

  表1 兩部水泵運(yùn)行情況

  圖3 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)電源電路

  圖4-1系統(tǒng)軟件控制面板

  圖4-2系統(tǒng)軟件接線方法

  3.2 軟件開發(fā)

  根據(jù)恒壓供水實(shí)際操作特性及規(guī)定，GE300依據(jù)外界數(shù)據(jù)信號(hào)鍵入，分辨管路當(dāng)今供電的情況，決策是不是要運(yùn)行水泵，與此同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)到變頻器，根據(jù)變頻器操縱水泵的運(yùn)行情況。恒壓供水控制系統(tǒng)程序流程的具體步驟如下圖5所顯示，當(dāng)供電控制系統(tǒng)挑選在全自動(dòng)情況運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)軟件先向水位線、壓力和變頻器開展自動(dòng)識(shí)別，分辨主要參數(shù)是不是超限額或機(jī)器設(shè)備是不是常見故障，并做出相對(duì)應(yīng)警報(bào)解決。

  若該控制系統(tǒng)處在一切正常運(yùn)行時(shí)，GE300導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)使1#水泵變頻軟起動(dòng)，與此同時(shí)檢驗(yàn)工作頻率和工作壓力值，與休眠狀態(tài)工作頻率和設(shè)置工作壓力值較為，分辨變頻器是不是進(jìn)到休眠模式。當(dāng)變頻器導(dǎo)出限制工作頻率時(shí)，具體壓力值還不可以做到額定值，則GE300導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)將1#水泵轉(zhuǎn)換為直流運(yùn)行，2#水泵變頻運(yùn)行。

  當(dāng)變頻器導(dǎo)出最低值工作頻率時(shí)，具體壓力值超出額定值時(shí)，按“先開先斷”標(biāo)準(zhǔn)，GE300導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)將當(dāng)今1#直流運(yùn)行的水泵撤出，2#水泵變頻運(yùn)行。

  圖5 恒壓供水控制系統(tǒng)程序流程的具體步驟

  3.3 變頻器作用基本參數(shù)

  變頻器的首要作用基本參數(shù)如表2所顯示。

  表2 變頻器的首要作用基本參數(shù)

  4.1變頻環(huán)保節(jié)能

  恒壓供水系統(tǒng)的兩部水泵選用11kW的電動(dòng)機(jī)，依據(jù)住宅小區(qū)需水量的轉(zhuǎn)變，平穩(wěn)運(yùn)行一段時(shí)間后檢測(cè)的數(shù)據(jù)信息如表3所顯示。

  表3 直流與變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)測(cè)試

  由變頻和直流運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比得知，應(yīng)用變頻器后加強(qiáng)了電動(dòng)機(jī)的功率因素，減少了鍵入電流量，減少了運(yùn)行工作頻率，環(huán)保節(jié)能高效率約為30% 上下。若機(jī)器設(shè)備每一年按360天，每日運(yùn)行24鐘頭，水電費(fèi)0.8元/kWh，選用變頻變速更新改造后，大概每一年可節(jié)省水電費(fèi)2.3萬余元。

  4.2 操縱優(yōu)勢(shì)

  （1）具備手動(dòng)式和自動(dòng)控制系統(tǒng)作用。當(dāng)變頻器等設(shè)備故障維修時(shí)，可以根據(jù)切換開關(guān)從轉(zhuǎn)換全自動(dòng)情況到手動(dòng)式情況，操縱水泵的起停，確保住宅小區(qū)的供電。

  （2）起停和變速穩(wěn)定。變頻器的軟起動(dòng)作用及光滑變速特性可完成了住宅小區(qū)供水的壓力穩(wěn)定，降低了對(duì)電力網(wǎng)的影響和機(jī)械設(shè)備的耗損。

  （3）供電工作壓力平穩(wěn)。依據(jù)住宅小區(qū)供電規(guī)定在GE300控制面板上設(shè)置供電工作壓力值，系統(tǒng)軟件選用閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)變頻器的加降速及其調(diào)整泵全過程，供電工作壓力能迅速平穩(wěn)到額定值,完成住宅小區(qū)恒壓供水的目地。

  根據(jù)GE300的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，根據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速比或循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換水泵資金投入/ 撤出運(yùn)行，使管路供電工作壓力維持勻速運(yùn)動(dòng)，確保住宅小區(qū)供電品質(zhì)。運(yùn)行結(jié)果顯示，變頻變速系統(tǒng)軟件環(huán)保節(jié)能成效顯著，水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)電力網(wǎng)沖擊性小，機(jī)械設(shè)備設(shè)備故障較少，系統(tǒng)軟件的實(shí)際操作便捷，工作中穩(wěn)定性高。因而，住宅小區(qū)供電控制系統(tǒng)的更新改造設(shè)計(jì)方案針對(duì)環(huán)保節(jié)能和改進(jìn)供電品質(zhì)上擁有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

  （編自《電氣技術(shù)》，全文題目為“根據(jù)GE300變頻恒壓供水控制系統(tǒng)更新改造設(shè)計(jì)方案”，創(chuàng)作者為陳維招。）