台达CP2000变频器在供水行业的应用

2013年08月26日

本文主要介绍台达CP2000变频器在供水行业的应用。

　1 供水系统概况

　　供水控制系统是以某一参量作为控制目标，通过对水泵电机进行控制来改变水泵的运行工况(如流量、扬程、功率)，以达到用户的需求。根据控制目标对象的不同可分为压力控制、液位控制及其他特殊控制方式，如温度、差压和温差。从电控系统类型上分有普通继电控制型和变频调速控制型，普通继电型通过控制交流接触器控制水泵电机的起停，水泵电机处于工频及停止状态，起动方式有软起动、自耦变压器起动或直接起动。变频调速系统对电机的转速实现无级调速，根据用水量大小进行变速供水，保证出水压力不变。既节约电能，又保证水泵软启动(对电网电压冲击不大)，延长了水泵寿命。高层建筑及生活小区供水系统的发展方向是采用现代检测技术、计算机控制技术、交流调速技术，形成组合化、模块化、可编程、可通信的系统。主要组成部分是PLC系统、PID控制器、变频器、电机、水泵、压力传感器。

2 供水系统方案及比较

　　水池-水泵(恒压变频或气压罐)-管网系统-用水点是目前国内外普遍采用的方法。该系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定。这样既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。

　　水池-水泵-高位水箱-用水点这种供水方式通过水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用户。但是这第种二次供水方式不可避免造成二次污染，影响居民的身体健康，所以这种方案终将淘汰。

　　图1 变频恒压供水系统主电路

　3 变频恒压供水系统控制方案

　　供水系统主要应用的PID恒压控制功能、多泵循环控制功能以及睡眠功能，不同水泵厂商会采用不同方案来实现这些功能。

　　3.1 方案1

　　采用PLC控制系统实现PID控制和多泵循环功能，变频器仅做基本调速。图2为方案1实施系统。

　　图2 PLC控制系统实现供水

　　在工作过程中，压力传感器将管网水压变换为电压或电流信号，经模拟量输入通道输入PLC系统，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算，由PLC将速度命令发送至变频器，调节水泵电机的频率，PLC与变频器间采用Modbus通信、0-10V/4-20mA控制。

　3.2 方案2

　　不配置PLC采用变频器内部的PID功能，变频器驱动水泵台数较少，一般为2台，水泵的切换循环功能也由变频器控制。

　　图3 PID内部功能实现供水

　3.3 方案3

　　采用变频器内部PID控制功能，水泵数量较多，一般在三台以上，由PLC实现灵活的循环控制及故障切换保护。

　4 台达CP2000变频器功能与设置

　　台达CP2000系列变频器拥有内部PID功、多泵循环功能以及内置PLC，可以通过变频器实现以上功能。

4.1 PID控制功能

　　CP2000变频器内部PID回授信号可以选择正回授及负回授两种方式(08-00)，负回授对应，当输出频率增加，电机运转速度增大时，检测反馈信号也会增大的应用场合;当需要减小输出频率时检测反馈信号增大时，选择正回授。回授接口端子的选参数设置如表1所示。

　表1 回授接口端子的选参数

　　PID的目标值参数设置如表2所示。

　　表2 PID目标值参数

4.2 睡眠唤醒功能

　　CP2000可设置睡眠频率08-10、睡眠时间08-12和苏醒频率08-11，当频率命令低于睡眠频率时，在睡眠时间内，变频器运转频率为睡眠频率08-10，当给定低于睡眠频率的时间超过睡眠时间时，变频器进入睡眠状态，输出频率为0，直至速度命令达到苏醒频率时，变频器进入苏醒状态，按频率给定命令运行。图4为睡眠、苏醒功能示意图。

　　图4 睡眠、苏醒功能示意图

4.3 多泵循环功能

　　CP2000有五种循环方式，一台变频器最多可驱动8组电机。

　4.4 定时循环

　　最多可以控制8台电机，每台电机工作于变频或停止状态，每个时刻有一台电机运行，电机按顺序运行设定的时间(参数12.02设定)后停止，延时(参数12.03)后，起动下一台电机，循环控制多台电机，防止某些电机长期工作，而某些电机长期不工作的情况出现。

　　图5 以4台电机为例定时循环控制配线图

4.5 定量循环

　　最多可以控制4台电机，每台电机可以工作于变频和工频状态。加泵过程，当现有运行电机不能满足压力或流量要求时，将变频运行的电机加速后切换至工频电源驱动，再变频起动下一台电机，依次增加电机数量，最后工作于若干台电机工频运行与一台电机变频运行模式。

　　减泵过程，当运行时的压力(或)流量大于设定值时，需要减泵降速运行，变频电机开始减速;若减速到某转速时，满足要求，系统维持状态继续运行;若变频电机速度停止运行后，压力(或流量)仍大于设定值，系统将停止一台工频电机。若此时压力(或流量)仍大于设定值，则系统再停止一台工频电机;若此时压力或(流量)小于设定值时，将一台电机启动工作于变频状态，保持若干电机工频运行、一台电机变频运行的模式。