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变频恒压供水控制系统的改造设计


某生活小区原供水系统依靠阀门实现水量控制 ， 水泵在额定状态下运行 ， 机械磨损较大 ， 使用成本高 。 通过采用GE300和变频器组合的控制系统改造 ， 完成系统的软硬件设计及参数设置 ， 能自动控制水泵投入的台数和电机转速 ， 达到恒压供水目的 。 运行结果表明 ， 该系统具有压力恒定 ， 机械损耗小 ， 节能效果显著等优点 。
变频恒压供水控制系统的改造设计
本文插图
近几年 ， 随着电力电子技术的迅速发展 ， 变频调速系统的性能优势越来越明显 ， 成本也相应降低 ， 传统的供水控制系统正逐步被变频系统取代 。
以某高层的生活小区为例 ， 小区内的用水量波动较大 ， 原供水方式是把地下深井抽出的水输送到专门的蓄水池 ， 再通过水泵对小区高楼层进行加压供水 ， 水泵电机采用自耦降压启动 ， 工频运行 ， 水泵的出口阀采用全开阀、半开阀及开停泵控制方法 ， 长期处在工频额定状态下的水泵用电成本高 ， 机械磨损和设备故障增加 ， 寿命缩短 ， 因此 ， 有必要对供水控制系统进行升级改造 。
综合控制性能和成本的考虑 ， 目前微机给水控制器（GE300）和变频器构成的控制系统开始推广应用 ， 该系统能优化控制水泵的调速运行 ， 自动调整水泵的运行台数 ， 实现供水压力恒定功能 。
本文介绍由GE300和变频器构成的恒压供水控制系统的改造设计方案 ， 通过完成控制系统框图、设备的选型、软硬件设计及参数设置 ， 最终完成供水控制系统的升级改造 。
1 恒压供水控制系统改造方案
小区内用水量的大小变化频繁 ， 为了保证管网内水压恒定 ， 将对两台水泵进行变频调速控制 ， 依据用水量的变化自动调节系统的运行参数 。 变频恒压供水控制系统改造设计框图如图1所示 ， 主要由微机给水控制器（GE300）、变频器、控制柜及远传压力传感器等部件组成恒压供水控制系统 ， GE300和变频器为恒压供水控制系统的核心 ， 控制方式由转换开关进行切换 ， 选择手动或自动 ， 水泵电机采取“先开先停”原则进行控制 。
若选择在自动控制方式下运行时 ， 压力传感器实时检测管道的压力值 ， 经过变换为标准4～20mA连续电流信号送到GE300 ， 并与设定的压力值进行比较运算 ， 依据偏差情况进行模糊控制运算后 ， 由GE300的输出模块输出逻辑控制指令 ， 控制水泵的运行台数 ， 同时根据指令变频器控制每台水泵进行软启动或变频运行 。
变频恒压供水控制系统的改造设计
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图1 变频恒压供水控制系统方案框图
2 主要硬件器件
2.1 GE300
GE300是控制系统的核心 ， 主要功能是接收检测数据信号进行自动运算并发出相应的控制指令 。 GE300外围端口接线如图2所示 ， 数字输出端子R1～R8能输出3A/250V(AC)或5A/30V(DC)电信号,直接驱动工频运行和变频运行的接触器线圈 。
通过压力传感器实时检测管道的压力信号转换为0～2.5V或4～20mA信号输入到GE300的IN与GND端子 ， 与设定的压力值比较；CT1～CT4 与CM2是光耦高阻输入端 ， 严禁接入电源信号 。 当变频器出现故障时 ， 可选择自动转入工频运行 ， 同时保护及报警功能齐全 ， 在变频器故障、远传压力表断线、短路故障、欠压超时及低水位时 ， 具有报警指示功能 。
变频恒压供水控制系统的改造设计
本文插图
图2 GE300外围端口接线
2.2 变频器
根据负载的性质和水泵电机的功率大小 ， 选择正弦系列G、P合一型的SINE303-011G/015P变频器[4] ， 该变频器属于开环矢量控制型 ， 采用TI公司最新款高性能32位电机控制专用数据处理器TMS320F2810 ， 高速、准确完成复杂的控制算法 ， 精度达到0.01Hz ， 频率在0.5～600Hz范围可调 ， 能承受180%电机额定转矩的冲击负载 。


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