邊樹海， 馬 斌， 韓中華

(沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，遼寧沈陽 110168)

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速已成為一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)。在企業(yè)單位的供水系統(tǒng)中，供水的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性影響著企業(yè)單位正常運(yùn)行。常見的變頻恒壓供水系統(tǒng)有基于單片機(jī)變頻恒壓調(diào)速供水［1-3］、基于PLC變頻恒壓調(diào)速供水［4-6］和基于智能控制器變頻恒壓調(diào)速供水［7］等方式。其中基于單片機(jī)的恒壓供水系統(tǒng)有一種典型的MCU供水方法，主要利用單片機(jī)和變頻器的組合控制泵組的運(yùn)行，其智能控制原理如圖1所示。

圖1 MCU變頻恒壓供水方法原理圖

首先通過鍵盤設(shè)定供水出口水的壓力值，并將此設(shè)定的壓力值用LCD液晶顯示器實(shí)時(shí)地顯示出來;壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到供水出口水的壓力值A(chǔ)(0～5 V模擬信號(hào))，此模擬壓力信號(hào)經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字壓力信號(hào)B后送給單片機(jī);單片機(jī)通過運(yùn)算和比較，最終計(jì)算出一個(gè)數(shù)字信號(hào)C，并將C送給DAC0832，將數(shù)字信號(hào)C轉(zhuǎn)換成一模擬信號(hào)D(4～20 mA電流值)，通過此模擬信號(hào)D控制變頻器輸出電源的頻率，從而改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即改變供水出口水的壓力與設(shè)定的水壓相同。

1 CTL變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于MCU變頻恒壓供水系統(tǒng)的方案在可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾性和經(jīng)濟(jì)性等方面不及基于智能控制器變頻恒壓調(diào)速供水方式。因此，本文介紹了一種基于TW-2000K智能控制器的變頻恒壓供水方法，根據(jù)供水出口壓力，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而使供水出口水壓與水壓的設(shè)定值保持相同。

1．1 CTL系統(tǒng)的主要器件

(1)TW-2000K控制器:TW-2000K控制器是一種一用一備型恒壓給水控制器，其內(nèi)部集成了A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，自帶鍵盤和顯示功能，控制器外部不需要加任何輔助電路，簡(jiǎn)單且抗干擾能力強(qiáng)，其端子可以直接與變頻器的端子相連，安裝簡(jiǎn)單方便。通過鍵盤可設(shè)置給定壓力，并且該壓力值通過液晶顯示屏實(shí)時(shí)地顯示出來。

(2)EH600A系列西林變頻器:EH600A系列西林變頻器是深圳市西林電氣技術(shù)有限公司推出的新一代高性能變頻器。其內(nèi)部帶有實(shí)用的PI功能、簡(jiǎn)易PLC和靈活的輸入輸出端子等，在降低系統(tǒng)成本和提高系統(tǒng)可靠性方面具有極大的價(jià)值。

1．2 CTL系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

CTL變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 CTL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

遠(yuǎn)傳壓力表實(shí)時(shí)檢測(cè)供水出口水壓，并將檢測(cè)到的壓力信號(hào)(0～2.5 V模擬電壓信號(hào))送給TW-2000K控制器，TW-2000K控制器根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表傳送給其的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，并與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，最終得出控制變頻器輸出頻率的模擬信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)供水出口水壓跟隨設(shè)定水壓變化并保持恒定不變。

2 CTL變頻恒壓供水系統(tǒng)一次回路

CTL系統(tǒng)的一次回路如圖3所示。

圖3 CTL系統(tǒng)的一次回路

三相電L1、L2和L3首先經(jīng)過干線上的斷路器Q，由斷路器Q出來后分成三路三相電，每一路依次接斷路器QF1、QF2和QF3。第一路接完斷路器QF1后連接到變頻器的三相電輸入端，經(jīng)變頻器變換頻率后再引出兩路，分別與線圈3和線圈4相連，最后與泵組電機(jī)相連。接斷路器QF2和QF3的兩路直接與線圈1和線圈2相連，線圈1和線圈2的引出線再分別與熱斷電器1和2相連，最終連接到泵組電機(jī)。

3 CTL變頻恒壓供水系統(tǒng)控制原理

CTL系統(tǒng)的控制原理圖如圖4所示。其中FY為電源指示燈，HY1和HY2分別為1#泵和2#泵的故障指示燈，HR1和HR2分別為1#泵工頻和2#泵工頻指示燈，HR3和HR4分別為1#泵工頻和2#泵變頻指示燈。P1、P2和P3用于連接遠(yuǎn)程壓力表;D/A端子與變頻器的AI1相連，控制器所計(jì)算出來的控制變頻器輸出頻率變化的數(shù)字量經(jīng)過內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換成模擬量，將此模擬量送給變頻器;FWD用于控制變頻器的正反轉(zhuǎn)，控制器的FWD端子和變頻器的FWD端子直接相連;控制器的CT1功能通過編程項(xiàng)目F05進(jìn)行選擇，本系統(tǒng)設(shè)置F05=00，即CT1的功能為外部停車，變頻器的TA-TC為常開端子，由參數(shù)F4.00進(jìn)行設(shè)置，本系統(tǒng)將其設(shè)置為故障輸出，CT1對(duì)就地公共端為CM2，因此TA與CT1相連，TC與CM2相連，當(dāng)變頻器有故障發(fā)生時(shí)，控制器使外組泵組停車，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性;端子R1和R2與變頻泵1和泵2相連。

圖4 CTL系統(tǒng)的控制原理圖

由圖4可看出:(1)當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA接開到手動(dòng)擋時(shí)，SA的觸點(diǎn)1與觸點(diǎn)2接通，觸點(diǎn)5與觸點(diǎn)6斷開，此時(shí)再按下控制盤上的1#泵起動(dòng)按鈕SF1，線圈KM1得電，1#泵以工頻立即起動(dòng)，并且KM1自鎖功能起動(dòng)，1#泵將一直以工頻工作直至1#泵停止SF1按鈕，線圈KM1失電，1#泵停止工作。2#泵在手動(dòng)模式下工作方式和1#泵完全相同。(2)當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA接開到自動(dòng)擋時(shí)，SA的觸點(diǎn)1與觸點(diǎn)2斷開，觸點(diǎn)5與觸點(diǎn)6接通，1#泵或2#泵既不是立即起動(dòng)，也不用通過按控制盤上的起動(dòng)按鈕進(jìn)行起動(dòng)，而是TW-2000K控制器根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表所傳送回的供水出口水壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和比較，計(jì)算出一個(gè)數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)能夠控制變頻器輸出頻率與當(dāng)前水泵運(yùn)行所需頻率相符)，將此數(shù)據(jù)傳送給變頻器，此時(shí)1#泵或2#泵起動(dòng)(是1#泵起動(dòng)還是2#泵起動(dòng)可以通過TW-2000K控制器控制盤上的相應(yīng)按鍵進(jìn)行設(shè)置)，整個(gè)起動(dòng)過程通過變頻手段來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑起動(dòng)，即變頻起動(dòng)［8-9］，節(jié)能效果好并且對(duì)設(shè)備損害程度小。(3)當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA接開到零位擋時(shí)，SA的觸點(diǎn)1與觸點(diǎn)2斷開，觸點(diǎn)5與觸點(diǎn)64斷開，整個(gè)系統(tǒng)不工作。

4 結(jié)語

本文介紹的CTL變頻恒壓供水系統(tǒng)以TW-2000K控制器為核心，利用TW-2000K控制器對(duì)變頻器進(jìn)行智能控制，實(shí)現(xiàn)了供水出口水壓跟隨設(shè)定水壓并且保持恒定不變。與MCU變頻恒壓供水系統(tǒng)相比，CTL系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)并且自動(dòng)化程度高，在節(jié)能方面，其明顯優(yōu)越于MCU系統(tǒng)，該方法已成功應(yīng)用于沈陽華維工程有限公司的供水系統(tǒng)中。

［1］劉瓊發(fā)，熊愛民.單片機(jī)自動(dòng)控制恒壓變頻供水系統(tǒng)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，1997(7):21-22.

［2］劉美俊.基于AT89C51單片機(jī)的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)［J］.輕工機(jī)械，2004(2):102-104.

［3］隋傳國，王麗英.單片機(jī)變頻恒壓供水控制儀［J］.電子世界，2003(9):36-37.

［4］胡盤峰，陳慧敏.基于PLC的新型變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011(2):141-143.

［5］李海波.基于PLC的智能變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2011，40(3):48-50.

［6］田亞娟，郭麗穎.變頻恒壓供水PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2010，29(1):25-28.

［7］霍大勇，馬林，薛丁簫.基于CPS_20B1智能控制器的恒壓變頻供水系統(tǒng)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006，22(8):70-72.

［8］彭巨光，謝勇.異步電機(jī)變頻起動(dòng)與切換的分析［J］.節(jié)能技術(shù)，2002，20(4):21-22.

［9］彭巨光，謝勇.異步電機(jī)變頻起動(dòng)、切換的分析與研究［J］.電機(jī)電器技術(shù)，2003(1):22-23.